红外气体传感器内部结构

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气体传感器的原理

气体传感器的原理一、引言气体传感器是一种能够检测气体浓度的仪器，广泛应用于环境监测、工业生产、医疗卫生等领域。

本文将详细介绍气体传感器的原理，包括气体传感器的分类、工作原理、结构组成和应用领域等方面。

二、气体传感器的分类根据检测原理不同，气体传感器可以分为化学式传感器和物理式传感器两类。

1.化学式传感器化学式传感器是指利用化学反应来检测气体浓度的传感器。

其基本原理是将目标气体与特定的反应物接触，通过观察反应物发生变化或者检测反应物与目标气体之间发生的电信号来判断目标气体浓度。

常见的化学式传感器有电化学型、光学型、红外型等。

2.物理式传感器物理式传感器是指利用物理性质来检测气体浓度的传感器。

其基本原理是通过观察目标气体与某种物质之间产生的变化来判断目标气体浓度。

常见的物理式传感器有热导型、热敏电阻型、质谱型等。

三、气体传感器的工作原理气体传感器的工作原理是基于目标气体与传感器材料之间的相互作用。

当目标气体进入传感器时，它会与传感器材料发生反应或者对其产生影响，从而导致传感器电学或物理性质发生变化。

通过测量这种变化，可以计算出目标气体的浓度。

1.化学式传感器的工作原理以电化学型气体传感器为例，其工作原理是将目标气体与特定电极接触，在电极表面发生一系列化学反应后产生电信号。

该电信号可以被放大并转换成数字信号输出。

光学型和红外型气体传感器的工作原理类似，只不过它们利用不同的光谱特性来检测目标气体浓度。

2.物理式传感器的工作原理以热导型气体传感器为例，其工作原理是将目标气体与热敏元件接触，在热敏元件表面产生温度变化。

该温度变化可以通过测量热敏元件的电阻值来计算出目标气体浓度。

热敏电阻型和质谱型气体传感器的工作原理类似，只不过它们利用的物理性质不同。

四、气体传感器的结构组成气体传感器由传感器芯片、信号处理电路、温度补偿电路和外壳等部分组成。

1.传感器芯片传感器芯片是气体传感器最核心的部分，它包括了检测元件和信号转换电路。

红外吸收型气体传感器详解课件

非接触式测量
红外吸收型气体传感器采用非接触式测量方式，无需直接接触被测气体，降低了对传感器的腐蚀和污染。
长期稳定性
由于红外光源和探测器寿命长，红外吸收型气体传感器具有较好的长期稳定性。
03
红外吸收型气体传感器的技术特点
高灵敏度与选择性
红外吸收型气体传感器利用特定气体对红外光的吸收特性，通过测量红外光的吸收程度来检测气体浓度。这种传感器具有高灵敏度和选择性，能够准确检测低浓度的目标气体，同时避免其他气体的干扰。
传感器通常采用温度补偿和湿度补偿技术，以适应环境温度和湿度的变化，确保检测结果的准确
性。
此外，红外吸收型气体传感器还具有较好的抗干扰能力，能够在存在其他光源或电磁干扰的环境
中稳定工作。
04
红外吸收型气体传感器的应用实例
在环保监测领域的应用
空气质量监测
用于检测大气中的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物等，以评估空气质量状况。
红外吸收型气体传感器详解
xx年xx月xx日
• 红外吸收型气体传感器概述 • 红外吸收型气体传感器的工作原
目录
• 红外吸收型气体传感器的技术特
• 红外吸收型气体传感器的应用实
• 红外吸收型气体传感器的挑战与发展趋势
• 红外吸收型气体传感器的实际应用案例分析
目录
01
红外吸收型气体传感器概述
成本高昂
目前红外吸收型气体传感器的制造成本较高，限制了其在某些领域的应用。
技术发展趋势
1 2 3
高灵敏度与高选择性通过改进材料和优化结构设计，提高传感器的灵敏度和选择性，使其能够准确检测和区分不同气体。
微型化与集成化随着微纳加工技术的发展，红外吸收型气体传感器正朝着更小尺寸、更高集成度的方向发展。

