1 概況

（元琛科技）非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive InfraRed）傳感器是一種由紅外光源、光路、紅外探測器、電路和軟件算法組成的光學氣體傳感器。它主要用于測化合物，例如： CH4、CO2、N2O、CO、CO2、SO2、NH3、乙醇、苯等，并包含絕大多數有機物（HCs），包括有機揮發性混合物（VOCs）。

NDIR傳感器用一個廣譜的光源作為紅外傳感器的光源。因為沒有使用光柵或棱鏡將光進行分光，所以叫非色散紅外。光線穿過光路中的被測氣體，透過窄帶濾波片，到達紅外探測器。通過測量進入紅外傳感器的紅外光的強度，來判斷被測氣體的濃度。當環境中沒有被測氣體時，其強度是最強的。當有被測氣體進入到氣室中，被測氣體吸收掉一部分紅外光，到達探測器的光強得到減弱。通過標定零點和測量點紅外光吸收的程度和刻度化，儀器儀表就能夠算出被測氣體的濃度。

對于NDIR傳感器區分不同種類的氣體主要基于不同氣體分子對紅外光具有特定的吸收光譜這一特點來實現的。大量非對稱雙原子和多原子氣體分子的振動、轉動譜線位于紅外波段，其對光的吸收呈現出明顯的頻率選擇性。根據HITRAN數據庫可知，CO2氣體在中紅外區的吸收波長為4.26μm，氣體在此處的吸收最強，光能衰減也最劇烈，并且在其吸收峰附近沒有其他較為常見的氣體的吸收峰，干擾較小。

2 NDIR傳感器的發展及優勢

2.1 NDIR傳感器的發展

NDIR氣體傳感器作為一種快速、準確的氣體探測技術在實際應用十分廣泛。 在國內NDIR氣體傳感器的主要廠家初期采用國外20世紀八十年代初的紅外氣體分析方法，采用鎳等作為紅外光源，電機機械調制紅外光源，功耗大，穩定性差，儀器造價也很高。紅外探測器采用薄膜電容微音器作為傳感器使得儀器對震動十分敏感，不適合便攜測量。

隨著電子技術和傳感器技術的進步，逐漸出現無機械調制裝置，并結合MEMS加工工藝的電調制光源NDIR氣體傳感器，在儀器電路上引入低功耗嵌入式系統，在NDIR氣體傳感器在體積，功耗，性能和價格上都具有巨大優勢。

近年來，微電子技術和MEMS加工工藝技術的發展，NDIR氣體傳感器逐漸向小型化和微型化發展，其中紅外光源部分采用可電調制的MEMS紅外光源，采用紅外熱釋電探頭等，使得NDIR傳感器系統便攜化發展。

圖7 NDIR傳感器模塊

2.2 NDIR傳感器的優勢

市場上常見的傳感器，例如催化燃燒（CAT）、電化學（EC）、紫外光離子化（PID）傳感器并不是各種氣體都能測，例如以上傳感器CO2就無法測，但是NDIR傳感器能測CO2。NDIR傳感器最常見的被測氣體是CH4和CO2。

除此之外，NDIR傳感器還有以下優點：
①抗中毒。CAT傳感器測甲烷最大的敵人是鹵化物（含氟、氯、溴、碘的物質）、有機硅化合物、硫化物。當這些物質在催化珠上燃燒之后，催化劑的活性大打折扣，反映在測量數據上，就是靈敏度下降。
②不會積碳。CAT傳感器測長碳鏈的烴類時，因為燃燒不夠充分，很容易積碳，導致催化珠表面形成一層薄薄的碳粉，反映在測量數據上，就是零點抬高、靈敏度下降。NDIR傳感器的光源和探測器都被玻璃或濾波片保護起來，和氣體并不接觸，所以不會有燃燒的現象發生。
③不需要氧氣參與。CAT傳感器是需要氧氣參與氧化反應的。但NDIR是光學傳感器，不需要氧氣參與。
④測量濃度可以到100%v/v。因為NDIR傳感器的信號特點是無被測氣體時，信號強度最大，濃度越高，信號越小。所以測量高濃度比測量低濃度要輕松。
⑤長期穩定性優異。NDIR傳感器的穩定性基本取決于光源。只要選擇好光源，長期穩定性就能表現較好。
⑥溫度范圍寬。NDIR可以用到-40℃到85℃的范圍。
⑦維護成本低。這是和它長期穩定性好密切相關的。