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红外气体传感器的工作原理解析 来源：郑州炜盛科技•作者：郑州炜盛科技• 2020-07-23 15:26 • 次阅读 • 个评论定义：红外光学原理的气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔Lambert-Beer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。
原理：由不同原子构成的分子会有独特的振动、转动频率，当其受到相同频率的红外线照射时，就会发生红外吸收，从而引起红外光强的变化，通过测量红外线强度的变化就可以测得气体浓度。 需要说明的是，振动、转动是两种不同的运动形态，这两种运动形态会对应不同的红外吸收峰，振动和转动本身也有多样性，因此一般情况下一种气体分子会有多个红外吸收峰。 根据单一的红外吸收峰位置只能判定气体分子中有什么基团，精确判定气体种类需要看气体在中红外区所有的吸收峰位置即气体的红外吸收指纹。 在已知环境条件下，根据单一红外吸收峰的位置可以大致判定气体的种类。由于在零下273摄氏度即绝对零度以上的一切物质都会产生红外幅射，红外幅射与温度正相关，因此，同催化元件一样，为消除环境温度变化引起的红外幅射的变化，红外气体传感器中会由一对红外探测器构成。 一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。 红外吸收原理只能测不同原子构成的分子。由于同一分子内部运动的多样性使其具有多种不同的振动频率和转动频率，因此，对红外吸收的分子会有不同个吸收峰。另外，具有相同化学键的分子（如水和酒精分子中的氢氧键）会有相近的吸收峰，干扰由此产生。 为什么红外气体传感器不能测量氧气、氢气、氮气等由相同原子构成的气体分子？ 举例： 月亮和地球、地球和太阳靠万有引力连接，分子内部原子间靠化学键连接。如果二者是理想球体而且没有其它万有引力干扰则地球轨道将是圆的，实际上上面两个条件都不成立，因此其轨道是椭圆的，也就是地球和太阳之间的距离不停地在短半径和长半径之间转换，即振动，只是振动周期长达一年，在这个过程中，地球处于短半径点和长半径点时，它和太阳之间的引力是不同的，即能量级别不同。 同理，在分子内部原子间靠化学键连接，原子间的空间距离、角度、方向由于电子分布的不均衡而不停发生变化，即振动、转动，而且不同的分子会有独特的振动、转动频率，当遇到相同频率的红外线照射时会产生谐振、原子间距离和电子分布发生变化即偶极距发生变化，红外吸收就是这样产生的（紫外吸收同理）。 以上内容中包含红外吸收的两个基本条件：谐振、偶极距变化，这两个条件同时满足才能产生红外吸收。 氧气、氢气、氮气等由同一种原子构成的分子为什么没有红外吸收峰？两个基本条件：一是气体分子振动频率与照射的红外线频率相同，二是偶极距变化。不难理解，第一个条件容易满足，第二个条件无可能性。 相同原子构成的分子正负电荷中心完全重叠，即偶极距为零，其结果是电子在分子中的分布是均衡的，以红外光本身的低能量密度特征，其照射不会改变这种均衡，更不可能使分子电离，即不会导致能量变化。而不同原子构成的分子：以水（蒸气）分子为例，分子中电子的分布偏向氧这端，即微观上水分子中氢那一端呈正电性，氧那一端呈负电性，正负电荷中心是不重叠的，即偶极矩不为零，这是因为氧吸引电子的能力比氢强的缘故。 在与水分子振动、转动频率相同的红外线照射时，会使电子在水分子中的分布更偏向氧一端，导致氢和氧的平均距离变短，即偶极距变短，能量变高，即水分子受到红外照射时会从低能级跃迁到高能级，红外吸收就是这样产生的。 可以简单理解：红外线与相同原子组成的分子相遇时，由于相同原子组成的分子是理想的弹性球体，两者的相互作用是完全弹性碰撞，只有能量交换，没有能量转移。不同原子组成的分子与红外线相互作用则有能量转移。因此，红外吸收原理不能测相同原子构成的分子。 非色散红外吸收气体传感器 非色散：白光通过三棱镜会被分为七色光即赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这个三棱镜就是一个分光系统，能把七色光分开。 有分光系统的光学系统即色散型光学系统，无分光系统的光学系统即非色散性。 非色散系统简易、可靠、小巧、廉价。平时我们感受到的白光、紫外、紅外光都是不同频率、波长混合成的光，而单频率、单波长的光即单色光。 前面讲到只有红外线的频率和气体分子振动、转动频率相同时才会产生红外吸收，理论上在设计气体传感器时，我们希望用单色光去照射气体或者照射后我们用设置光栅（滤光片）的办法获得单色光。 非色散红外气体传感器通常由光源、光学腔体、滤光片（光栅）、探测器和信号调理电路构成，在传感器中滤光片和探测器是一体的。 红外气体传感器优点： 1、除了相同原子組成的气体，所有气体都可以测。 2、全量程。 3、传感过程本身不会干扰传感。 红外气体传感器缺点： 1、昂贵。红外气体传感器本质上是红外幅射导致探测器温度变化进而是电性能变化的温度传感器，传感过程复杂。 要求系统有如下特征： 光源必须有稳定的红外幅射；光学腔体物理化学性质稳定；滤光片及红外探测器稳定。 这些问题，合理的工艺技术本身能较好的解决，但是制造成本高，导致价格昂贵。 2、选择性弱。在普通的以宽频红外光源加滤光片加探测器设计中，滤光片本身不能实现理想的选择性滤光，因此干扰尤其是水的干扰一直存在。 