红外吸收型气体传感器详解课件

在医疗诊断中的应用
呼吸分析
红外吸收型气体传感器能够检测人体呼出的气体成分，如二氧化碳和一氧化碳，对于呼吸系统疾病诊断、肺功能评估以及麻醉气体监测具有重要价值。
血液分析
通过分析血液中的气体成分，如氧和二氧化碳，红外吸收型气体传感器能够帮助医生了解患者的代谢状况和病情变化，为临床诊断和治疗提供有力支持。
THANKS.
热辐射源与检测器
热辐射源
热辐射源是红外吸收型气体传感器中的重要组成部分，通常采用电阻加热方式使材料产生红外辐射。常用的热辐射源材料包括金属氧化物、碳化硅等。热辐射源需具备稳定性好、寿命长、响应速度快等特点。
检测器
检测器的作用是将待测气体对红外光的吸收转化为可测量的电信号。常用的检测器有热电堆、热释电探测器等。检测器需具备高灵敏度、低噪声、响应速度快等特点，以便准确测量气体浓度。
定义
红外吸收型气体传感器是一种利用红外光谱吸收原理检测气体成分的传感器。
工作原理
传感器发射特定波长的红外光，通过检测特定气体对红外光的吸收程度，从而确定气体的浓度。
类型与特点
类型
根据工作原理和应用需求，红外吸收型气体传感器可分为固定式和便携式两种类型。
特点
具有高灵敏度、高精度、非接触式测量等优点，适用于多种气体成分的检测。
恢复时间
指传感器从目标气体中移除到输出信号恢复到初始值所需的时间。
工作温度与稳定性
工作温度
指传感器正常工作的环境温度范围。
稳定性
指传感器在长时间工作过程中，性能参数的变化情况，包括灵敏度、选择性、响应时间和恢复时间的稳定性。
红外吸收型气体传
05
感器的优缺点
优点

红外二氧化碳传感器

高分辨率红外二氧化碳CO2气体传感器二氧化碳气体传感器描述：红外二氧化碳传感器利用NDIR技术检测CO2气体浓度。

传感器内部有一个红外光源，一个双元件红外探测器，一个独特的光波导让气体扩散进去，ARM7内核微处理器，输出电压与电源极性无关。

传感器可以设置为线性电压输出，全量程0.4V-2.0V参考供电电源负极，或者设置为催化燃烧格式输出，通常零点是中间电压，相对于检测管脚在满量程点的电压是100mV。

此外，通过串口连接可以读取输出值和访问内部配置。

通信连接点3系的Prime2是焊盘，5系的Prime2是管脚。

内部的集成电路可以实现的功能如驱动光器件，提取检测信号，把信号强度转化为浓度，进行温度补偿和量化输出值等。

在催化燃烧配置时，Prime2可以在满足电源供电要求的条件下，不改变电路并完全替代催化燃烧传感器。

当Prime 2用于恒流催化燃烧电路时，外围元件需要满足电源要求。

二氧化碳气体传感器特性：★原装进口传感器,且体积全球最小；★可检测空气中上百种可燃及有毒有害气体的浓度和泄露；★采用先进微处理技术, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好；★具有良好的搞干扰性能, 使用寿命长达8年;★电压和串口同时输出特点, 方便客户调试使用,★传感器出厂精准标定,使用现场无须标定, 关键参数自动识别；★全量程范围温度数字自动跟踪补偿, 保证测量准确性；★更换时无须标定；★全最简化的外围电路, 生产简单, 操作方便;软件自动校准,★在可直接输出0.4-2V, 0-1.6V, 0-4V, 0-5V等电压信号和TTL电平信号;★安全型电路设计, 可带电热拔插操作;★PPM, %VOL, mg/m3三个单位显示；★防高浓度气体冲击的自动保护功能；外观描述所有尺寸以mm为单位（±0.1mm，除非标注）。

Rx和Tx 3系的为焊盘输出格式Prime1可以配置为催化燃烧格式输出或线性电压输出。

两种格式都不受电源极性影响，如下所示：线性电压设置:温度补偿在标定气体浓度水平的零点和量程点都有温度补偿。

NDIR红外气体传感器的基本概述

NDIR红外气体传感器的基本概述NDIR红外气体传感器（Non-dispersive Infrared Gas Sensor）是一种利用红外辐射原理检测气体浓度的传感器。

