红外二氧化碳气体传感器的原理与应用

红外二氧化碳传感器是一种利用非色散红外NDIR原理制成的传感器，也是二氧化碳监测中被市场普遍认可的一类传感器。

由于各种物质分子内部结构不同，他们对不同波长光线的选择吸收也各不相同，也就是说：物质只能吸收特定波长的光，并且物质对一定波长光的吸收关系服从朗伯—比尔（ Lambert-Beer）吸收定律。

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对于红外二氧化碳传感器来说，传感器内部配备了一个红外光源，通常是一个红外发光二极管（LED）或者更专业的红外光源，它会发射出特定波长的红外光。当这束红外光穿过含有二氧化碳的气体样本时，二氧化碳分子会吸收特定波长的红外光，吸收的程度与气体中二氧化碳的浓度成正比。

为了精确测量特定于二氧化碳吸收的光强度，光路中会设置一个窄带滤波片，这个滤波片只允许透过4.26μm附近波长的光，从而排除其他未被吸收光线的干扰。透过滤波片的光线随后到达红外探测器，探测器测量剩余光的强度，这个强度的降低量直接反映了被二氧化碳吸收的光量。

探测器产生的信号会被送入传感器模块的微控制器单元（MCU），通过电路和软件算法进行线性化处理，将接收到的光强信号转换成与二氧化碳浓度成比例的电信号，转化成数字或模拟输出，方便用户读取。

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为了提高测量的准确性和稳定性，许多红外二氧化碳传感器会采用双通道设计，即一个测量通道和一个参比通道，参比通道不同过被测气体，只提供一个基准，用来补偿环境如温度、湿度等变化对光强度的影响。

双通道红外二氧化碳传感器原理图

（图源网络）

这种基于红外吸收的测量方式因其具有选择性好、寿命长、不依赖氧气、受环境干扰小、不易中毒、精度高等各种优点，被广泛应用于各种环境监测、工业控制、农业温室管理、室内空气质量监控等领域。

二氧化碳传感器能够集成到新风空调、新风系统、空气盒子等智能家居设备中，为我们改善室内空气质量，营造良好的居住环境。

现代农业种植中，二氧化碳浓度的实时监控和自动调节已成为智慧化种植、养殖的必备技术。应用于农业大棚这样高温高湿环境中的二氧化碳传感器，需要具备抗高湿干扰的能力，一般选择双通道的传感器产品。

工业化水平的提高，温室气体的排放也随之增多。碳中和大背景下，全球更加关注二氧化碳等温室气体的排放。对工业领域的二氧化碳气体进行检测，同样需要红外二氧化碳传感器的助力。

随着汽车逐渐成为生活中的“第三空间”，人们对车内二氧化碳浓度、有机气体浓度等的关注度日益提高。二氧化碳不仅成为衡量车内空气质量的重要指标，也是预防疲劳驾驶的重要手段，二氧化碳传感器在汽车空调系统中的应用也越来越普遍。

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