选择性的问题深层原因在于很多不同的气体分子会有相同的化学键，即有相近甚至重叠的红外吸收。 3、粉尘、背景幅射、强吸附及气、液、固易发生转换的检测对象都会对检测结果造成影响。 常识补充： 近红外波长：0.7um~2.0um； 中红外波长：2.0um~15um。 气体吸收峰：每一种气体的吸收峰不止一个，如：甲烷在近红外1.3um，1.65um；中红外2.6um、3.31um，3.43um，6.5um等处都有吸收峰。 激光光源：最接近单色光的光源。 我们大概容易想到，同一气体分子的振动、转动的多样性导致其有多个吸收峰；含有相同化学键的分子会有相近的吸收峰。因此红外传感器的技术发展路径很清楚，单色光源、集成化、微型化、低功耗。 目前最大的问题：近红外区只有个别波长有较廉价的激光器做单色光，而且在近红外区气体吸收较弱。在气体对红外的强吸收区中红外区，激光器制造工艺复杂，激光材料、理论及器件未有商业价值突破，导致中红外激光器极昂贵，这严重限制了红外气体传感器在复杂环境下的应用。 在常见的气体中目前二氧化碳是红外原理最强的应用，也是基于节能的最具商业前景的应用，其次是甲烷。 红外气体传感器与其它类别气体传感器如半导体式、电化学式、催化燃烧式等相比具有应用广泛、使用寿命长、灵敏度高、稳定性好、适合气体多、性价比高等一系列优点。其广泛应用于石油化工、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域。智能型红外气体传感器的详细介绍一、产品介绍 润越环保科技研发、生产的7NE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2021-12-10 17:47:59342解析电阻型半导体气体传感器气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或2021-10-26 11:20:511882环境监测推动气体传感器市场气体传感器 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16:21:306421如何正确选择红外线温度传感器，红外线温度传感器工作原理解析如何选择红外温度传感器，我们需要根据它的一些性能指标来判定，光学分辨率、响应时间、工作波长、温度范围等，环境和工作条件也是重要的考虑因素，随便着红外技术的不断发展，用户的选择也越来越多，下面给大家2018-08-01 17:40:5015708红外二氧化碳气体传感器的原理是什么？有什么应用和发展趋势？红外二氧化碳气体传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源，光线穿过光路中的被测气体，透过窄带滤波片，到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分 子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度2017-12-03 09:06:0120883红外气体传感器有什么特点？红外传感器的应用很广，在检测很多种的气体中都使用到它，而且它的可靠性很高，选择性很好，精度也高，没有毒，受到环境的干扰较小，寿命比较长，对氧气不依赖等等的优点，在未来的市场中很可能会成为主流的。2017-12-02 03:57:082191热导式气体传感器的性能特点详解、稳定性 稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和量程漂移。 零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。 量程漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表2018-06-07 10:44:306082气体传感器的12点优势气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。下面就由工采网小编给大家讲解一下气体传感器的12点优势2018-01-23 03:03:51658气体流量传感器常见故障类型有哪些气体 流量传感器 在对于气体测试这一块儿有很大的用处，在某些情况中通过气体 流量传感器 来判断某种气体的浓度是否过量等，再使用气体 流量传感器 时我们要清楚知道气体 流量传感器 是否正常工作，如果2018-05-07 10:47:331424关于红外传感器的CO2测量装置根据 Beer-Lambert 定理和红外吸收原理，研究了红外传感器的工作原理，设计了一种 CO 2 气体体积分数测量装置。2018-04-25 15:04:2612一文解析气体传感器技术、市场及应用从技术的角度分类，气体传感器主要可分为：半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、PID气体传感器、光化学型气体传感器、接触燃烧式气体传感器等。和其它传感器一样，气体传感器发展的趋势也是微型化、智能化和多功能化。2018-04-18 23:57:017188气体传感器主要供应商有哪些_气体传感器市场格局分析气体传感器生产企业主要集中在英日德美和中国。气体传感器相关企业有英国城市技术公司（City）、日本Figaro、英国Alphasense、炜盛科技等。