它由红外光源、气体室、红外滤波器、检测器以及电子信号处理电路等组成。

这种传感器主要用于测量空气中的气体浓度，如CO2、CO、CH4等。

NDIR传感器的工作原理是通过红外吸收特性来检测气体浓度。

当红外光源照射到气体室中的气体时，气体中的特定组分会吸收特定波长的红外光，吸收光的强度与气体浓度成正比。

检测器接收红外光，并通过与光源的参考信号进行比较，计算出气体的浓度值。

为了提高传感器的性能，NDIR传感器通常使用窄带滤波器，以选择性地传递特定波长的红外光。

这样可以排除其他波长的干扰光，提高气体浓度的测量精度。

NDIR传感器有许多优点。

首先，它具有高度可选择性。

通过选择不同的滤波器，可以检测多种气体，从而适应不同的应用需求。

其次，NDIR传感器灵敏度高，可检测到极低浓度的气体。

同时，它对温度和湿度的依赖性也较小，可以在不同的环境条件下进行可靠的气体浓度测量。

此外，NDIR传感器具有快速响应时间和长寿命的特点。

然而，NDIR传感器也存在一些局限性。

首先，由于传感器本身的设计和结构复杂，其制造成本较高。

另外，一些特定的气体分子如氧气（O2）和水蒸气（H2O）具有较高的红外吸收能力，这可能会导致测量上的干扰。

此外，NDIR传感器的响应时间较慢，无法实现实时监测。

为了克服这些问题，研究者们正在不断改进NDIR传感器的设计和技术。

他们提出了多通道测量、温湿度补偿和智能算法等方法来提高传感器的性能。

此外，一些新型材料的应用也为NDIR传感器的发展提供了新的可能性。

总之，NDIR红外气体传感器是一种重要的气体浓度检测工具。

它通过利用红外光的吸收特性来测量气体浓度，具有高度可选择性、高灵敏度和稳定性等优点。

随着技术的发展，NDIR传感器在环境监测、工业安全和室内空气质量监测等领域的应用将会越来越广泛。

MH-441D 甲烷气体传感器使用说明书

甲烷气体传感器（型号：MH-441D）使用说明书版本号：1.0实施日期：2020.09.14郑州炜盛电子科技有限公司Zhengzhou Winsen Electronic Technology Co.,Ltd声明本说明书版权属郑州炜盛电子科技有限公司（以下称本公司）所有，未经书面许可，本说明书任何部分不得复制、翻译、存储于数据库或检索系统内，也不可以电子、翻拍、录音等任何手段进行传播。

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郑州炜盛电子科技有限公司MH-441D 甲烷气体传感器产品描述MH-441D 甲烷气体传感器是一款通用型智能红外气体传感器（以下简称传感器），运用非色散红外（NDIR ）原理对空气中存在的甲烷气体进行检测，具有很好的选择性，无氧气依赖性；该传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与微型机械加工、精良电路设计紧密结合而制作出的小巧型高性能传感器。

使用方便，可直接用来替代催化燃烧元件，广泛应用于存在甲烷及爆炸性气体的各种场合。

传感器特点高灵敏度、高分辨率、低功耗、响应时间快提供UART 、模拟电压等多种输出方式温度补偿，卓越的线性输出，优异的稳定性、使用寿命长抗水汽干扰、不中毒，可直接替换催化燃烧原理传感器主要应用暖通制冷与室内空气质量监控工业过程及安全防护监控农业及畜牧业生产过程监控技术指标表1产品型号MH-441D 检测气体甲烷工作电压 3.6～5V DC (需由安全栅供电)平均电流＜85mA测量范围0～10%Vol 范围内可选（详见表2）接口电平3.0V输出信号UART0.4～2V （需经过安全栅输出）预热时间3min 响应时间T90＜30s 工作温度-20～60℃工作湿度0～95%RH （无凝结）外形尺寸Φ20×22.2mm重量35g 寿命＞5年防护等级IP54电源端、通讯端本安参数Ui=7.5VDC ，Ii=265mA ，Pi=0.5W ，Ci=10μF ，Li=0mH图1:传感器结构图常用量程和精度表2气体名称分子式量程分辨率小数位备注甲烷CH 40～5.00%Vol0.01%Vol 2位温度补偿0～10.00%Vol 2位100%LEL1%LEL无产品尺寸图图2：产品尺寸图引脚定义MH-441D 引脚定义表3引脚名称引脚说明Pin 2V+电压输入Pin 1GND Pin 4Vout (0.4～2V)Pin 3UART （RXD ）0～3.0V 数据输入Pin 5UART （TXD ）0～3.0V 数据输出图3：引脚定义模拟电压输出Vout 输出电压范围（0.4～2V ），对应气体浓度（0～满量程）。

