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英国爱丁堡仪器红外气体传感器
---爱丁堡仪器红外气体传感器
Edinburgh Instruments（爱丁堡仪器公司）坐落于美丽的苏格兰首府——爱丁堡。
公司下属三个分支机构：红外气体传感器、荧光光谱仪和激光器。
在气体探测领域，积累了三十年的丰富经验，为欧洲及全世界的OEM客户和系统集成商，提供了性能稳定、价格便宜的红外气体传感器。
Ø 世界上最早采用电调制光源的厂家；
Ø 拥有自主核心技术，以及不断的研发能力；
Ø 提供性能可靠、长时间稳定的模块化产品；
Ø 与OEM客户、系统集成商保持长期、稳定的合作。
运用领域：
在线检测室内安全气调保鲜垃圾焚烧
温室大棚 TOC监测制冷控制气体运输。
NDIR红外气体传感器的基本概述NDIR红外气体传感器（Non-dispersive Infrared Gas Sensor）是一种利用红外辐射原理检测气体浓度的传感器。
它由红外光源、气体室、红外滤波器、检测器以及电子信号处理电路等组成。
这种传感器主要用于测量空气中的气体浓度，如CO2、CO、CH4等。
NDIR传感器的工作原理是通过红外吸收特性来检测气体浓度。
当红外光源照射到气体室中的气体时，气体中的特定组分会吸收特定波长的红外光，吸收光的强度与气体浓度成正比。
检测器接收红外光，并通过与光源的参考信号进行比较，计算出气体的浓度值。
为了提高传感器的性能，NDIR传感器通常使用窄带滤波器，以选择性地传递特定波长的红外光。
这样可以排除其他波长的干扰光，提高气体浓度的测量精度。
NDIR传感器有许多优点。
首先，它具有高度可选择性。
通过选择不同的滤波器，可以检测多种气体，从而适应不同的应用需求。
其次，NDIR传感器灵敏度高，可检测到极低浓度的气体。
同时，它对温度和湿度的依赖性也较小，可以在不同的环境条件下进行可靠的气体浓度测量。
此外，NDIR传感器具有快速响应时间和长寿命的特点。
然而，NDIR传感器也存在一些局限性。
首先，由于传感器本身的设计和结构复杂，其制造成本较高。
另外，一些特定的气体分子如氧气（O2）和水蒸气（H2O）具有较高的红外吸收能力，这可能会导致测量上的干扰。
此外，NDIR传感器的响应时间较慢，无法实现实时监测。
为了克服这些问题，研究者们正在不断改进NDIR传感器的设计和技术。
他们提出了多通道测量、温湿度补偿和智能算法等方法来提高传感器的性能。
此外，一些新型材料的应用也为NDIR传感器的发展提供了新的可能性。
总之，NDIR红外气体传感器是一种重要的气体浓度检测工具。
它通过利用红外光的吸收特性来测量气体浓度，具有高度可选择性、高灵敏度和稳定性等优点。
随着技术的发展，NDIR传感器在环境监测、工业安全和室内空气质量监测等领域的应用将会越来越广泛。
非色散型红外线气体传感器工作原理
非色散型红外线气体传感器，简称为NDIR(non-dispersive infrared)气体传感器，它的具体工作原理：气体传感器是通过由入射红外线引发对象气体的分子振动，利用其可吸收特定波长红外线的现象来进行气体检测的，红外线的透射率(透射光强度与源自辐射源的放射光强度之比)取决于对象气体的浓度。
不过非色散型红外线气体传感器由红外线放射光源、感光素子、光学滤镜以及收纳它们的检测匣体、信号处理电路构成，其次在单光源双波长型传感器中，在2个感光素子的前部分别设置了具有不同的透过波长范围阈值的光学滤镜，通过比较可吸收检测对象气体波长范围与不可吸收波长范围的透射量，就可以换算为相应的气体浓度。
1 产品概述MH-Z14NDIR 红外气体小模组是一个通用型、小型传感器，利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CO2进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，寿命长。
内置温度传感器，可进行温度补偿；同时具有数字输出与模拟电压输出，方便使用。
MH-Z14是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合，制作出的通用型红外气体传感器。
