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紅外線氣體分析儀如何“看見”氣體?——非分光紅外(NDIR)技術(shù)原理

更新時(shí)間:2025-11-20

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  非分光紅外(NDIR)氣體分析儀通過氣體對(duì)特定波長(zhǎng)紅外光的選擇性吸收特性實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè),其核心原理可拆解為以下環(huán)節(jié):
  一、紅外吸收的“分子指紋”效應(yīng)
  不同氣體分子因結(jié)構(gòu)差異,對(duì)紅外光的吸收具有獨(dú)特性,如同擁有專屬“指紋”。例如,CO?在4.26μm波長(zhǎng)附近、CO在4.6μm波長(zhǎng)附近存在強(qiáng)吸收峰。當(dāng)寬譜紅外光穿過含目標(biāo)氣體的氣室時(shí),氣體分子會(huì)選擇性吸收特定波長(zhǎng)的光能,而其他波長(zhǎng)光基本不受影響。這一過程遵循朗伯-比爾定律,即光的吸收程度與氣體濃度、光程長(zhǎng)度成正比,公式為:
  I=I?·e^(-α·C·L)
  其中,I為透射光強(qiáng),I?為入射光強(qiáng),α為吸收系數(shù),C為氣體濃度,L為光程長(zhǎng)度。
  二、非分光設(shè)計(jì)的核心邏輯
  NDIR技術(shù)無(wú)需分光元件(如光柵或棱鏡),而是通過窄帶濾波片直接篩選目標(biāo)波長(zhǎng)。紅外光源發(fā)射的連續(xù)光譜穿過氣室后,由探測(cè)器表面的濾波片選擇性地接收特定波長(zhǎng)光信號(hào)。例如,雙通道探測(cè)器的一個(gè)通道安裝CO?濾波片(4.26μm),另一個(gè)通道安裝參考濾波片(如3.9μm,無(wú)氣體吸收),通過對(duì)比兩通道光強(qiáng)差異,消除光源波動(dòng)、環(huán)境干擾等誤差。
  三、從光強(qiáng)衰減到濃度計(jì)算
  探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)放大、濾波后,系統(tǒng)根據(jù)兩通道光強(qiáng)比值計(jì)算氣體濃度。例如,當(dāng)氣室中CO?濃度升高時(shí),4.26μm通道光強(qiáng)顯著減弱,而參考通道光強(qiáng)不變,通過標(biāo)定曲線即可將光強(qiáng)比值轉(zhuǎn)換為CO?濃度值。此過程通過嵌入式算法實(shí)現(xiàn),可自動(dòng)補(bǔ)償溫度、壓力等環(huán)境因素影響。
  四、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景
  NDIR技術(shù)因選擇性好、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快,廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)(如大氣CO?濃度監(jiān)測(cè))、工業(yè)過程控制(如燃燒效率優(yōu)化)及室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)。其非接觸式測(cè)量方式避免了傳感器中毒風(fēng)險(xiǎn),且通過優(yōu)化氣室設(shè)計(jì)(如反射式光程延長(zhǎng))可提升檢測(cè)靈敏度,滿足ppm級(jí)濃度檢測(cè)需求。

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