热释电红外传感器及其应用

热释电红外传感器及其应用
尚中锋 1，郭景华 2，祁明锋 1,2，范子亮 2
（.郑州炜盛电子科技有限公司，河南郑州 450001）
摘要：为有效解决电化学、气敏类传感器稳定性差、检测范围窄、易中毒、测量精度低等问题，研制了一种基于钽酸锂薄膜材料的热释电红外气体传感器。重点介绍了该气体传感器的工作原理及其结构设计，其结构采用双通道光路测量结构，分别为测量通道和参考通道，有效避免了光源波动和腔体污染对传感器造成的影响。该传感器具有结构新颖、简单可靠、测量范围宽、不中毒等特点，市场应用前景广阔。关键词：钽酸锂薄膜;热释电红外气体传感器;双通道结构;光源波动.
Abstract: In order to effectively resolve the problem of the electrochemical, gas type sensor, such as poor stability, narrow detection range, easy to poisoning and low accuracy etc.， a pyroelectric infrared gas sensor is developed based on lithium tantalate thin-film. The emphasis is paid on the working principle of the gas sensor and its design, its structure using two-channel optical measurement of the structure, respectively measuring channel and reference channel, effectively prevent the light source fluctuation and cavity impact of pollution on the sensor. The sensor has a novel structure, simple and reliable, wide measuring range, not poisoning etc., the market prospect is broad. Keyword: lithium tantalate thin films; pyroelectric infrared gas sensor; dual-channel structure; light fluctuations. 中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：

红外甲烷传感器MH-440

7 维护保养应注意的事项
7.1 传感器应定期标定，建议不大于 3 个月。
3
MH-440V/D 红外气体传感器使用说明书
7.2 不要在粉尘密度大的环境长期使用传感器。 7.3 请在传感器供电范围内使用传感器。 7.4 禁止直接焊接传感器管脚。 7.5 禁止剪断传感器管脚。
8 订购说明
为了能购买所需具体规格要求，请提供以下信息。 1）传感器量程。 2）传感器分辨率。 3）传感器名称。（传感器命名规则见下表）
该传感器使用方便，可直接用来替代催化燃烧元件，广泛应用于存在可燃性、爆炸性气体的各种场合。
2 型号及防爆标志含义
产品型号：MH-440V/D 防爆等级：ExmbⅡT6。
本产品生产制造依据： GB3836.1-2000 《爆炸性气体环境用电气设备第 1 部分：通用要求》 GB3836.9-2000 《爆炸性气体环境用电气设备第 9 部分：浇封型“m”》 GB4208-93 《外壳防护等级（IP 代码）》 GB/T13384-92《机电产品包装应用技术条件》
ExdmⅡCT4
IP6
20*16.6 15g
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MH-440V/D 红外气体传感器使用说明书
4 使用的工作环境条件
工作电压：3~5V DC 温度范围：-20°C ~60°C 湿度范围：0~95%RH
5 结构特征 5.1 结构原理图
5
1
4
2 3
5.2 管脚定义
1．GND 2．VCC 3．RXD 4．Vout 5．TXD
3 主要技术参数
工作电压工作电流接口电平测量范围输出信号范围分辨率预热时间响应时间重复性
长期漂移
温度范围湿度范围寿命防爆等级防护等级尺寸重量

MH-Z19红外二氧化碳传感器

表3 管脚说明 Vin 电压输入 GND Vout (3.3V 电源输出，输出电流小于 10mA) PWM HD （校零，低电平 7 秒以上有效） UART（RXD） UART（TXD） 0～3.3 V 数据输入 0～3.3 V 数据输出
SR (工厂预留) AOT（工厂预留）
图 2：管脚定义图
应用电路
命令列表 0x86 0x87 0x88 表5
读气体浓度值校准传感器零点（ZERO）校准传感器跨度点（SPAN）
读气体浓度值
发送命令 Byte0 起始字节 0xFF 传感器返回值传感器返回（例） Byte0 起始字节 0xFF Byte1 命令 0x86 Byte2 浓度值高位 0x02 Byte3 浓度值低位 0x60 Byte4 0x47 Byte5 0x00 Byte6 0x00 Byte7 0x00 Byte8 校验值 0xD1 Byte1 传感器编号 0x01 Byte2 命令 0x86 Byte3 0x00 Byte4 0x00 Byte5 0x00 Byte6 0x00 Byte7 0x0二氧化碳气体传感器
产品描述 MH-Z19 二氧化碳气体传感器（以下简称传感器）是一个通用型、小型传感器，利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CO2 进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，寿命长。内置温度补偿；同时具有数字输出与波形输出，方便使用。该传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合而制作出的高性能传感器。传感器特点高灵敏度、高分辨率、低功耗提供UART、PWM波形等多种输出方式温度补偿，卓越的线性输出优异的稳定性使用寿命长抗水汽干扰、不中毒主要应用可广泛应用于暖通制冷与室内空气质量监控。技术指标产品型号检测气体工作电压平均电流接口电平测量范围输出信号预热时间响应时间工作温度工作湿度外形尺寸重寿量命表1 MH-Z19 二氧化碳 3.6～5.5 V DC ＜ 18 mA 3.3 V 0～0.5% Vol 范围内可选（详见表 2） UART PWM 3 min T90 ＜ 60 s 0～50 ℃ 0～95% RH （无凝结） 33 mm×20 mm×9 mm（L×W×H） 21 g ＞ 5年

