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NDIR气体检测
热电堆（与红外光源结合）可用于测量某些气体的气体浓度。基本测量原理称为非色散红外（NDIR）气体检测，其基于根据比尔-朗伯定律在特定气体特定波长处吸收红外辐射。使用此NDIR原理测量的最常见气体是二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和碳氢化合物（HC）。也可以检测一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO）等气体。
NDIR气体检测和气体分析的最常见应用包括但不限于：
空气质量监测
盖层摄影术
气体泄漏检测
CO、CO2和HC的废气分析
呼吸酒精测试
NDIR气体测量原理
为了精确测量气体浓度，需要两个热电堆传感器和一个红外光源。一个传感器用作参考，以监测由于光源老化、功率变化等引起的红外光源输出变化。。另一个传感器配备气体专用窄带光学滤波器。红外光源发出从光源到传感器的所有波长的宽光谱红外光。在某些波长被感兴趣的气体分子吸收的过程中。在探测器上，测量no吸收和气体比吸收之间的光强差，以确定实际气体浓度。
下图以NDIR CO2传感器为例说明了原理：
NDIR气体检测测量原理
在右侧，我们有一个红外光源，可以发射所有波长的辐射。反射镜用于将尽可能多的光指向左侧热电堆探测器的方向。中间有一个带有红外反射壁的管，用作测量路径。对于CO2检测，有两个感兴趣的波长，分别为3.91µm（此处为浅红色）和4.26µm（此处为深红色）。3.91µm的红外辐射不被大气中的二氧化碳或其他常见气体吸收，并在没有损失的情况下传输到探测器。因此，它非常适合作为无吸收的参考。波长为4.26µm的红外辐射仅被CO2分子吸收，不被大气中的其他气体吸收。这意味着，该通道上的辐射减少程度仅取决于空气中的CO2分子，或者换句话说，取决于CO2浓度。
该探测器由两个独立通道组成，带有窄带滤波器和一个热电堆，位于一到39个封装中。参考通道配备有具有3.91µm中心波长（CWL）的滤波器，CO2传感通道配备有具有4.26µm CWL的滤波器。因此，后面的热电堆只能检测其各自波长的辐射。由于该原理使用非常窄带滤波器，因此不会有太多辐射传输到热电堆。反过来，热电堆产生的信号将相当低。要获得更高的信号，有两种选择。一种是采用吸收/有源面积较大的热电堆，因为信号与吸收器的大小成比例。另一种选择是用红外辐射源产生更多的光。为了产生更多的红外辐射，需要更多的电力，这也会对红外光源的寿命产生负面影响。因此，在大多数情况下，如果需要更多信号，则首选更大的热电堆芯片。
也可以同时检测不同的气体。在这种情况下，您只需要两个以上的独立通道。需要一个参考通道和一个通道用于待检测的每个所需气体。这是可能的，因为每个通道为特定波长配备了不同的滤波器。因此，所有通道相互独立。
NDIR标准滤波器
海曼传感器股份公司提供了一系列适用于NDIR原理检测气体的标准过滤器产品。如果要检测不同的气体，也可以使用非标准过滤器。光学窄带滤波器的一个可能供应商是Spectrogon。该制造商的产品组合中有多种不同的产品，也可以进行定制设计。我们可以从Spectrogon订购所需的滤波器，并使用它来构建自定义传感器。
下表列出了海曼公司免费提供的标准过滤器：
nm过滤器中的气体CWL（nm HPBW）
CH4 3300 160 F3.3/160
HC 3375 190 F3.375/190
二氧化碳4260 180 F4.26/180
二氧化碳4300 110 F4.3/110
二氧化碳4430 60 F4.43/60
CO 4640 180 F4.64/180
CO 4640 90 F4.64/90
N2O 4530 85 F4.53/85
编号5300 180 F5.3/180
-（参考）3910 90 F3.91/90
如何选择合适的红外光源
关于红外光源，海曼传感器基本上有两种不同类型。一种是可靠的低成本光源，适用于小于4.5微米的波长，并具有更高的性能模型。低关于红外光源，海曼传感器基本上有两种不同类型。一种是可靠的低成本光源，适用于小于4.5微米的波长，并具有更高的性能模型。与高性能电源相比，低成本HSL系列有两个主要局限性。首先是速度，因为它与灯丝加热和冷却的时间常数一样高。二是红外辐射发射。低成本红外光源有一个由石英玻璃制成的blub。这种玻璃blub根据其厚度和各自的波长吸收或多或少的红外辐射。下图显示了灯泡厚度为0.25 mm的情况。虽然用于CO2检测的4.26µm处的传输在40%时仍然正常，但4.5µm以上波长的传输小于10%，这在大多数情况下不再适用于气体检测。
低成本红外辐射源传输与波长
高性能红外光源不需要任何窗口或滤波器。因此，它们产生的红外辐射不受窗口限制在特定波长范围内。为了测量波长为4.64µm和5.3µm的少量CO或NO浓度，需要使用EMIR系列或类似的高性能源。
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