非分散性红外线(NDIR)气体传感器，是与光学气体传感器联络最严密的商用传感器之一，可用于评价汽车尾气、丈量空气质量、勘探气体走漏状况，并支撑各种医疗、工业和研讨使用。最近，瑞士苏黎世联邦理工学院研讨人员成功研发了首个一体化、选用NDIR的气体传感器。该传感器选用特别工艺组成的超资料制成，没有运动部件，只需很少的能量就可运转，是有史以来尺度最小的NDIR传感器之一。
文中所述新式NDIR气体传感器新品，资料图
据了解，因为传感器规划简略、巩固、高效，选用了超资料，可省去NDIR气体传感器中的一个首要本钱要素：介质滤波器，一起，还可减小设备的尺度以及能量消耗。根据体积小、本钱低、能源消耗低这些优秀特性，这种新式光学气体传感器，是抱负的新式物联网和智能家居设备，可用于勘探和呼应环境的改变，未来还可用于医学确诊和监测。
传统NDIR传感器的作业原理是，将红外光经过室内空气照射到勘探器上。除能被特定气体分子吸收的波长外，勘探器前方的光学滤光片可滤除一切光线，因而，勘探器所勘探到的光的数量就指示了该气体在空气中的浓度。尽管大多数NDIR传感器都用于丈量二氧化碳，但不同的滤光片可用于丈量各种其他气体。
近几年，工程师们用微电子机械体系(MEMS)技能替代了传统的红外光源和勘探器，MEMS是衔接机电信号的微型元件。在此次研讨中，研讨人员将超资料集成至MEMS平台上，进一步缩小了NDIR传感器的尺度，并明显提高了其光程长度。
该规划的要害之处在于，其选用了一种称为超资料完美吸收器(MPA)的资料，而该MPA由铜和氧化铝组成的杂乱分层结构制成。因为具有分层结构，MPA可吸收来自任何视点的光线。为了使用该特性，研讨人员规划了一个多反射单元，能够经过屡次反射红外光来“折叠”红外光，然后能够在一个尺度为5.7×5.7×4.5毫米的空间内紧缩一条约为50毫米长的光吸收途径。
在传统NDIR传感器中，光线需求穿过一个几厘米长的腔体，才能在浓度十分低的状况下勘探到气体，可是，新规划优化了光的反射，能在一个半厘米长的腔体中就完成相同的灵敏度。
超资料能有用过滤和吸收光线，因而新规划与现有的传感器规划比较，愈加简略、巩固。其首要部件为超资料热发射器、吸收单元以及超资料热电堆勘探器。一个微控制器会守时将加热板加热，使超资料热发射器发生红外光。光穿过吸收单元，被热电堆勘探到，然后微控制器从热电堆中搜集电子信号，并将数据传输至计算机。
该规划的首要能源需求来自加热热发射器所需的能量，因为热发射器中选用的超资料具有高效率，该体系的作业温度与之前的规划比较，将低得多，因而每次进行丈量时所需的能量也更少。
研讨人员经过丈量受控大气中不同浓度的二氧化碳来测验该设备的灵敏度，证明该体系能够勘探到二氧化碳浓度，并且限噪分辨率为23.3 ppm，与商用体系适当。可是，该传感器每次进行丈量时只需求58.6焦耳的能量，与商用低功耗NDIR二氧化碳热传感器比较，大约减少了5倍。
来历：传感器专家网