红外气体传感器设计与实现

摘要摘要本文设计一种基于红外吸收原理的可燃气体传感器，采用电调制非色散红外技术，由于多数可燃气体在波长为3.40μm处拥有其特征吸收峰，所以针对可燃气体选用滤光片中心波长为3.40μm，此滤光片对应的输出信号为测量信号，为保证传感器测量值的可靠性及长期稳定性，再选用一个滤光片作为参考信号，由于多数气体在4.00μm左右的波长处均无吸收，因此第二个滤光片中心波长选为4.00μm，此滤光片对应的输出信号即为参考信号。

由于参考信号理论上是稳定不变的，因此当传感器硬件系统出现老化、漂移等现象时，会导致测量信号发生变化，此时参考信号产生作用，可基本排除此类异常。

传感器选用ARM内核的微处理器作为整个系统的控制及运算单元，使用ARM 处理器自带的定时器产生中断信号，每次中断时驱动红外光源变换工作状态，从而实现红外光源的电调制。

光源发出的红外能量通过含有被测气体的腔体后，再经滤光片滤除其它波段的能量，最后到达探测器，探测器吸收能量后转换为电信号，电信号通过电路处理后，由处理器启动模数转换器对输入的模拟信号进行采样，由此模拟量转变为数字量，软件采用数字信号处理算法对数字量进行去噪和滤波，将实时测量数据和标定数据按公式进行计算，即可得到实时测量的气体浓度值。

经过实验测试，该传感器测量值准确、可靠、响应灵敏、体积小、功耗低，分辨率达到0.01%VOL，测试数据及性能指标达到预期。

关键词：红外气体传感器，气体浓度检测，NDIR，红外吸收ABSTRACTABSTRACTThis paper designed a kind of the combustible gas sensor based on infrared absorption principle, uses electric modulation non-dispersive infrared technology, because most of the combustible gas have absorption peak at about 3.40 microns wavelengths, so selection filter center wavelength of 3.40 microns to detecting combustible gas, the filter of the corresponding output signals called measure signals, to guarantee the reliability of the sensor measurement value and long-term stability, then choose a filter as the reference signal, because most of the gas at about 4.00 microns no absorption, so the second filter center wavelength is 4.00 microns, the second filter of the corresponding output signal is the reference signal. Due to the reference signal is stable in theory, so when the sensor hardware system appeared the phenomenon such as aging, drift, measuring signal changes, the reference signal can be the basic rule out such anomalies.Sensor selects the ARM microprocessor as the control of the whole system of the kernel and computing unit, ARM processor used to own a timer interrupt signal, each time interrupt driven infrared light source transformation work status, so as to realize the infrared light source modulation. Electric modulation infrared light source through the gas chamber to reach the pyroelectric detector with filter, pyroelectric detector output electrical signal, the electrical signal after amplification filter processing by the ARM processor to start the A / D conversion Digital signal processing algorithm to denoise and filter digital, real-time measurement data and calibration data calculated according to the formula, you can get real-time measurement of gas concentration value.After a large number of experiments, the sensor measurements accurate, reliable, responsive, small size, low power consumption, resolution 0.01% VOL, test data and performance indicators to achieve.Keywords: Infrared gas sensor, Gas concentration detection, NDIR, Infrared absorption目录第一章绪论 (1)1.1 研究意义 (1)1.2 红外气体传感背景 (1)1.2.1气体传感器的发展 (1)1.2.2国内外研究现状 (3)1.3 本文主要工作 (4)1.3.1主要研究内容 (4)1.3.2主要技术指标 (5)1.4 本论文的结构安排 (5)第二章传感器理论基础 (6)2.1 基础理论 (6)2.1.1气体浓度计算的理论 (6)2.1.2红外光谱的基础知识 (7)2.1.3分子能级与量子学相关知识 (8)2.1.4气体的红外吸收峰与分子结构的关系 (9)2.2 硬件开发工具 (14)2.3 软件开发环境 (15)2.4 本章小结 (16)第三章传感器硬件设计与实现 (17)3.1 传感器系统总体设计 (17)3.2关键器件选型 (18)3.2.1微处理器选型 (18)3.2.2红外光源选型 (20)3.2.3热释电探测器选型 (23)3.3电源管理电路设计 (29)3.4红外光源驱动电路设计 (30)3.5处理器及外围电路 (32)3.6模拟小信号处理电路设计 (35)3.7 PCB电路板设计 (38)3.8 硬件电路实现 (40)3.9 本章小结 (42)第四章传感器软件设计与实现 (43)4.1信号采集与数字信号处理 (43)4.2零点和灵敏度校准设计 (47)4.3数字通信模式及传输方式 (47)4.4数字通信协议设计 (49)4.5传感器浓度计算 (53)4.6软件调试 (55)4.7软硬件联合调试 (56)4.8本章小结 (59)第五章测试及数据分析 (60)5.1 传感器测试环境 (60)5.2传感器标定测试 (61)5.3 测试数据分析 (65)5.4 硬件参数测试 (66)5.5本章小结 (68)第六章结论 (69)6.1 全文总结 (69)6.2 下一步工作的展望 (70)致谢 (71)参考文献 (72)第一章绪论第一章绪论可燃气体常见于日常生活及日常生产中，如城市管网下水道积聚的沼气，矿井开采生产中产生的瓦斯、石化储运站储藏的可燃气体、煤气站储藏的可燃气体、家庭生活中天然气等。

