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摘 要
随着科学技术的发展和人们对温室气体的日益关注，在日常生活和工业生产等方面越来越需要对二氧化碳气体的浓度进行检测。目前，二氧化碳气体浓度的分析方法主要有电气法、电化学法、色谱法、红外吸收法等，其中红外吸收法有精确度高、稳定性好、响应快、仪器体积小、使用寿命长等特点，从而使之成为二氧化碳气体浓度检测领域的发展新方向。
本文设计了一种等离子体MEMS红外光源，并在朗伯-比尔定律与红外气体吸收理论的基础上，将等离子体MEMS窄带红外光源应用在二氧化碳气体浓度检测的新型红外传感器中，采用了最小二乘拟合法设计了一种双通道一体化的新型非分光（NDIR）红外二氧化碳气体浓度检测仪。
关键词 ： NDIR红外浓度检测 等离子体MEMS红外光源 朗伯-比尔定律 CO2气体检测。
Abstract
With the growing concern of the scientific and technological development andpeople of greenhouse gases, in daily life and industrial production increasing theconcentration of carbon dioxide gas detection. At present, the methods of analysis ofthe concentration of carbon dioxide gas main electrical method, electrochemicalmethod, chromatography, infrared absorption method, in which the infraredabsorption method has high accuracy, good stability, fast response, the equipment issmall, long service life , thus making the new direction of development of the carbondioxide gas concentration detection field.
Design a plasma MEMS infrared light source, and in the Lambert - Beer's law onthe basis of the theory of infrared gas absorption, plasma MEMS narrowband infraredlight source applications in the carbon dioxide gas concentration detecting newinfrared sensor using the least square fitting design of a dual-channel integration ofnew non-spectral infrared carbon dioxide gas concentration detector (NDIR).
Key Words : NDIR infrared concentration detection；Plasma MEMS infraredlight source；Lambert - Beer law；CO2 gas detector。
第一章 绪论
随着科学技术的发展，人们对温室气体日益关注，在日常的生活和工业生产上越来越需要对二氧化碳气体的浓度进行检测。目前，二氧化碳气体浓度的分析方法主要有电气法、电化学法、色谱法、红外吸收法等，其中红外吸收法有精确度高、稳定性好、响应快、仪器体积小、使用寿命长等特点，从而使之成为二氧化碳气体浓度检测领域的发展新方向。
1.1、 研究背景和意义。
温室效应是大气保温效应的俗称。大气层使得太阳辐射的短波能到达地面，但地表向外辐射放出的长波却会被大气层吸收，这样就会使地表和近地大气层的温度上升，因为这个原理与种植植物的温室很像，所以又叫“温室效应”。自从 18 世纪的工业革命以来，人们向大气中排放了大量的二氧化碳等会吸热的温室气体，相应的大气层的“温室效应”也越来越强，已经引发了全球气候变暖、海平面上升等等一系列的问题，引起了各国的关注。
越来越严重的温室效应主要是因为近现代社会大量使用石油、煤炭和天然气造成的。这些燃料在燃烧后会释放出大量的二氧化碳气体进入到大气层中会使得温室效应越来越严重。二氧化碳气体有隔热以及吸热的功能。它在大气层中增多而产生后果是会形成一种无形的罩子，使太阳辐射到地球上的热量无法向外太空反射出去，其结果就是地球表面的温度越来越高，也就是温室效应越来越严重[1]。
由此，我们需要研制出能够检测二氧化碳浓度的仪器，来检测各个地区的二氧化碳得排放。实现对二氧化碳气体浓度的实时监测，达到有效控制的目的。
近几年来，国内研制的红外气体传感器有了很大进步，但大部分都是采用国际上80年代左右的红外气体分析部件以及结构型式，有着许许多多的缺点，比如：红外光源使用镍铬丝，这种红外光源热稳定性非常差、寿命很短、测量误差也很大；使用电机调制红外光线，这种仪器的功耗很大、稳定性很差、故障率也很高、维护非常困难；使用锑化铟(In Sb)或者薄膜电容微音器等作为传感器，这种一起仪器对轻微的震动十分得敏感[2]。
随着现代化的进程，要求仪器的精确度越来越高，急需制作出一种精度更加高的检测气体浓度的传感器。并且需要其在不同的检测环境下和不同的检测对象都能够适应的多环境、多对象的快速检测气体浓度传感器，以便于对特定环境下的气体进行浓度检测，而且要保证它的工作精确度。于此同时，要采用标准化的通信接口，能够有效、快速地实现整个检测过程的监控以及人机互动。
目前在我国红外气体浓度检测的技术无论是在用在新技术改造传统产业上，还是在替代进口技术等各种方面都有着明显的优势，应用范围也很广泛，具有非常明显的经济效益和社会效益。
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1.2、气体检测方法的分类
1.3、红外气体检测方法的分类
1.4、红外传感器的发展前景
1.5、本文的研究目的和研究内容
第二章 二氧化碳红外传感器的设计原理.