可广泛应用于暖通制冷与室内空气质量监控，工业过程及安全防护监控，农业及畜牧业生产过程监控。
图1 MH-Z14传感器本产品设计、制造、检定遵循以下国标：GB/T13384-92 《机电产品包装应用技术条件》主要功能及特点：Ø高灵敏度、高分辨率Ø低功耗Ø提供UART、模拟电压信号、PWM波形等多种输出方式Ø响应时间快Ø温度补偿，卓越的线性输出Ø优异的稳定性Ø使用寿命长Ø抗水汽干扰Ø不中毒2 结构特征2.1 结构原理图图2 传感结构尺寸图3 管脚定义图2.2 管脚定义及信号输出方式一、管脚定义Pad1、Pad15：Vin（电压输入4.5V~6V）Pad2、Pad3、Pad12：GNDPad4：DAC2Pad5：DAC1Pad6：PWM outputPad7、Pad8、Pad9：NCPad11、Pad14：UART（RXD）0~3.3V数据输入Pad10、Pad13：UART（TXD）0~3.3V数据输出二、模拟电压输出DAC1输出电压范围（0~2.5V），对应气体浓度（0~满量程）DAC2输出电压范围（0.4V~2V），对应气体浓度（0~满量程）三、PWM 输出以测量范围为2000ppm 的PWM 输出为例： CO 2浓度输出范围 0ppm~2000ppm 周期 1004ms±5% 周期起始段高电平输出 2ms （名义上） 中部周期 1000ms±5% 周期结束段低电平输出 2ms （名义上） 通过PWM 获得当前CO 2浓度值的计算公式：)4/()2(2000ms T T ms T C L H H ppm -+-´=其中：ppmC 为通过计算得到的CO 2浓度值，单位为ppm ；H T 为一个输出周期中输出为高电平的时间； L T 为一个输出周期中输出为低电平的时间；图4 PWM 输出图示3 工作环境工作电压：4.5V~6V DC温度范围：0°C ~50°C湿度范围：0~95%RH4 主要技术参数表1 技术参数表技术参数 参数值工作电压 4.5 V ~6 V DC平均电流 85 mA接口电平 3.3 V测量范围 0~5%VOL范围内可选（详见表2）输出信号 0.4 V ~ 2 V DC UARTPWM预热时间 3min响应时间 T90< 90s工作温度 0℃~ 50℃工作湿度 0~95%RH重 量 23 g寿 命 >5年表2 量程和对应分辨率气体名称 分子式 量程 分辨率精度备注二氧化碳 CO20~2000ppm 1ppm ±200ppm 温度补偿0~6000ppm 1ppm ±300ppm 温度补偿0~1%VOL 1ppm ±3%F.S 温度补偿0~3%VOL 1ppm ±3%F.S 温度补偿0~5%VOL 10ppm ±3%F.S 温度补偿注：上表中的F.S指满量程。
ndir原理sf6
SF6气体是一种无色、无味、无毒的气体，具有优异的绝缘性能和热稳定性。
在电力行业中，SF6气体被广泛用作高压开关设备和变电站设备中的绝缘介质。
NDIR（非分散红外）是一种常用于检测SF6气体浓度的技术原理。
NDIR传感器利用了分子吸收红外辐射的原理来测量气体浓度。
其工作原理如下：
1. 光源发射，NDIR传感器中有一个红外光源，通常是红外发光二极管（LED），它会发射特定波长的红外光线。
2. 光路设计，发射的红外光线经过特定的光路设计，进入气体测量室。
3. 气体吸收，在气体测量室内，待测气体（比如SF6）会吸收特定波长的红外光线，吸收量与气体浓度成正比。
4. 探测器接收，经过气体吸收后的红外光线被传感器中的红外探测器接收。
5. 信号处理，探测器接收到的光信号会被转换成电信号，并经
过信号处理电路进行放大和滤波处理。
6. 浓度计算，最终，根据探测到的光信号强度，NDIR传感器
会计算出待测气体的浓度，并输出相应的浓度数值。
总的来说，NDIR技术利用气体对特定波长的红外光的吸收特性
来测量气体浓度，其优点是测量精度高、响应速度快、稳定性好等。
在SF6气体检测领域，NDIR技术被广泛应用于高压开关设备和变电
站设备中，用于监测和控制SF6气体的浓度，确保设备运行安全可靠。
ndir气体传感原理气体传感器是一种用于检测环境中气体浓度的设备。
它可以应用于工业、环保、安全等领域，广泛用于检测有害气体浓度，保护人们的生命和财产安全。