红外气体传感器原理04

4.1 薄膜微音红外气体分析器薄膜微音红外气体分析器的检测器由钛金属薄膜片动极和定极组成，当接收气室内的气体压力受红外辐射能的影响而变化时，推动电容片相对定极移动，把被测组分浓度转变成电容量变化。

薄膜微音红外气体分析器在在线气体分析领域得到广泛应用，大约占在线红外分析器50％的份额。

4.1.1 原理结构北京北分麦哈克公司QGS-08B型薄膜微音红外气体分析器的原理结构如图1。

图1 QGS-08B薄膜微音红外气体分析器原理图该仪器采用单光源和薄膜电容检测器，测量气室和参比气室采用“单筒隔半”型结构，接收气室属于串联型，有前、后两室，二者之间用晶片隔开。

在检测器的内腔中位于两个接收室的一侧装有薄膜电容检测器，通过参比气室和测量气室的两路光束交替地射入检测器的前、后吸收室。

在较短的前室充有被测气体，这里辐射的吸收主要是发生在红外光谱带的中心处，在较长的后室也充有被测气体，由于后室采用光锥结构，它吸收谱带两侧的边缘辐射。

当测量气室通入不含待测组分的混合气体(零点气)时，它不吸收待测组分的特征波长，红外辐射被前、后接收气室内的待测组分吸收后，室内气体被加热，压力上升，检测器内电容器薄膜两边压力相等，接收气室的几何尺寸和充入气体的浓度都是按上述原则设计的。

当测量气室通入含有待测组分的混合气体时，因为待测组分在测量气室已预先吸收了一部分红外辐射，使射入检测器的辐射强度变小。

此辐射强度的变化主要发生在谱带的中心处，主要影响前室的吸收能量，使前室的吸收能量减小。

被待测组分吸收后的红外辐射把前、后室的气体加热，使其压力上升，但能量平衡已被破坏，所以前、后室的压力就不相等，产生了压力差，此压力差使电容器膜片位置发生变化，从而改变了电容器的电容量，因为辐射光源已被调制，因此电容的变化量通过电气部件转换为交流的电信号，经放大后处理后得到待测组分的浓度。

