红外气体传感器内部结构
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。
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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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本公司秉承科技进步的理念，不断致力于产品改进和技术创新。
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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
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。
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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
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1
4
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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
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红外气体传感器内部结构
红外气体传感器是一种通过测量物质吸收或发射红外辐射来检测目标气体浓度的传感器。
其基本工作原理是利用目标气体的特定红外吸收特性来测量其浓度。
下面将介绍红外气体传感器的内部结构。
红外气体传感器通常由以下几个主要组件组成：
1.光源：红外气体传感器内部包含一个红外光源，通常使用红外LED作为光源。
这种光源发出的光具有特定的波长范围，能够被目标气体吸收或发射。
光源的选择取决于所要检测的目标气体的红外吸收特性。
2.气体室：红外气体传感器内部还包含一个气体室，用于接收待测气体。
气体室通常由不透明的材料制成，以避免外部光线进入。
在气体室中，目标气体与红外光源之间会发生相互作用，气体会吸收或发射特定的红外辐射。
3.滤光器：红外气体传感器内部还设置有滤光器，用于选择性地过滤特定波长的红外辐射。
滤光器的作用是屏蔽其他波长的光线，只
允许目标气体吸收或发射的特定红外辐射通过。
这样可以提高传感器
的选择性和灵敏度。
4.探测器：红外气体传感器的核心部件是探测器，探测器能够对
通过滤光器过滤的红外辐射进行测量。
常用的探测器包括红外线热电
偶（IR thermometer）和红外线光电二极管（IR photodiode）。
这些
探测器能够将红外辐射转化为电信号，并通过电路进行放大和处理。
5.控制电路：红外气体传感器内部还包含一组控制电路，用于控
制光源的发光时间和频率，以及对探测器输出信号进行放大和处理。
控制电路通常由微处理器或电路芯片组成，具有高速和高精度的信号
处理能力。
6.电源：红外气体传感器需要外部电源供电，通常使用直流电源。
电源的选择取决于传感器的工作电压要求。
红外气体传感器的工作原理如下：
1.红外光源发出特定波长的红外光。
2.通过气体室中的待测气体时，目标气体吸收或发射特定波长的
红外辐射。
3.经过滤光器的选择性过滤后，只有目标气体吸收或发射的红外辐射能够通过。
4.探测器将通过滤光器过滤的红外辐射转化为电信号，并通过控制电路进行放大和处理。
5.控制电路进一步将处理后的信号转化为相应的气体浓度值，并输出给外部设备进行显示或记录。
红外气体传感器的内部结构很复杂，因此在使用过程中需要特别注意保护传感器的内部结构。
同时，由于每种气体的红外吸收特性不同，因此不同类型的传感器需要针对不同的目标气体进行专门设计和调试，以保证传感器的准确性和可靠性。