其中，非分散式红外气体传感器（Non-dispersive Infrared Gas Sensor，简称ndir）是一种常用的气体传感器类型。
ndir气体传感器的工作原理是基于红外吸收光谱技术。
气体分子在特定波长的红外光照射下会吸收光能，吸收光的量与气体浓度成正比。
ndir传感器通过发射特定波长的红外光，并测量通过气体样品后光的强度变化，从而间接地得到气体浓度信息。
具体来说，ndir气体传感器由光源、样品室、红外滤波器、光敏探测器和信号处理电路等组成。
光源发射特定波长的红外光，经过样品室中的气体样本后，红外光会被样品中的气体分子吸收。
未被吸收的光通过红外滤波器进入光敏探测器，光敏探测器将光信号转换为电信号，并经过信号处理电路进行放大和滤波。
最终，传感器输出的电信号与气体浓度成正比。
由于不同气体在不同波长的红外光下吸收特性不同，因此，ndir气体传感器需要根据待检测气体的吸收特性选择合适的红外光波长。
常见的待检测气体包括二氧化碳、一氧化碳、甲烷等。
对于二氧化碳传感器，通常采用4.26μm波长的红外光进行检测，而一氧化碳传感器则常采用4.6μm波长的红外光。
ndir气体传感器具有许多优点。
首先，它具有高灵敏度和高选择性，能够准确测量低浓度的气体。
其次，由于采用了非分散式红外光吸收技术，ndir传感器对湿度和温度的影响较小，能够在较广的工作环境下稳定工作。
此外，ndir传感器响应速度快，可以实时检测气体浓度变化。
最重要的是，ndir传感器具有较长的使用寿命和较低的功耗，节约能源，降低维护成本。
然而，ndir气体传感器也存在一些局限性。
首先，由于采用了红外光源和红外滤波器，ndir传感器的制造成本较高。
其次，ndir传感器对于不同气体需要选择不同波长的红外光，因此在多气体检测时需要采用多个传感器或者切换滤光片，增加了系统复杂性和成本。
几种气体传感器的检测原理气体传感器是一种用于检测和测量气体浓度的装置。
根据检测原理的不同，可以将气体传感器分为多种类型。
下面将介绍几种常见的气体传感器及其检测原理。
1.电化学传感器：电化学传感器是一种将气体与电化学反应相结合进行检测的传感器。
其基本原理是通过被测气体与电极发生氧化还原反应，产生电流或电势变化，并由传感器进行测量和分析。
电化学传感器常用来检测一氧化碳、二氧化硫等有毒气体。
电化学传感器具有高精度、高灵敏度和良好的重复性等优势。
2.红外传感器：红外传感器是利用气体分子与红外辐射之间的相互作用进行检测的传感器。
其原理是利用被测气体吸收红外辐射的特性来测量气体浓度。
红外传感器可以用于检测多种气体，如二氧化碳、甲烷和乙烯等。
红外传感器具有快速响应、高灵敏度和稳定性好的特点。
3.半导体传感器：半导体传感器是利用被测气体对半导体材料电阻率的改变进行检测的传感器。
其原理是当被测气体与半导体传感器表面发生化学反应时，会导致传感器材料的电阻发生变化。
半导体传感器常用于检测可燃气体，如甲烷、丙烷等。
半导体传感器具有响应速度快、价格低廉等优势。
4.压电传感器：压电传感器是利用压电效应检测被测气体的传感器。
其原理是被测气体与压电材料接触后，改变了压电材料的尺寸和形状，从而产生电荷或电流。
压电传感器常用于检测氨气、二氧化硫等气体。
压电传感器具有高精度、高灵敏度和抗干扰能力强的特点。
5.离子传感器：离子传感器是一种通过测量被测气体中离子浓度来检测气体的传感器。
其原理是被测气体与离子选择性电极或离子选择性膜作用，将离子吸附到电极或膜表面，从而改变电位差或电流。
离子传感器常用于检测酸雾、汞等气体。
离子传感器具有高精度、高灵敏度和耐腐蚀等优势。
总之，气体传感器根据检测原理的不同可以分为电化学传感器、红外传感器、半导体传感器、压电传感器和离子传感器等多种类型。
每种传感器都具有其独特的优势和适用范围，可以满足不同环境下的气体检测需求。
相关资料非色散式（NDIR）红外传感器检测CO2 相关资料: 非色散式(NDIR)红外传感器检测CO 2
该检测器工作原理基于Beer-Lambert 定律，如图1: - b c, T = log (P / P) = e 0
式中: T –透光率 P P 0
P –入射光能量; 0
