當紅外線波長與被測氣體吸收譜線相吻合時，紅外能量被吸收。紅外光線穿過被測氣體后的光強衰減滿足朗伯·比爾（ Lambert-Beer）定律。氣體濃度越大，對光的衰減也越大。因此，可通過測量氣體對紅外光線的衰減來測量氣體濃度。為了保證數呈線性關系，當待測組分濃度大時，分析器的測量氣室較短，最短的為0.3mm；當濃度低時，測量氣室較長，最長的大于200mm。經吸收后剩余的光能用紅外檢測器檢測。
分光是指用棱鏡或光柵進行分光，把光源發出的紅外線分成完全對稱的兩束光：參考光束與樣品光束。它們經半圓形調制鏡調制，交替地進入單色儀的狹縫，通過棱鏡或光柵分光后由熱電偶檢測兩束光的強度差。當樣品光束的光路中沒有樣品吸收時，熱電偶不輸出信號。一旦放入測試樣品，樣品吸收紅外光，兩束光有強度差產生，熱電偶便有約10Hz的信號輸出，經過放大后輸至機，調節參考光束光路上的光楔，使兩束光的強度重新達到平衡，由筆的記錄位萱直接指出了某一波長的樣品透射率，波數的連續變化就自動記錄了樣品的紅外吸收光譜或透射光譜。基于這樣原理的氣體傳感器就稱為分光紅外氣體傳感器。
利用這些窗口濾波紅外探測器，不用進行分光，從而可以直接測量對應濾波片波段也即相應氣體吸收波段的紅外光強度，這樣的氣體傳感器稱為非分光紅外（NDIR）氣體傳感器。
三、非分光紅外傳感器核心技術
NDIR紅外氣體分析儀作為一種快速、準確的氣體分析技術，特別連續污染物監測系統(CEMS)以及機動車尾氣檢測應用中十分普遍。可以實現SO2、NO、CO2、CO、CH4、N2O等氣體的實時測量。
國內NDIR氣體分析儀的主要廠家大都采用國際上八十年代初的紅外氣體分析方法，如采用鎳锘絲作為紅外光源、采用電機機械調制紅外光、采用薄膜電容微音器或InSb等作為傳感器等。由于采用電機機械調制，儀器功耗大，且穩定性差，儀器造價也很高。同時采用薄膜電容微音器作為傳感使得儀器對震動十分敏感，因此不適合便攜測量。
隨著紅外光源、傳感器及電子技術的發展，NDIR紅外氣體傳感器在國外得到了迅速的發展。主要表現在無機械調制裝置，采用新型紅外傳感器及電調制光源，在儀器電路上采用了低功耗嵌入式系統，使得儀器在體積、功耗、性能、價格上具有以往儀器無法比擬的優勢。紅外光通過待測氣體時,這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收,其吸收關系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律。設入射光是平行光,其強度為I0,出射光的強度為I,氣體介質的厚度為L。當由氣體介質中的分子數dN的吸收所造成的光強減弱為dI時,根據朗伯--比爾吸收定律: dI/I=-KdN，式中K為比例常數。經積分得:lnI=-KN+α(1)，式中:N為吸收氣體介質的分子總數;α為積分常數。顯然有N∝cl,c為氣體濃度。則式(1)可寫成: I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL) (2)式(2)表明，光強在氣體介質中隨濃度c及厚度L按指數規律衰減。吸收系數取決于氣體特性，各種氣體的吸收系數μ互不相同。對同一氣體，μ則隨入射波長而變。若吸收介質中含i種吸收氣體，則式(2)應改為:I=I0exp(-l∑μi ci) (3)因此對于多種混合氣體，為了分析特定組分，應該在傳感器或紅外光源前安裝一個適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光片，使傳感器的信號變化只反映被測氣體濃度變化。以CO2分析為例，紅外光源發射出1-20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經過一個4.26μm波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監測透過4.26um波長紅外光的強度，以此表示CO2氣體的濃度，電調制NDIR紅外氣體傳感器采用了以下關鍵技術：
1.紅外光源及其調制pulsIR,reflectIR等新型電調制紅外光源等，升降溫速度很快.紅外光源發射窗口上安裝有透明窗,一方面可以保證發射的紅外光波長在特定范圍內,適合于對常規的氣體如CO2、CO、CH4、NO、SO2等氣體進行測量。此外也可以阻止外界環境對光源溫度的影響。通過采用以上技術，NDIR紅外氣體傳感器的結構比以往儀器將大大簡化，儀器功耗也大幅度降低(只有以往的1/4)，傳感器的成本也不到以往技術的1/4。此類傳感器可以實現模塊化和標準化，因此更加適合在我國廣泛使用。
在線咨詢
