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?、碳氫化合物）內(nèi)部化學鍵存在固有振動、轉(zhuǎn)動能級；當特定波長紅外光穿過待測氣體，分子吸收對應波段輻射能量，光子能量引發(fā)分子能級躍遷。單原子氣體、雙原子對稱氣體（N?、O?、H?）不吸收紅外光，無法直接采用該方法檢測。

 

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

 

二、主流兩種技術原理

 

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氣體特征波長，光束穿過充滿待測氣體的測量氣室；檢測器接收透射紅外信號。

 

結(jié)構(gòu)分為單光路、雙光路設計：雙光路設置參比氣室（充入純凈氮氣）與測量氣室，抵消光源波動、環(huán)境溫濕度干擾，穩(wěn)定性更強。

 

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

 

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。能夠同時識別多種氣體特征吸收峰，一次測量同時定量多種組分。

 

優(yōu)勢：分辨率高，可區(qū)分特征峰接近的氣體，抗組分干擾能力強；適合復雜混合氣體精細分析。短板帶有運動光學元件，對劇烈振動敏感。

 

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：待測氣體流通通道，光程長度決定檢測下限，低濃度檢測選用長光程氣室；窗口常用氟化鈣、藍寶石；

 

光學濾光片/干涉模塊：篩選目標特征波長；

 

紅外檢測器：將光信號轉(zhuǎn)化為電信號；

 

信號處理單元：依據(jù)朗伯比爾定律運算，輸出氣體濃度。

 

四、關鍵補償機制

 

環(huán)境溫度、氣壓變化會改變氣體分子密度，造成測量漂移。儀器內(nèi)置溫壓傳感器，自動進行溫壓補償，修正濃度讀數(shù)。

 

多種氣體共存時，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

 

優(yōu)勢

 

屬于光學檢測，無化學反應，無需消耗化學試劑；

 

響應速度較快，適合連續(xù)在線實時監(jiān)測；

 

量程靈活，可實現(xiàn)從微量到百分比濃度檢測；

 

傳感器不易中毒，對比催化燃燒、電化學氣體傳感器，使用壽命更長。

 

局限性

 

無法檢測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，高濕度工況需要預處理除濕；

 

混合氣體光譜重疊易帶來干擾，復雜體系需要算法校正。

 

六、典型應用場景

 

煙氣排放監(jiān)測、化工反應氣體分析、沼氣組分檢測、溫室氣體檢測、機動車尾氣檢測、工業(yè)過程氣體在線監(jiān)控。