P –透射光能量
, –被测物吸收常数;
b –被测物厚度; b
c –被测物浓度
图1
[7] 图2 所示为一个红外光吸收式检测器，它可以同时检测CO,CO和烷烃类可
燃性气体。
该检2
测器包括一个非分光式红外发生器，红外光线被导入一个封闭的金属腔内，腔
内充有被测气体，特定波长的红外光将被气体吸收后，专门测定该特定波长的红外检测管将吸收后的能量测出，用以表示被测气体浓度。
,1 ,2 图2 ,3
光的吸收特性(波长)与被测气体的分子结构密切相关，即每种气体都有它自己的特征吸收峰。
大多数的光吸收式检测器采用红外光或激光光源，以减少杂散光的干扰。
该检测器分辨率和测量精度较高，理论上使用寿命比电化学传感器要长得多，价格比较贵。
基于NDIR原理的红外光吸收式检测器的便携式二氧化碳测试仪已被国家标准列入推荐方法之一。
类似产品: GXH–3010/3011AE 现场红外线CO/CO检测仪 2。
摘要摘要本文设计一种基于红外吸收原理的可燃气体传感器，采用电调制非色散红外技术，由于多数可燃气体在波长为3.40μm处拥有其特征吸收峰，所以针对可燃气体选用滤光片中心波长为3.40μm，此滤光片对应的输出信号为测量信号，为保证传感器测量值的可靠性及长期稳定性，再选用一个滤光片作为参考信号，由于多数气体在4.00μm左右的波长处均无吸收，因此第二个滤光片中心波长选为4.00μm，此滤光片对应的输出信号即为参考信号。
由于参考信号理论上是稳定不变的，因此当传感器硬件系统出现老化、漂移等现象时，会导致测量信号发生变化，此时参考信号产生作用，可基本排除此类异常。
传感器选用ARM内核的微处理器作为整个系统的控制及运算单元，使用ARM 处理器自带的定时器产生中断信号，每次中断时驱动红外光源变换工作状态，从而实现红外光源的电调制。
光源发出的红外能量通过含有被测气体的腔体后，再经滤光片滤除其它波段的能量，最后到达探测器，探测器吸收能量后转换为电信号，电信号通过电路处理后，由处理器启动模数转换器对输入的模拟信号进行采样，由此模拟量转变为数字量，软件采用数字信号处理算法对数字量进行去噪和滤波，将实时测量数据和标定数据按公式进行计算，即可得到实时测量的气体浓度值。
经过实验测试，该传感器测量值准确、可靠、响应灵敏、体积小、功耗低，分辨率达到0.01%VOL，测试数据及性能指标达到预期。
关键词：红外气体传感器，气体浓度检测，NDIR，红外吸收ABSTRACTABSTRACTThis paper designed a kind of the combustible gas sensor based on infrared absorption principle, uses electric modulation non-dispersive infrared technology, because most of the combustible gas have absorption peak at about 3.40 microns wavelengths, so selection filter center wavelength of 3.40 microns to detecting combustible gas, the filter of the corresponding output signals called measure signals, to guarantee the reliability of the sensor measurement value and long-term stability, then choose a filter as the reference signal, because most of the gas at about 4.00 microns no absorption, so the second filter center wavelength is 4.00 microns, the second filter of the corresponding output signal is the reference signal. Due to the