2018-04-18 23:49:018558采用红外光源和传感器的气体检测参考设计方案该参考设计方案的原理：红外光源发射出2-14μm的红外光，通过一定长度的气室吸收后，由带4.26μm 波长的窄带滤光片的红外气体传感器进行探测，传感器内置15位ADC，通过IIC进行数据采集，经过Microchip的Cortex® M0+ SAM D20进行数据分析处理2018-04-01 08:29:3410152AKM着手收购气体传感器大厂SenseairAKM正利用基于其半导体化合物核心技术的非可见光(红外、紫外)光学元件，积极开拓气体传感业务。凭借小尺寸、高灵敏度和高品质优势，其红外光发射元件和探测器正日益广泛地应用于各种气体浓度探测的气体传感器2018-02-24 18:38:10492AKM准备收购气体传感器厂Senseair据麦姆斯咨询报道，AKM宣布同意收购瑞典NDIR（非色散红外）气体传感器模组制造商Senseair（森尔）的股份。2018-03-06 10:35:194417位移传感器工作原理原理解析常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。2018-02-03 11:11:4820992深度解析红外传感器原理、分类、性能参数、应用及前景红外传感器是传感器中常见的一类，由于红外传感器是检测红外辐射的一类传感器，而自然界中任何物体只要其稳定高于绝对零度都将对外辐射红外能量，所以红外传感器称为非常实用的一类传感器，利用红外传感器可以设计出很多实用的传感器模块，如红外测温仪，红外成像仪，红外人体探测报警器，自动门控制系统等。2018-01-08 17:01:5128653压力传感器工作原理解析压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 力学传感器2017-11-28 16:39:0132红外传感器的定义和工作原理及应用红外线传感器是用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。它是一种不可见光，其光谱位于可见光中红色以外，所以称红外线。2017-11-24 15:21:4533326温度传感器等电子传感器相关知识及技术的解析本文介绍了力传感器、温度传感器、气体传感器等传感器的相关知识及技术的解析。2017-11-18 12:58:5227集成传感器与离子敏感化学传感器相关知识与技术的解析本文介绍了传感器和集成传感器及离子敏感和气体敏感的化学传感器相关知识与技术的解析。2017-11-18 11:10:262什么是红外线传感器！红外线传感器结构图介绍红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器，有灵敏度高等优点，红外线传感器可以控制驱动装置的运行。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。2017-11-03 14:32:3425874DSP高速便携红外气体分析仪解析红外气体分析仪是基于不同气体分子对特定波长红外光有选择性吸收的原理制成的一种物理式分析仪器，是典型的光、机、电一体化智能传感器系统。与其他气敏传感器系统相比，具有灵敏度高、响应快、分析气体种类多2017-11-01 16:11:241ULTRAMAT 23红外气体分析仪机架单元和便携单元型可： 1、测量一种红外气体组分带（或不带） 氧含量测量 2、测量二种红外气体组分带（或不带） 氧含量测量 3、测量 三种红外气体组分带（或不带） 氧含量测量 4、于沼气应用，四个组份连续测量。测量： 二种红外气体组份（COz 和CH，） 加电化学测氧或硫化氢 5、个组份连续测量，带顺磁氧2017-10-19 17:27:4213基于气体传感器的冷却气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。2017-09-17 11:37:575一文读懂常用气体传感器的分类与原理常见的气体传感器包括电化学气体传感器，催化燃烧气体传感器，半导体气体传感器，红外气体传感器等。不同类型的传感器由于原理和结构不同，性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。2017-06-21 14:05:4220829常见的气体传感器知识盘点常见的气体传感器包括电化学气体传感器，催化燃烧气体传感器，半导体气体传感器，红外气体传感器等。不同类型的传感器由于原理和结构不同，性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。2017-06-19 21:42:401373气体传感器参考设计平台该参考设计是低功耗无线气体传感器解决方案，支持多种电化学气体传感器。此传感器解决方案灵活并且经过认证，采用适合蓝牙低功耗，Zigbee RF4CE，6 lowpan或ANT的多功能可配置接口，是各种2017-05-09 17:18:4526红外多气体传感器设计_唐力程红外多气体传感器设计_唐力程2017-03-19 14:54:021气体传感器分类及原理详解所谓气体传感器，是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的传感器。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。