引言
在室内空气污染中，CO2气体是最常见但又最常被忽视的有害气体之一。通常，大气中CO2气体的含量大约为0.03%体积分数，此含量不会对人体造成不良影响。但在封闭室内环境中，CO2浓度会上升，当其浓度达到1 000×10-6以上时，即会导致人体疲劳，当浓度高于5 000×10-6时，更将对人脑造成不可逆的损伤[1-2]。因此，对于CO2气体浓度的监测变得愈发重要。目前，最为常见的CO2传感器是基于非分光红外技术(NDIR)，具体原理是气体分子会被特定波长红外光吸收，吸收率与气体浓度呈正相关。这种检测原理解决了传统电化学气体传感器精度低、寿命短的问题，具有精度高、可靠性好、寿命长等优点。2006年，Frodl及其团队研制了一种新的高精度光谱气体传感器，用于测量汽车应用的恶劣环境条件下的二氧化碳浓度（CO2）[3]。2013年，Zhao等人设计了一款具有十字交叉型气室的呼吸CO2气体传感器，该装置采用了气路与光路垂直交叉的气室结构，可以实时检测通过气道气流的CO2气体浓度[4]。2017年Scholz等人设计了一款小型化低成本CO2气体传感器，该传感器内部采用了LED光源与光声探测器，且设计了椭球型气室，传感器较为小型化，主要用于移动设备[5]。2021 年，Jung及其团队在研究中提出了一种具有外曝光光学腔的NDIR CO2传感器用于提高灵敏度[6]。
本文提出一种基于NDIR原理的双通道红外CO2传感器。该传感器包含单光源、反射型镀铬气室、双通道热电堆探测器、外围电路等。为减小环境因素带来的传感器示数误差，采用双通道热电堆探测器，将测试通道与参考通道的电压比值作为修正输出信号，建立了其与气体浓度间的函数关系，提高了传感器精度。同时进行了温度补偿，以克服环境温度引起的误差，减小了传感器的温度漂移。最终实现在0~50 ℃温度范围中，气体浓度在0~5 000×10-6内时，传感器最大测量误差小于50×10-6+5%读数。与现有测量方法相比，该方法具有稳定性好、寿命好、精度高、抗干扰能力强等特点，满足了室内、车内、空调系统等场景CO2浓度监测的需求。
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作者信息：
杨绍松，刘同庆
（无锡芯感智科技股份有限公司，江苏 无锡 214000）
