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。

工作原理

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。

图源网络

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。

应用场景

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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红外二氧化碳传感器简介及应用

二氧化碳是一种无色无味的气体，它是大气重要组成成分之一。二氧化碳作为光合作用的主要反应物，其浓度大小直接关系到农作物的光合效率，决定着农作物的生长发育，成熟期，抗逆性，质量，产量等。但其含量过高除了会产生温室效应等多种影响，还会危害人类的健康。当浓度达到0.3%时人们会出现明显的头痛，达到4％－5％时会感到眩晕。室内环境尤其是在空调房间，环境相对密封，如果长时间不通风换气，二氧化碳浓度会逐渐升高，对人体健康不利，根据2003年实施的室内空气质量标准，日平均二氧化碳含量体积分数标准值不超过0.1%。

为了解决二氧化碳所带来的影响及危害，研发一款二氧化碳传感器是很有必要的。目前二氧化碳传感器的种类很多，就其原理来分有热导式、密度计式、辐射吸收式、电导式、化学吸收式、电化学式、色谱式、质谱式、红外光学式等。慧闻科技研发的红外二氧化碳气体传感器就是其中一种。

红外CO2传感器

工作原理-----------------------------

红外二氧化碳气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质的不同而存在差异的原理制成的。二氧化碳传感元件通过驱动电路控制内部红外灯发出固定波段的红外光，经待测气体的吸收，红外光幅值发生变化，再通过检测变化量最终计算出待测的二氧化碳浓度值输出到显示设备。

技术参数------------------------------

红外二氧化碳传感器优点很多，慧闻科技研发的此款传感器具有良好的选择性，分析速度快、灵敏度高、稳定性好，不受材料消耗影响，不依赖于氧气、受环境干扰因素较小，寿命比化学类传感器普遍要长。这些优点将会使红外原理的气体检测仪器占领更广泛的行业高端市场，并在未来逐步成为市场主流，从而被广泛应用于室内空气质量检测，农作物种植，环保，医疗，牲畜禽类养殖等领域。

01

室内空气质量检测

随着时代的发展，大家对生活环境的关注度也越来越高了，特别是室内的空气质量。当空气中二氧化碳含量较少时，对人体是没有什么伤害的。但是，当它超过一定量时，它将影响人的呼吸，使血液中的碳酸浓度增加，发生酸中毒。使用二氧化碳传感器能够检测空气中有害气体，能够实时了解室内空气质量，为营造良好的居住环境提供保障。

02

农作物种植

蔬菜需要的二氧化碳浓度一般为1000～1500ppm。目前，塑料大棚内二氧化碳的减少成为影响塑料大棚蔬菜产量的重要因素。在塑料大棚中安装二氧化碳传感器可以保证在二氧化碳浓度不足的情况下及时报警，从而使用气肥。保证蔬菜、食用菌、鲜花、中药等提早上市、高质高产。

03

环保领域

随着经济的发展和工业化水平的提高，加剧了温室气体浓度的增加。一些工厂在燃烧和生产过程中产生大量的CO2气体从管道口排出，所带来的温室效应正在悄悄影响着人们的生活环境，全球变暖成为当今人类面临的最大挑战之一。而二氧化碳传感器就被应用于长期监测排放量上，包括有组织排放和无组织排放，以作为管理的依据。

04

医疗领域

在医用传感器领域，二氧化碳传感器的应用场景比较多，较为重要的应用包括呼吸机、麻醉剂和婴儿培养箱等，用于监测人体的生命体征。除此之外，二氧化碳传感器也是检测幽门螺旋杆菌仪器的核心部件。

05

牲畜禽类养殖

一些大型养殖场，如牛、猪、鸡厂等是在一些封闭或半封闭的环境里。因为数量大，这些牲畜会呼出大量的二氧化碳。如果不及时采取通风措施，高浓度的二氧化碳会导致动物缺氧、抑郁、疲劳、厌食、生长缓慢等问题。同时，空气流动的缺乏很容易导致家畜免疫力下降和疾病暴发。

在温室养殖场中安装二氧化碳传感器，对二氧化碳浓度进行监测，当养殖场二氧化碳浓度达到一定量时，可以启动排气系统来替代新鲜空气，为牲畜生长提供良好的养殖环境。

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