reference signal is stable in theory, so when the sensor hardware system appeared the phenomenon such as aging, drift, measuring signal changes, the reference signal can be the basic rule out such anomalies.Sensor selects the ARM microprocessor as the control of the whole system of the kernel and computing unit, ARM processor used to own a timer interrupt signal, each time interrupt driven infrared light source transformation work status, so as to realize the infrared light source modulation. Electric modulation infrared light source through the gas chamber to reach the pyroelectric detector with filter, pyroelectric detector output electrical signal, the electrical signal after amplification filter processing by the ARM processor to start the A / D conversion Digital signal processing algorithm to denoise and filter digital, real-time measurement data and calibration data calculated according to the formula, you can get real-time measurement of gas concentration value.After a large number of experiments, the sensor measurements accurate, reliable, responsive, small size, low power consumption, resolution 0.01% VOL, test data and performance indicators to achieve.Keywords: Infrared gas sensor, Gas concentration detection, NDIR, Infrared absorption目录第一章绪论 (1)1.1 研究意义 (1)1.2 红外气体传感背景 (1)1.2.1气体传感器的发展 (1)1.2.2国内外研究现状 (3)1.3 本文主要工作 (4)1.3.1主要研究内容 (4)1.3.2主要技术指标 (5)1.4 本论文的结构安排 (5)第二章传感器理论基础 (6)2.1 基础理论 (6)2.1.1气体浓度计算的理论 (6)2.1.2红外光谱的基础知识 (7)2.1.3分子能级与量子学相关知识 (8)2.1.4气体的红外吸收峰与分子结构的关系 (9)2.2 硬件开发工具 (14)2.3 软件开发环境 (15)2.4 本章小结 (16)第三章传感器硬件设计与实现 (17)3.1 传感器系统总体设计 (17)3.2关键器件选型 (18)3.2.1微处理器选型 (18)3.2.2红外光源选型 (20)3.2.3热释电探测器选型 (23)3.3电源管理电路设计 (29)3.4红外光源驱动电路设计 (30)3.5处理器及外围电路 (32)3.6模拟小信号处理电路设计 (35)3.7 PCB电路板设计 (38)3.8 硬件电路实现 (40)3.9 本章小结 (42)第四章传感器软件设计与实现 (43)4.1信号采集与数字信号处理 (43)4.2零点和灵敏度校准设计 (47)4.3数字通信模式及传输方式 (47)4.4数字通信协议设计 (49)4.5传感器浓度计算 (53)4.6软件调试 (55)4.7软硬件联合调试 (56)4.8本章小结 (59)第五章测试及数据分析 (60)5.1 传感器测试环境 (60)5.2传感器标定测试 (61)5.3 测试数据分析 (65)5.4 硬件参数测试 (66)5.5本章小结 (68)第六章结论 (69)6.1 全文总结 (69)6.2 下一步工作的展望 (70)致谢 (71)参考文献 (72)第一章绪论第一章绪论可燃气体常见于日常生活及日常生产中，如城市管网下水道积聚的沼气，矿井开采生产中产生的瓦斯、石化储运站储藏的可燃气体、煤气站储藏的可燃气体、家庭生活中天然气等。
气体检测传感器的类型目前，工业生产安全，环境污染等问题倍受关注。
所发生的事故中，有一类是由于有毒、易燃、易爆气体的泄漏所造成。
因此，对于此类气体的检测，预警及其防范有其重要意义。
越来越多的企业致力于有毒/有害气体的监测。
本文将简要介绍气体检测传感器的类型，特点及ADI公司在此应用中所提供给的出色信号调理器件。
一、气体传感器的类型传感器是气体检测设备的核心元件，按照其检测原理可分为：金属氧化物半导体式传感器、电化学式传感器、催化燃烧式传感器、红外式传感器、PID光离子化传感器等。
1、金属氧化物半导体式传感器金属氧化物半导体式气体传感器是利用在一定温度下，被测气体的吸附作用，改变半导体的电导率，其变化率与气体成份，浓度相关。
通过检测电阻的变化，检测得待测气体。
半导体式气体传感器的主要特点：灵敏度高，响应快，寿命长，成本低，对湿度敏感度低，但需要高温加热，气体的选择性差，环境因素影响大，输出稳定性差，功耗高。
广泛使用的在气体的微漏现象的测量，如甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）等气体，但不宜用于精密测量气体含量的场合。
2、电化学式传感器电化学气体传感器是一种微燃料电池元件，利用气体在电化学氧化/还原反应原理，气体在工作电极发生化学反应，在化学试剂、电极间产生电流，电流随着气体浓度变化而变化，通过检测电流的大小得到气体浓度的值。
这种类型传感器包括原电池型、恒定电位电解池型、浓差电池型、极限电流型等。
电化学传感器的主要特点是气体的高灵敏度、选择性好，长期稳定性好，相应时间慢，但寿命短，此类传感器可以检测许多有毒气体和氧气，例如一氧化碳、硫化氢、氨气和氧气等。
3、催化燃烧式传感器催化燃烧式气体传感器是是气敏材料在通电状态下，可燃气体在催化剂作用下燃烧，由于燃烧使气敏材料温度升高从而电阻发生变化。
一般是在铂电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，铂电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度的函数。
电调制非分光红外（NDIR）气体传感器[摘要]介绍一种采用电调制红外光源的新型非分光红外气体传感器。
该传感器通过采用电调制红外光源，省却了传统方法中的机械调制部件；同时采用了高精度干涉滤光片一体化红外传感器以及单光束双波长技术，配合易拆卸的镀金气室及数据采集系统，可以实现SO2、NO、CO2、CO、CH4、N2O等气体的实时测量。
一前言随着我国对环保的重视，气体分析仪器在我国具有很大的市场，特别是作为连续污染物监测系统（CEMS）以及机动车尾气检测仪器在国内需求广泛，也是国家“十五”期间需要重点解决的环境分析仪器技术。
NDIR红外气体分析仪作为一种快速、准确的气体分析技术在实际应用中十分普遍。
国外NDIR仪器占有率在70%左右，国内NDIR气体分析仪的主要厂家大都采用国际上八十年代初的红外气体分析方法，如采用镍锘丝作为红外光源、采用电机机械调制红外光、采用薄膜电容微音器或InSb等作为传感器等。
由于采用电机机械调制，仪器功耗大，且稳定性差，仪器造价也很高。
同时采用薄膜电容微音器作为传感使得仪器对震动十分敏感，因此不适合便携测量。
此类仪器一般为合资生产，在我国价格在3-8万元左右，价格因素也限制了NDIR仪器在我国的广泛使用。
