紅外二氧化碳氣體傳感器的原理與應用

紅外二氧化碳傳感器是一種利用非色散紅外NDIR原理制成的傳感器，也是二氧化碳監測中被市場(chǎng)普遍認可的一類(lèi)傳感器。

由于各種物質(zhì)分子內部結構不同，他們對不同波長(cháng)光線(xiàn)的選擇吸收也各不相同，也就是說(shuō)：物質(zhì)只能吸收特定波長(cháng)的光，并且物質(zhì)對一定波長(cháng)光的吸收關(guān)系服從朗伯—比爾（ Lambert-Beer）吸收定律。

對于紅外二氧化碳傳感器來(lái)說(shuō)，傳感器內部配備了一個(gè)紅外光源，通常是一個(gè)紅外發(fā)光二極管（LED）或者更專(zhuān)業(yè)的紅外光源，它會(huì )發(fā)射出特定波長(cháng)的紅外光。當這束紅外光穿過(guò)含有二氧化碳的氣體樣本時(shí)，二氧化碳分子會(huì )吸收特定波長(cháng)的紅外光，吸收的程度與氣體中二氧化碳的濃度成正比。

為了精確測量特定于二氧化碳吸收的光強度，光路中會(huì )設置一個(gè)窄帶濾波片，這個(gè)濾波片只允許透過(guò)4.26μm附近波長(cháng)的光，從而排除其他未被吸收光線(xiàn)的干擾。透過(guò)濾波片的光線(xiàn)隨后到達紅外探測器，探測器測量剩余光的強度，這個(gè)強度的降低量直接反映了被二氧化碳吸收的光量。

探測器產(chǎn)生的信號會(huì )被送入傳感器模塊的微控制器單元（MCU），通過(guò)電路和軟件算法進(jìn)行線(xiàn)性化處理，將接收到的光強信號轉換成與二氧化碳濃度成比例的電信號，轉化成數字或模擬輸出，方便用戶(hù)讀取。

為了提高測量的準確性和穩定性，許多紅外二氧化碳傳感器會(huì )采用雙通道設計，即一個(gè)測量通道和一個(gè)參比通道，參比通道不通過(guò)被測氣體，只提供一個(gè)基準，用來(lái)補償如溫度、濕度等環(huán)境變化對光強度的影響。

這種基于紅外吸收的測量方式因其具有選擇性好、壽命長(cháng)、不依賴(lài)氧氣、受環(huán)境干擾小、不易中毒、精度高等各種優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于各種環(huán)境監測、工業(yè)控制、農業(yè)溫室管理、室內空氣質(zhì)量監控等領(lǐng)域。

二氧化碳傳感器能夠集成到新風(fēng)空調、新風(fēng)系統、空氣盒子等智能家居設備中，為我們改善室內空氣質(zhì)量，營(yíng)造良好的居住環(huán)境。

現代農業(yè)種植中，二氧化碳濃度的實(shí)時(shí)監控和自動(dòng)調節已成為智慧化種植、養殖的必備技術(shù)。應用于農業(yè)大棚這樣高溫高濕環(huán)境中的二氧化碳傳感器，需要具備抗高濕干擾的能力，一般選擇雙通道的傳感器產(chǎn)品。

工業(yè)化水平的提高，溫室氣體的排放也隨之增多。碳中和大背景下，全球更加關(guān)注二氧化碳等溫室氣體的排放。對工業(yè)領(lǐng)域的二氧化碳氣體進(jìn)行檢測，同樣需要紅外二氧化碳傳感器的助力。

隨著(zhù)汽車(chē)逐漸成為生活中的“第三空間”，人們對車(chē)內二氧化碳濃度、有機氣體濃度等的關(guān)注度日益提高。二氧化碳不僅成為衡量車(chē)內空氣質(zhì)量的重要指標，也是預防疲勞駕駛的重要手段，二氧化碳傳感器在汽車(chē)空調系統中的應用也越來(lái)越普遍。

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