DIR紅外氣體分析儀作為一種快速、準(zhǔn)確的氣體分析技術(shù)，特別連續(xù)污染物監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）以及機(jī)動(dòng)車尾氣檢測應(yīng)用中十分普遍。國內(nèi)NDIR氣體分析儀的主要廠家大都采用國際上八十年代初的紅外氣體分析方法，如采用鎳锘絲作為紅外光源、采用電機(jī)機(jī)械調(diào)制紅外光、采用薄膜電容微音器或InSb等作為傳感器等。由于采用電機(jī)機(jī)械調(diào)制，儀器功耗大，且穩(wěn)定性差，儀器造價(jià)也很高。同時(shí)采用薄膜電容微音器作為傳感使得儀器對震動(dòng)十分敏感，因此不適合便攜測量。隨著紅外光源、傳感器及電子技術(shù)的發(fā)展，NDIR紅外氣體傳感器在國外得到了迅速的發(fā)展。主要表現(xiàn)在無機(jī)械調(diào)制裝置，采用***紅外傳感器及電調(diào)制光源，在儀器電路上采用了低功耗嵌入式系統(tǒng)，使得儀器在體積、功耗、性能、價(jià)格上具有以往儀器的優(yōu)勢。l二 NDIR氣體分析基本機(jī)理u當(dāng)紅外光通過待測氣體時(shí),這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收,其吸收關(guān)系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律。設(shè)入射光是平行光,其強(qiáng)度為I0,出射光的強(qiáng)度為I,氣體介質(zhì)的厚度為L。當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)dN的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為dI時(shí),根據(jù)朗伯--比爾吸收定律: dI/I=-KdN，式中K為比例常數(shù)。經(jīng)積分得:lnI=-KN+α (1) ，式中:N為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù);α為積分常數(shù)。顯然有N∝cl,c為氣體濃度。則式(1)可寫成: n I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL) (2) n式(2)表明,光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃l度c及厚度L按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)l取決于氣體特性,各種氣體的吸收系數(shù)lμ互不相同。對同一氣體,μ則隨入射波l長而變。若吸收介質(zhì)中含i種吸收氣體, l則式(2)應(yīng)改為: l I=I0exp(-l∑μi ci) (3) l因此對于多種混合氣體，為了分析特定l組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝l一個(gè)適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光l片，使傳感器的信號變化只反映被測氣體濃度變化。n圖1為NDIR紅外氣體分析原理圖：以 CO2分析為例，紅外光源發(fā)射出1-20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經(jīng)過一個(gè)4.26μm波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測透過4.26um波長紅外光的強(qiáng)度，以此表示CO2氣體的濃度，l三電調(diào)制NDIR紅外氣體傳感器關(guān)鍵技術(shù)u在設(shè)計(jì)傳感器的光學(xué)系統(tǒng)部分時(shí)，為了減少紅外傳感器微弱信號的衰減以及外界信號干擾，將前置放大電路也一并放在光學(xué)部件上，并采取了一定的電磁屏蔽措施。為了使氣體紅外吸收信號具有較好的分辨率，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),紅外光源、氣室、紅外探測器應(yīng)設(shè)置在同一光軸上。此外為了使得信號足夠大，可以使用橢圓型或拋物線型反射鏡。紅外光源由穩(wěn)流供電,供電電壓和電流根據(jù)使用的光源不同而不同。工作時(shí),傳感器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的調(diào)制頻率發(fā)出周期性的紅外光，紅外光源發(fā)出的紅外光通過窗口材料入射到測量氣室,測量氣室由采樣氣泵連續(xù)將被測氣體通入測量氣室,氣體吸收特定波長的紅外光,透過測量氣室的紅外光由紅外探測器探測。由于調(diào)制紅外光的作用紅外傳感器輸出交流的電信號，通過其后的前置放大電路放大后在一次經(jīng)過高***放大整流電路，得到一個(gè)與被測氣體濃度對應(yīng)的直流信號送入測控系統(tǒng)處理。紅外傳感器內(nèi)有溫度傳感器探測其工作環(huán)境溫度。紅外傳感器信號經(jīng)過測控系統(tǒng),并經(jīng)數(shù)字濾波、線性插值及溫度補(bǔ)償?shù)溶浖幚砗?/span>,給出氣體濃度測量值。