2017-02-14 11:19:3615145加速度传感器工作原理及应用可穿戴设备当中传感器至关重要，其中的加速度传感器能够完成位置及姿势的识别。本文通过对三轴传感器工作原理的解析，帮助读者更好的理解加速度传感器的应用。2016-12-28 15:21:238345基于红外传感器的CO2气体检测电路设计基于红外传感器的CO2气体检测电路设计，下来看看2016-12-02 21:27:2839可快速替换催化燃烧原理的红外气体传感器将红外气体传感器应用在现有的催化燃烧原理气体检测仪上，快速替换催化燃烧原理传感器，使气体检测设备厂家迅速得到换代升级产品，完成从催化燃烧原理到红外检测原理的转变，向用户提供高稳定性、抗干扰能力强、长寿命的红外检测原理高端产品。2014-07-17 09:57:071759基于红外传感器的CO2气体检测电路设计 利用红外吸收型二氧化碳气体传感器设计了一种二氧化碳气体检测电路，详细阐述了其结构和工作原理。该电路具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等优点，简单易用，快速直读，价格低廉，具有较好的应用前景。2014-07-10 11:17:221952传感器的设计要点解析好的传感器的设计是经验加技术的结晶。一般理解传感器是将一种物理量经过电路转换成一种能以另外一种直观的可表达的物理量的描述。本将对传感器的概念、原理特性进行逐一介绍，进而解析传感器的设计的要点。2014-01-23 10:58:38909基于红外光谱的煤矿新型瓦斯传感器的设计利用E2V公司的IR22GJ红外瓦斯检测模块及CC2430芯片设计了煤矿新型红外瓦斯传感器电路。结合井下气体测量环境和红外光的瓦斯传感器测量原理，利用单片机的外围电路和硬件架构、C语言2013-09-25 17:27:1949基于DSP的高速便携红外气体分析仪红外气体分析仪是基于不同气体分子对特定波长红外光有选择性吸收的原理制成的一种物理式分析仪器，是典型的光、机、电一体化智能传感器系统。与其他气敏传感器系统相比，具有2011-10-19 15:02:00824红外原理气体传感器产品指南红外原理气体传感器产2011-01-10 22:31:0758基于DSP的高速便携红外气体分析仪提出了一种基于DSP的高频、高精度的非分光红外气体分析仪的设计方法，详细介绍了仪器的设计思想和具体的设计实现，重点描述了DSP相关电路和软件设计流程。处理速度和便携性2011-01-05 10:56:0916红外线气体传感器选型手册红外线甲烷(CH)传感器smartMODULBASIC基本型甲烷传感器SM-MA系列基本型甲烷传感器采用双光束非分光红外线(NDIR)检测技术，具有抗其他气体干扰、保养维护简便、稳定性好、自2011-01-01 22:41:1270红外气体传感器（NDIR）选型手册smartMODULBASIC 型红外气体传感器基于单光束双波长红外测量技术及高精度数字处理技术，广泛应用于空气质量检测和工业过程控制。内部集成完整的漂移控制电路和温度补偿电路2010-09-22 08:05:3887红外线传感器的工作原理红外线传感器的工作原理红外线传感器的英文全称是：infrared transducer 2010-09-17 19:42:0684428气体传感器的特性及分类气体传感器的特性及分类 气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。2010-04-21 17:23:361139MQ-138气体传感器MQ-138气体传感器应用于家庭、环境的有害气体探测装置。2010-04-14 15:07:58179基于AT89S51的多参数气体检测仪的研制本文介绍了基于AT89S51 单片机的多参数气体检测仪的设计和实现方法。利用电化学传感器和红外气体传感器，可同时检测氧气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、甲烷等5 种气体在空2009-11-26 12:06:0879气体传感器原理与应用知识气体传感器原理与应用知识气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体2009-11-25 09:20:032104气体传感器气体传感器
CO传感器、酒精传感器等2009-11-20 11:46:441170智能量子型红外固定光谱吸收式气体传感器的研制本文提出一种智能量子型红外固定光谱吸收式气体传感器的研制方案以及提高此种传感器的抗环境温度影响的方法，并对其可行性加以论证。传感器技术在当今科技领域中占有十2009-07-13 10:00:2623红外气体传感器多光路光学系统设计在实验研究的基础上分析了采用红外发光二极管为光源的气体传感器在设计中应考虑的几个因素。对四种设计方案进行了比较,从而提出了双光源四探测器的新型多光路光学系统设计2009-07-06 08:54:1035气体传感器及其在火灾探测中的应用主要介绍半导体、红外吸收和电化学气体传感器以及发展中的智能气体传感器的工作原理、结构形式及性能特点,阐述这几种气体传感器在火灾探测中的应用状况,并提出多传感器火灾2009-07-03 09:34:2023SiC气体传感器SiC 肖特基二极管气体传感器可以广泛应用于检测气体排放物和气体泄露。通过采用PdCr 合金,可以提高Pd/ SiC 气体传感器的灵敏度。同时,在Pd 层和SiC 之间引入SnO2 作为界面层也是提高2009-06-22 13:49:3416