恒温NDIR二氧化碳气体传感器研究

裴 昱,张加宏,2,李 敏,顾 芳

(1.南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏 南京 210044；2.南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,江苏 南京 210044)

1 引 言

CO2是大气的重要组成部分之一,在精细化工农业生产、大气环境监测、生物医学诊断等领域有着非常广泛的应用[1]。近年来,社会经济的持续发展导致了全球气候不断的变化,对CO2浓度进行实时高效的检测也愈加重要[2]。当前,针对CO2气体浓度进行检测的手段主要有电化学法、电子捕获法、紫外线电离法以及非色散红外吸收法等,其中,非色散红外吸收法凭借其灵敏度高、检测范围广、抗干扰性强等优点,在CO2气体检测领域受到广泛的应用。

此外,在实际测量的过程中,CO2气体传感器系统的性能易受到环境温度的影响,当环境温度发生变化时,CO2气体本身的光谱特性会产生变化,从而对红外光的吸收效率会有所下降,并且滤光片的中心波长会发生偏移,所检测到的CO2气体浓度也会随之产生误差[3]。为解决环境温度所造成的检测误差,绝大多数通常采用软件补偿的方法进行温度误差修正,从而降低CO2气体检测过程中的温度漂移[4]。本文着重对基于CO2气体传感器的电路进行改进,在检测系统中增添了恒温控制模块,提出了一种基于非色散红外吸收法的恒温CO2气体传感器,有效避免了因为环境温度变化所造成的检测误差。

2 基本原理与方法

2.1 朗伯-比尔定律

大量非对称双原子和多原子气体分子的振动、转动谱线位于红外波段,其对光的吸收呈现出明显的频率选择性[5]。……