1 概况

（元琛科技）非色散红外（NDIR，Non-Dispersive InfraRed）传感器是一种由红外光源、光路、红外探测器、电路和软件算法组成的光学气体传感器。它主要用于测化合物，例如： CH4、CO2、N2O、CO、CO2、SO2、NH3、乙醇、苯等，并包含绝大多数有机物（HCs），包括有机挥发性混合物（VOCs）。

NDIR传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源。因为没有使用光栅或棱镜将光进行分光，所以叫非色散红外。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。通过测量进入红外传感器的红外光的强度，来判断被测气体的浓度。当环境中没有被测气体时，其强度是最强的。当有被测气体进入到气室中，被测气体吸收掉一部分红外光，到达探测器的光强得到减弱。通过标定零点和测量点红外光吸收的程度和刻度化，仪器仪表就能够算出被测气体的浓度。

对于NDIR传感器区分不同种类的气体主要基于不同气体分子对红外光具有特定的吸收光谱这一特点来实现的。大量非对称双原子和多原子气体分子的振动、转动谱线位于红外波段，其对光的吸收呈现出明显的频率选择性。根据HITRAN数据库可知，CO2气体在中红外区的吸收波长为4.26μm，气体在此处的吸收最强，光能衰减也最剧烈，并且在其吸收峰附近没有其他较为常见的气体的吸收峰，干扰较小。

2 NDIR传感器的发展及优势

2.1 NDIR传感器的发展

NDIR气体传感器作为一种快速、准确的气体探测技术在实际应用十分广泛。 在国内NDIR气体传感器的主要厂家初期采用国外20世纪八十年代初的红外气体分析方法，采用镍等作为红外光源，电机机械调制红外光源，功耗大，稳定性差，仪器造价也很高。红外探测器采用薄膜电容微音器作为传感器使得仪器对震动十分敏感，不适合便携测量。

随着电子技术和传感器技术的进步，逐渐出现无机械调制装置，并结合MEMS加工工艺的电调制光源NDIR气体传感器，在仪器电路上引入低功耗嵌入式系统，在NDIR气体传感器在体积，功耗，性能和价格上都具有巨大优势。

近年来，微电子技术和MEMS加工工艺技术的发展，NDIR气体传感器逐渐向小型化和微型化发展，其中红外光源部分采用可电调制的MEMS红外光源，采用红外热释电探头等，使得NDIR传感器系统便携化发展。

图7 NDIR传感器模块

2.2 NDIR传感器的优势

市场上常见的传感器，例如催化燃烧（CAT）、电化学（EC）、紫外光离子化（PID）传感器并不是各种气体都能测，例如以上传感器CO2就无法测，但是NDIR传感器能测CO2。NDIR传感器最常见的被测气体是CH4和CO2。

除此之外，NDIR传感器还有以下优点：
①抗中毒。CAT传感器测甲烷最大的敌人是卤化物（含氟、氯、溴、碘的物质）、有机硅化合物、硫化物。当这些物质在催化珠上燃烧之后，催化剂的活性大打折扣，反映在测量数据上，就是灵敏度下降。
②不会积碳。CAT传感器测长碳链的烃类时，因为燃烧不够充分，很容易积碳，导致催化珠表面形成一层薄薄的碳粉，反映在测量数据上，就是零点抬高、灵敏度下降。NDIR传感器的光源和探测器都被玻璃或滤波片保护起来，和气体并不接触，所以不会有燃烧的现象发生。
③不需要氧气参与。CAT传感器是需要氧气参与氧化反应的。但NDIR是光学传感器，不需要氧气参与。
④测量浓度可以到100%v/v。因为NDIR传感器的信号特点是无被测气体时，信号强度最大，浓度越高，信号越小。所以测量高浓度比测量低浓度要轻松。
⑤长期稳定性优异。NDIR传感器的稳定性基本取决于光源。只要选择好光源，长期稳定性就能表现较好。
⑥温度范围宽。NDIR可以用到-40℃到85℃的范围。
⑦维护成本低。这是和它长期稳定性好密切相关的。