随着红外光源、传感器及电子技术的发展，NDIR红外气体传感器在国外得到了迅速的发展。
主要表现在无机械调制装置，采用新型红外传感器及电调制光源，在仪器电路上采用了低功耗嵌入式系统，使得仪器在体积、功耗、性能、价格上具有以往仪器无法比拟的优势。
二NDIR气体分析基本机理当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。
设入射光是平行光,其强度为I,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。
当由气体介质中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯--比尔吸收定律:dI/I=-KdN，式中K为比例常数。
经积分得:lnI=-KN+α(1)，式中:N为吸收气体介质的分子总数;α为积分常数。
显然有N∝cl,c为气体浓度。
则式(1)可写成:I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=Iexp(-μcL)(2)图1NDIR红外气体分析示意图式(2)表明,光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。
吸收系数取决于气体特性,各种气体的吸收系数μ互不相同。
对同一气体,μ则随入射波长而变。
若吸收介质中含i种吸收气体,则式(2)应改为:I=I0exp(-l∑μici)(3)图1为NDIR红外气体分析原理图：以CO2分析为例，红外光源发射出1-20um的红外光，通过一定长度的气室吸收后，经过一个4.26μm波长的窄带滤光片后，由红外传感器监测透过4.26um波长红外光的强度，以此表示CO2气体的浓度，因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。
三电调制NDIR红外气体传感器关键技术在设计传感器的光学系统部分时，为了减少红外传感器微弱信号的衰减以及外界信号干扰，将前置放大电路也一并放在光学部件上，并采取了一定的电磁屏蔽措施。
为了使气体红外吸收信号具有较好的分辨率，在进行结构设计时,红外光源、气室、红外探测器应设置在同一光轴上。
此外为了使得信号足够大，可以使用椭圆型或抛物线型反射镜。
红外光源由稳流供电,供电电压和电流根据使用的光源不同而不同。
工作时,传感器根据预先设定的调制频率发出周期性的红外光，红外光源发出的红外光通过窗口材料入射到测量气室,测量气室由采样气泵连续将被测气体通入测量气室,气体吸收特定波长的红外光,透过测量气室的红外光由红外探测器探测。
由于调制红外光的作用红外传感器输出交流的电信号，通过其后的前置放大电路放大后在一次经过高精密放大整流电路，得到一个与被测气体浓度对应的直流信号送入测控系统处理。
红外传感器内有温度传感器探测其工作环境温度，并在其外壳上有微型加热装置，通过测控系统控制传感器的温度。
红外传感器信号经过测控系统,并经数字滤波、线性插值及温度补偿等软件处理后,给出气体浓度测量值，并将其浓度信号通过RS232串口输出。
此外，在传感器的控制系统内，除RS232外，同时设计有液晶显示(支持240*128)、微型打印、键盘输入、气泵控制、报警输出等接口。
因此本传感器也类似一个测量气体浓度的“主板”，只须添加一些“外设”如液晶、打印机等，即可成为一个完整的气体分析仪。
本研究主要采用了以下关键技术：1.红外光源及其调制传统的气体分析仪采用连续红外热辐射型光源，如镍锘丝、硅碳棒等红外加热元件，由于其热容量大，通常采用切光片对光源进行调制。
因此需要一个同步电机带动切光片旋转，其缺点在于存在机械转动。
抗振性差，攻耗大，不适合于便携设备；其次为保证调制的频率，还需要严格同步的电机以及驱动电路，使得系统复杂化，成本也大大增加。
本研究采用了国际上最新研制的一种电调制红外光源。
该光源采用导电不定型碳（CAC）多层镀膜技术，热容量很低，因此升降温速度很快，其调制频率最高可以达到100Hz。
红外光源发射窗口上安装有透明窗,一方面可以保证发射的红外光波长在特定范围内,适合于对常规的气体如CO2、CO、CH4、NO、SO2等气体进行测量。
