不同氣體分子具備專屬紅外特征吸收光譜。多原子氣體（CO、CO?、NO、SO?、碳?xì)浠衔铮﹥?nèi)部化學(xué)鍵存在固有振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)；當(dāng)特定波長(zhǎng)紅外光穿過待測(cè)氣體，分子吸收對(duì)應(yīng)波段輻射能量，光子能量引發(fā)分子能級(jí)躍遷。單原子氣體、雙原子對(duì)稱氣體（N?、O?、H?）不吸收紅外光，無法直接采用該方法檢測(cè)。

 

朗伯-比爾定律作為定量基礎(chǔ)：紅外光源穿過氣室，氣體濃度越高，特征波長(zhǎng)光被吸收越多，透射光強(qiáng)度越低。儀器通過檢測(cè)光強(qiáng)衰減程度，換算出目標(biāo)氣體濃度。

 

二、主流兩種技術(shù)原理

 

1.非分散紅外（NDIR，工業(yè)很常用）

 

光源發(fā)出寬波段紅外光，經(jīng)過濾光器件篩選出目標(biāo)氣體特征波長(zhǎng)，光束穿過充滿待測(cè)氣體的測(cè)量氣室；檢測(cè)器接收透射紅外信號(hào)。

 

結(jié)構(gòu)分為單光路、雙光路設(shè)計(jì)：雙光路設(shè)置參比氣室（充入純凈氮?dú)猓┡c測(cè)量氣室，抵消光源波動(dòng)、環(huán)境溫濕度干擾，穩(wěn)定性更強(qiáng)。

 

優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低、抗震性好；廣泛用于煙氣、尾氣、過程氣體在線監(jiān)測(cè)。

 

2.傅里葉變換紅外FTIR

 

寬光譜紅外光經(jīng)干涉儀調(diào)制，獲取完整連續(xù)紅外光譜。能夠同時(shí)識(shí)別多種氣體特征吸收峰，一次測(cè)量同時(shí)定量多種組分。

 

優(yōu)勢(shì)：分辨率高，可區(qū)分特征峰接近的氣體，抗組分干擾能力強(qiáng)；適合復(fù)雜混合氣體精細(xì)分析。短板帶有運(yùn)動(dòng)光學(xué)元件，對(duì)劇烈振動(dòng)敏感。

 

三、儀器核心組件作用

 

紅外光源：持續(xù)發(fā)射廣譜紅外輻射；

 

氣室：待測(cè)氣體流通通道，光程長(zhǎng)度決定檢測(cè)下限，低濃度檢測(cè)選用長(zhǎng)光程氣室；窗口常用氟化鈣、藍(lán)寶石；

 

光學(xué)濾光片/干涉模塊：篩選目標(biāo)特征波長(zhǎng)；

 

紅外檢測(cè)器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；

 

信號(hào)處理單元：依據(jù)朗伯比爾定律運(yùn)算，輸出氣體濃度。

 

四、關(guān)鍵補(bǔ)償機(jī)制

 

環(huán)境溫度、氣壓變化會(huì)改變氣體分子密度，造成測(cè)量漂移。儀器內(nèi)置溫壓傳感器，自動(dòng)進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，修正濃度讀數(shù)。

 

多種氣體共存時(shí)，若吸收光譜重疊，容易產(chǎn)生交叉干擾；可通過算法修正、加裝氣體過濾手段降低干擾。

 

五、主要優(yōu)缺點(diǎn)

 

優(yōu)勢(shì)

 

屬于光學(xué)檢測(cè)，無化學(xué)反應(yīng)，無需消耗化學(xué)試劑；

 

響應(yīng)速度較快，適合連續(xù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

 

量程靈活，可實(shí)現(xiàn)從微量到百分比濃度檢測(cè)；

 

傳感器不易中毒，對(duì)比催化燃燒、電化學(xué)氣體傳感器，使用壽命更長(zhǎng)。

 

局限性

 

無法檢測(cè)N?、O?、H?等無紅外吸收的氣體；

 

水汽容易在特征波段產(chǎn)生吸收干擾，高濕度工況需要預(yù)處理除濕；

 

混合氣體光譜重疊易帶來干擾，復(fù)雜體系需要算法校正。

 

六、典型應(yīng)用場(chǎng)景

 

煙氣排放監(jiān)測(cè)、化工反應(yīng)氣體分析、沼氣組分檢測(cè)、溫室氣體檢測(cè)、機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)、工業(yè)過程氣體在線監(jiān)控。