红外气体传感器基于非色散红外（NDIR）技术，通过检测气体对特定红外波段的吸收特性来确定其浓度。原理核心步骤如下：

1. 红外光源：
   传感器内置红外光源（如LED或微型电热丝），发射广谱红外光，覆盖目标气体的特征吸收波段。

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3. 气体吸收：
   不同气体分子对特定波长的红外光有选择性吸收（如CO₂吸收4.26 μm，CH₄吸收3.3 μm）。气体浓度越高，吸收的红外光越多。

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5. 光路设计：
   红外光穿过气室（含被测气体）后到达探测器。气室设计影响光程长度，长光程可提升低浓度检测灵敏度。

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7. 信号检测：
   探测器（如热电堆或光电二极管）测量透射光的强度，并与参考通道（无气体吸收的波长）对比，通过朗伯-比尔定律计算气体浓度：

8. 
   

   $$�={�}_0{�}^{-���}$$

   其中，${�}_0$为初始光强，$�$为透射光强，$�$为吸收系数，$�$为浓度，$�$为光程。

关键技术挑战与解决方案

1. 环境干扰（温湿度）

• 内置温湿度传感器，通过算法实时补偿（如多项式拟合修正）。

• 采用恒温控制模块维持光源和探测器温度稳定。

• 问题：温湿度变化影响光源稳定性与探测器灵敏度。

• 解决方案：

2. 光学污染（灰尘、油雾）

• 气室设计为防尘结构（如疏水滤膜、气流通道优化）。

• 自清洁功能（如定期加热气室蒸发污染物）。

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• 问题：污染物附着在光学窗口，导致信号衰减。

• 解决方案：

3. 交叉敏感（多气体干扰）

• 使用窄带滤光片精确匹配目标气体吸收峰（如4.26 μm滤光片专用于CO₂）。

• 多通道检测（参考通道+测量通道）结合机器学习算法去干扰。

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• 问题：不同气体的吸收波段重叠（如CO₂与H₂O）。

• 解决方案：

4. 长期稳定性与漂移

• 自动零点校准（定期通入纯净N₂作为基准）。

• 选用长寿命光源（如量子阱红外光源寿命可达10年）。

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• 问题：光源老化或探测器灵敏度下降导致基线漂移。

• 解决方案：

5. 低浓度检测灵敏度

• 增加光程（如反射式气室设计，光程可达数米）。

• 锁相放大技术提取微弱信号，抑制噪声。

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未来发展趋势

• 微型化：MEMS工艺集成光源、气室和探测器（如芯片级NDIR传感器）。

• 多气体同步检测：宽谱光源+阵列式探测器，结合光谱分析算法。

• AI驱动：自适应校准、故障诊断及数据融合（如结合电化学传感器）。

• 低功耗设计：脉冲式光源供电，适用于物联网（IoT）设备。

通过上述技术优化，红外气体传感器在精度、可靠性和成本间取得平衡，成为气体检测领域的核心方案之一。