二氧化碳?xì)怏w檢測背后的理論

光源發(fā)射波長范圍很寬的光。只有很窄的波段可見（400-800nm）。波長超過800納米的是紅外波長。小于400nm的波長在光譜的紫外區(qū)域。

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圖1.光源的光譜圖

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當(dāng)光源暴露于含有二氧化碳的氣體中，來自光譜紅外區(qū)域的能量被氣體吸收。能量影響二氧化碳分子的物理性質(zhì)。

二氧化碳分子由一個(gè)碳原子和兩個(gè)氧原子組成。如圖所示，兩個(gè)氧原子通過雙鍵與碳原子化學(xué)連接。

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圖2.二氧化碳分子

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當(dāng)這個(gè)分子吸收能量時(shí)，原子相互作用。吸收的能量使原子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。光源所需的振動(dòng)能量和旋轉(zhuǎn)能量是波長特定的。因?yàn)樘佳蹼p鍵在二氧化碳中非常普遍，我們可以關(guān)注引起振動(dòng)相互作用的波長。

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圖3.碳和氧分子之間的振動(dòng)相互作用

上圖顯示了紅外光被吸收時(shí)，碳和氧分子之間的相互作用。碳原子在兩個(gè)氧原子之間振動(dòng)。氣流吸收的光量與氣流中的二氧化碳含量成正比。

紅外二氧化碳傳感器工作原理

當(dāng)光通過含有二氧化碳的氣流時(shí)，氣體從特定波長的光中吸收能量。剩余的光被過濾到特定于二氧化碳的波長。測量特定波長下剩余的光量。吸收的光量與氣流中存在的二氧化碳量成正比，因此能夠準(zhǔn)確測量二氧化碳。

上海高傳電子的紅外二氧化碳傳感器模組是單光束、雙波長溫度補(bǔ)償傳感器。它包括一個(gè)紅外線燈光源和熱釋電探測器。氣體流經(jīng)帶有藍(lán)寶石窗口的光池。

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二氧化碳檢測原理

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兩個(gè)光學(xué)濾波器安裝在探測器表面。選擇一個(gè)過濾器，以通過特定于二氧化碳的紅外光（測量過濾器）。第二個(gè)過濾器是參考過濾器。未被二氧化碳吸收的波長的光通過參考濾光片。兩個(gè)濾光片之間的光量差提供了二氧化碳吸收的能量（光量）。

傳感器產(chǎn)生的信號(hào)是非線性的。該信號(hào)被送入二氧化碳傳感器模組的MCU，在電路中進(jìn)行線性化，并將二氧化碳濃度轉(zhuǎn)化成數(shù)字和模擬量輸出。

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紅外二氧化碳傳感器的校準(zhǔn)

傳感器需要兩點(diǎn)校準(zhǔn)。首先，傳感器模組出廠前是經(jīng)過校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償?shù)?。但是由于傳感器不定期的漂移屬性，因此用戶使用紅外二氧化碳傳感器時(shí)必須調(diào)零。集成系統(tǒng)后用氮?dú)庑?zhǔn)零點(diǎn)，用CO2標(biāo)準(zhǔn)氣校準(zhǔn)量程點(diǎn)，從而保證去量程的精度。

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紅外二氧化碳傳感器的應(yīng)用

上海高傳電子的INFC300系列紅外CO2傳感器根據(jù)應(yīng)用情況，可以出廠設(shè)定PPM級(jí)和百分比量程，滿足大多數(shù)工業(yè)過程中二氧化碳濃度的檢測要求。

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INFC300

由此傳感器制造的紅外氣體分析儀可用于測量氣體或氣體混合物中0-100%的二氧化碳含量。用于工業(yè)氣體生產(chǎn)商、工業(yè)氣體用戶和安全監(jiān)測。