4.1.2 性能特点（1）稳定性好，非常适合在线使用。

（2）灵敏度高，既可以分析常量气体，又可以分析微量气体，适用量程范围广。

红外气体传感器原理

红外气体传感器原理
红外气体传感器是一种利用红外辐射吸收特性来检测和测量某些气体浓度的传感器。

其工作原理基于红外吸收光谱法。

在红外辐射光谱中，几乎所有气体都具有特定的红外吸收能力。

每种气体都有特定的吸收峰，其位置和强度取决于气体的种类和浓度。

这些特征吸收峰可以被用来识别和测量气体成分。

红外气体传感器由几个关键组件组成。

首先是红外光源，它产生一束红外光，通常是红外发光二极管。

这束光经过一个滤光片，只透过特定的红外波长范围。

然后，光线通过一个气体室，在这里待测气体进入。

气体会吸收特定的红外光，并且吸收量与气体浓度成正比。

在气体室的另一端，有一个红外探测器，它能够测量经过气体室的剩余红外光的强度。

红外探测器将测量结果转化为电信号发送给信号处理系统。

信号处理系统对接收到的电信号进行分析和处理。

根据已知的气体吸收光谱特性，系统可以通过比较光谱的特征峰值与事先建立的校准曲线，来识别和测量待测气体的浓度。

红外气体传感器具有高灵敏度、高准确度和良好的选择性。

它可以用于检测多种气体，如甲烷、二氧化碳、一氧化碳等。

这种传感器常用于工业环境监测、火灾报警、室内空气质量检测等领域。

气体传感器的设计与制作

气体传感器的设计与制作引言气体传感器是测定环境中气体浓度、组成和状态的一种装置，广泛应用于气体泄漏检测、环境质量监测、工业过程控制等领域。

本文介绍了气体传感器的设计和制作过程，力求准确、稳定、灵敏、可靠。

一、传感器结构设计气体传感器的结构设计主要包括传感元件、信号处理电路和外壳三个部分。

1.传感元件传感元件是气体传感器的核心部件，其主要作用是将环境中气体成分的变化转化为电信号输出。

根据气体传感器使用的传感原理不同，传感元件可以分为电化学传感器、红外传感器、光学传感器、热电传感器、超声波传感器、半导体传感器等。

传感元件选择需要根据测量对象、测量范围、测量精度等因素进行综合考虑。

2.信号处理电路信号处理电路是将传感元件的输出信号进行放大、滤波、线性化等处理后，转化为便于外界读取的电信号。

根据传感元件的不同，信号处理电路的设计也会有所差异。

一般来说，信号处理电路需要考虑放大系数、零点漂移、温度漂移等因素，以保证传感器的精度和稳定性。

3.外壳外壳是保护传感元件和信号处理电路不受外界干扰以及便于安装维护的重要部分。

外壳的设计需要考虑传感器使用的环境以及外部干扰的影响，同时需要符合安全和防护要求。

二、传感元件选型传感元件选型需要综合考虑测量对象、测量范围、测量精度、响应时间、功耗、温度特性等因素。

以测量空气中二氧化碳浓度为例，常用的气体传感器有以下几种：1.红外二氧化碳传感器红外二氧化碳传感器是利用二氧化碳分子吸收红外光谱的原理进行测量。

其优点是灵敏度高、稳定性好、响应速度快，但功耗较大，灵敏度受温度、湿度等因素影响。

2.电化学二氧化碳传感器电化学二氧化碳传感器是利用电化学反应测量气体浓度的传感器，其优点是响应速度快、灵敏度高、温度特性稳定，但合理性差、价格较高。

3.纳米气体传感器纳米气体传感器是利用纳米材料对气体分子进行识别和吸附的传感器，其优点是灵敏度高、响应速度快、小型化和低功耗，但稳定性和成本仍有待进一步提升。

非色散红外气体传感器的工作原理

非色散红外气体传感器的工作原理非色散红外气体传感器是一种常用于检测和测量气体浓度的传感器。

它的工作原理基于红外吸收光谱的特性。

让我们了解一下红外吸收光谱。

红外光谱是指在电磁波谱中波长较长的一部分，它的波长范围通常在0.78微米到1000微米之间。

不同的分子会吸收不同波长的红外光，这种吸收现象可以用来识别和测量气体的浓度。

非色散红外气体传感器利用了红外光谱中气体分子的吸收特性。

它由一个红外光源、一个样品室和一个红外光探测器组成。

红外光源会发射一束特定波长的红外光进入样品室。

这束光会穿过样品室中的气体，一部分光会被气体分子吸收，另一部分光会透过样品室到达红外光探测器。

红外光探测器会测量透过样品室的红外光的强度，并将其转换为电信号。

这个电信号的强度与气体分子吸收的光的强度成正比，因此可以用来表示气体浓度。

然而，由于不同气体分子对红外光的吸收特性不同，所以非色散红外气体传感器通常需要校准。

校准是通过对已知气体浓度进行测量，然后建立浓度和传感器输出信号之间的关系来完成的。

传感器输出的电信号会被转换为气体浓度的数值，并以数字形式显示在传感器上。

可以通过连接到计算机或数据记录仪来进一步分析和记录这些数据。

非色散红外气体传感器具有许多优点。

首先，它具有高灵敏度和高选择性，可以检测多种不同的气体。

其次，它的响应速度很快，可以实时监测气体浓度。

此外，它的体积小巧，易于安装和使用。

然而，非色散红外气体传感器也存在一些限制。

首先，它对光源和探测器的稳定性要求较高，否则会影响测量的准确性。