此外也可以阻止外界环境对光源温度的影响。
2.镀膜气室传统气室采用了与外支撑一体化设计，具有制造容易﹑安装方便等优点，但受外界温度波动影响较大；其次，由于被分析气体成分复杂，具有一定的腐蚀性，如SO2﹑NOx等，长时间使用后气室极易被污染，直接影响测量精度。
本研究采用了气室与外支撑分离结构安装时只需将气室固定安装在支撑结构的中心即可。
此种结构设计保证了该部件易于装卸﹑更换；同时由于与外支撑分离，进一步减小了外界条件的影响，使仪器能适应复杂环境下工作。
此外原来一些需要较长气室的传感器，采用以往方法加工镀膜工艺十分困难，采用此法后将十分容易，成本也将大大降低。
3.红外探测器红外探测器是该分析仪的核心部件，NDIR气体传感器的测量精度很大程度取决于传感器的性能高低。
本研究采用高灵敏度红外传感器，并且在其封装上固定安装有针对不同气体的窄带干涉滤光片。
通过使用固定有不同波长滤光片的的红外传感器，可以实现对不同气体的测量。
为了确保红外探测器得到较强的稳定信号，本研究设计了一种红外探测器定向轴，即使在前置放大板上焊接的红外探测器位置有一定的偏差，本传感器也可确保与红外光源和气室位于同一光学中心轴上。
红外探测器接收红外光产生的信号十分微弱，极易受外界的干扰，因此稳定可靠的前置放大电路是仪器的关键，本研究采用了高精密、低飘移的军品级模拟放大电路，并采用了窄带滤波电路。
通过示波器的跟踪表明，本研究采用的前置放大电路具有精度高、漂移小、响应快的特点。
前置放大出来的信号通过二级放大电路，直接输出一个与气体浓度对应信号，并送入测控系统，通过非线性校正和补偿后得到气体浓度。
4.传感器测控系统为了实现NDIR气体传感器的测量、控制以及自动标定等功能，需要一个合适的微控制器来管理传感器。
传感器测控系统通过采集红外输出信号及测量标准气体曲线，采用非线性校正算法可以直接得到测量气体的浓度，并通过测控系统的串口每1秒向外部设备发送测量浓度数据，同时也可以根据传感器测量量程和实际测量数据，通过测控系统的的D/A控制，输出与浓度成正比的12位精度电压信号。
为便于采用此传感器组成完整的气体分析仪，在测控系统多余的数据线和地址线基础上，设计了液晶显示驱动模块、打印驱动模块、键盘输入模块、气泵控制、报警等接口，用户可以通过安装这些标准模块，快速形成一套完整的气体分析仪器。
通过采用以上技术，NDIR红外气体传感器的结构比以往仪器将大大简化，仪器功耗也大幅度降低（只有以往的1/4），传感器的成本也不到以往技术的1/4。
此类传感器可以实现模块化和标准化，因此更加适合在我国广泛使用。
四气体传感器性能测试为验证传感器性能，作者对传感器的进行了长期的测试。
以下分别介绍采用CO2和SO2传感器测量的结果，CO2传感器气室长度8cm，内经8mm，传感器的量程为2%。
试验采用标准钢瓶配气，浓度为0.98%CO2，平衡气为N2，流量为1.5L/Min，通过采用PC采集测控系统串口数据，在PC上保存数据并进行数据的自动分析，测量时间24小时。
试验结果表明，测量准确度可以达到2%以上；SO2传感器气室长度13cm，内经8mm，传感器的量程为8000ppm。
试验采用自行配置的SO2气体，浓度为4200ppm，平衡气为N2，流量为0.5L/Min，同样通过采用PC采集传感器串口数据，在PC上进行分析，测量时间12小时（为安全考虑，从晚8：00到第二日早8：00）。
试验结果表明，测量准确度同样可达到2%以上。
对于传感器的响应时间，由于采用了较高的调制频率，传感器一般在同如气体15秒左右就可以达到平衡，因此响应速度很快。
五结论NDIR红外气体传感器是一个典型的光、机、电一体化系统,涉及环节较多。
本研究通过使用了当前先进技术，研制了新型的NDIR红外气体传感器。
（1）通过使用国际上最新发展的电调制红外光源，省却了以往NDIR仪器复杂和昂贵的电机调制系统,大大降低了系统成本和功耗。
（2）使用了新型的红外气室，工艺简单、安装更换方便，受环境的影响更小。
（3）采用了新型一体化的红外探测系统和高精密前置放大电路，并采用新型的微控制器测控系统，大大降低了NDIR仪器的成本，并可实现模块化和标准化，因此更加适合在我国广泛使用。