2.1、红外吸收光谱.
2.2、二氧化碳气体红外检测技术的基本原理
2.2.1、朗伯-比尔(Lamber-Beer) 定律
2.2.2、基于Lamber-Beer定律的红外二氧化碳气体吸收模型
2.3、计算方法
第三章 二氧化碳红外检测仪的结构设计.
3.1、红外光源
3.1.1、红外光源的结构和材料选择
3.1.2、器件的工艺流程及性能表征.
3.2、气室的设计
3.3、检测电路
3.3.1、检测电路的设计原理
3.3.2、检测电路的设计口
第四章 结论
本课题的主要工作是红外二氧化碳气体传感器的研究与开发。设计了一种基于红外光谱吸收理论的红外二氧化碳传感器。在检测仪的研究与开发过程中，涉及了红外光谱吸收理论、硬件电路设计以及系统模型的建立等方面。
本论文所设计的红外二氧化碳气体传感系统，通过与窄带MEMS光源结合，使NDIR系统体积变小，光源的滤波片被取代，降低了红外传感系统的成本。所设计的红外传感系统理论上。具有精度高、稳定性好、体积小、响应迅速等特点，可以满足实际中二氧化碳气体浓度的测量要求。
参考文献
[1] 张京亮，赵杉林，赵荣祥等.现代二氧化碳吸收工艺研究 [J].当代化工,2011,40(1):88-91
[2] 白泽生.基于红外传感器的二氧化碳气体检测电路设计 [J].仪表技术与传感器,2007
[3] 牟宣理.非分光红外尾气分析系统设计 [D].杭州:浙江大学,2006
[4] 翟成瑞,谭秋林,马游春等.MEMS红外瓦斯传感检测系统的设计 [J].中国科技信息,2006,（2）：52-53
[5] 甘宏,潘丹,张春.便携式非分光红外吸收型二氧化碳传感器 [J].桂林电子科技大学学报,2007,(1):19-22
[6] 曾光辉.便携式非分光红外吸收型二氧化碳传感器的研究 [J].广东技术师范学院学报,2008,(3):67-70
[7] 琚雪梅,张巍,毕东云等.红外吸收型二氧化碳气体传感器的设计 [J].传感器技术,2005,24(8):62-64
[8] 张广军,吕俊芳,周秀银等.新型红外二氧化碳分析仪 [J].仪器仪表学报，1997，18(2):135-138．
[9] 张永怀等.红外气体分析器 [J].分析仪器,2002,(3):36-40
[10] 康永济.红外线气体分析器[M],北京:化学工业出版社,1993,34-46
[11] 常太华,田学航,田亮.基于红外吸收原理的一氧化碳浓度检测装置的研究 [J].东北电力技术,2006,(10):7-9
[12] 常建华,董绮功.波谱原理及解析 [M].北京:科学出版社,2005,61-63
[13] 常太华,苏杰,田亮.检测技术与应用 [M].北京:中国电力出版社,2003,192-195
[14] 张广军,武晓利.新型高性能红外二氧化碳传感器 [J].红外与激光工程,2002,31(6):540-544
[15] 李守荣,梁平治,屈新萍.红外辐射源的研制 [J].红外与毫米波学报,2003,22(4):277一280
[16] 林喆.红外CO<,2>气体浓度检测仪的研究与开发 [D].沈阳：沈阳理工大学，2008
[17] 肖功利,姚翔,纪新明等.等离子体MEMS红外光源研究进展 [J].微光与光电子学进展,2009:38-45