其次，它对温度和湿度的变化也比较敏感，需要进行温度和湿度补偿。

此外，一些气体分子对红外光的吸收很弱，因此无法使用非色散红外气体传感器进行测量。

非色散红外气体传感器是一种基于红外吸收光谱的传感器，可以用来检测和测量气体浓度。

它通过红外光的吸收特性来实现对气体的测量，具有高灵敏度、高选择性和快速响应的优点。

然而，它也需要校准和对环境因素进行补偿，才能确保测量结果的准确性。

红外一氧化碳(CO)传感器

产品的结构与特点◆NDIR 红外测量原理◆单光源、双光束◆数字信号处理◆温度自动补偿◆4-20mA/0.4-2V 、UART 、Modbus多种信号输出可选◆进口元器件，性能稳定，波动小◆长寿命，可自动零点校准◆多点标定，量程范围内线性良好◆可按用户要求订制气体种类、量程及精度等级圣凯安科技研发、生产的NE-101系列高精度红外气体传感器是一款采用NDIR红外吸收检测原理的气体传感器模组。

该传感器采用国外进口光源、特殊结构的光学腔体和双通道探测器，实现空间双光路参比补偿，微处理器进行信号采集、处理和输出，线性误差优于满量程的±1%、零点漂移小，具有很好的选择性，高灵敏度，无氧气依赖性，寿命长，低功耗；内置温度传感器，可进行温度补偿；同时具有4-20mA /0.4-2V、UART、Modbus （用户可选）输出；报警点可设置，能够简单、快速地与现有的监测和控制系统相连接，方便客户各种应用NDIR 红外气体检测模块NE-101NE Sensor检测气体SF6CO2CH4HC检测量程（其他量程请咨询技术人员）0-1000ppm0-2000ppm0-5000ppm0-5000ppm 0-1500ppm0-5000ppm0-1%VOL0-1%VOL 0-2000ppm0-1%VOL0-100LEL0-100LEL 0-3000ppm0-5%VOL0-10%VOL0-10%VOL分辨率1ppm;0.1%LEL(根据检测范围)进气方式管道式扩散式气体接口3mm(inner);5mm(outer)/气体流量0.2…0.5L/min(稳定)气室尺寸(L)76x(W)51x(H)22mm预热时间<2min;<30min(达到技术标准)运行电压9-36VDC输出波动0.5%FS输出信号4-20mA/0.4-2V、UART、Modbus（RTU、ASCLL、自定义）使用温度‐10℃—50℃温度对零点影响0.1%FS per℃存储温度‐20℃…60℃环境压力800hPa—1200hPa环境湿度0%…95%(rel.)响应时间<30s(@0.3l/min)<60s(@0.3l/min)检测下限2%FS重复性1%FS线性误差2%FS温度对满量程点影响0.2%FS per℃零点漂移1%FS/24h应用市场气体分析行业、工业过程控制、环境检测和发电厂、变电站进行气体浓度和气体泄漏检测报警安装说明该传感器安装定位孔间距64mm,孔径3mm接线插座间距2.54mm维修保养应注意的事项传感器应定期校准，建议不大于6个月，若开启自动校准长期运行则不需要校准；不要在粉尘密度大的环境长期使用传感器；请在传感器供电范围内使用传感器。

《红外气体传感器》课件

可能，如纳米材料、石墨烯等具有优异性能的新型材料在传感器制造中
得到广泛应用，提高了传感器的灵敏度和稳定性。
02
微型化与集成化
随着微纳加工技术的进步，红外气体传感器逐渐向微型化、集成化方向
发展，能够实现多通道、高密度的气体检测，满足空间限制严格的应用
需求。
03
智能化与网络化
结合人工智能、物联网等技术，红外气体传感器趋向智能化、网络化发
传感器通常包含一个红外光源、一个调制器、一个滤光片、一个热电堆探测器以及一个气室。
红外光发射器发出光线，经过调制后进入气室，与气体分子发生相互作用，吸收部分光能，再由探测器检测吸收光能量变化，转化为电信号进行处理。
红外气体传感器的应用领域

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02
03
04
环境监测
用于检测大气中的污染物，如二氧化碳、甲烷、氮氧化物等
测量范围
指传感器能够测量的气体浓度范围。
精度
指传感器测量结果的准确性，通常以百分比表示。
灵敏度
指传感器对气体浓度的响应速度和变化率。
稳定性
指传感器在长时间使用过程中性能的稳定性，通常以变化率
表示。
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CATALOGUE
红外气体传感器的应用实例
环保监测领域的应用
总结词
红外气体传感器在环保监测领域的应用主要集中在气体污染物的实时监测和预警，有助于提高环境质量和保护人体健康。
《红外气体传感器》ppt课件
contents
目录
• 红外气体传感器简介 • 红外气体传感器的技术原理 • 红外气体传感器的分类与选择 • 红外气体传感器的应用实例 • 红外气体传感器的发展趋势与挑战
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