CO2 measurement using the nondispersive infrared (NDIR) gas sensing method is conventionally performed using a gas chamber as the main part of the sensor. In this paper, we report on a novel approach using a light source with an embedded parabolic reflector to measure CO2 concentrations above 400 ppm without the need for a chamber. Four alternative structures for CO2 detection were fabricated that combine gold-coated reflective surfaces and a parabolic reflector with a light source and detector. These simple and cost-effective structures were exposed to CO2 at 400–2200 ppm. The results show linear, accurate, and repeatable calibration curves at different CO2 concentrations. The proposed chamberless structure simplifies the industrial use of the NDIR technique. Complete analysis of variance was carried out to evaluate and compare the operational advantages of the proposed sensory structures. The experiments demonstrated the effect of the gold-coated walls in structured light source compartments with and without a parabolic reflector. Mixtures containing N2O, CH4, and CO2 were examined to determine the effect of interfering gases having absorption peaks similar to CO2 on the robustness of the proposed sensor. It was concluded that, although the use of a parabolic reflector concentrates rays on the detector area and increases its temperature, enhanced natural convection in the proposed sensor structure lowered the rate of temperature increase and the resulting thermal drift.

中文翻译：

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使用无室 NDIR 光学气体传感器在 CO2 测量方面取得突破

使用非色散红外 (NDIR) 气体传感方法进行 CO2 测量通常使用气室作为传感器的主要部分。在本文中，我们报告了一种使用带有嵌入式抛物面反射器的光源测量高于 400 ppm 的 CO2 浓度的新方法，而无需使用腔室。制造了四种用于 CO2 检测的替代结构，将镀金反射面和抛物面反射器与光源和检测器结合在一起。这些简单且具有成本效益的结构暴露在 400–2200 ppm 的 CO2 中。结果显示了不同 CO2 浓度下的线性、准确和可重复的校准曲线。提议的无室结构简化了 NDIR 技术的工业应用。进行了完整的方差分析，以评估和比较所提出的感官结构的操作优势。实验证明了镀金壁在具有和不具有抛物面反射器的结构化光源隔室中的效果。检查了含有 N2O、CH4 和 CO2 的混合物，以确定具有与 CO2 相似的吸收峰的干扰气体对所提出传感器的稳健性的影响。得出的结论是，虽然使用抛物面反射器将光线集中在检测器区域并提高其温度，但所提议的传感器结构中增强的自然对流降低了温度升高的速率和由此产生的热漂移。实验证明了镀金壁在具有和不具有抛物面反射器的结构化光源隔室中的效果。检查了含有 N2O、CH4 和 CO2 的混合物，以确定具有与 CO2 相似的吸收峰的干扰气体对所提出传感器的稳健性的影响。得出的结论是，虽然使用抛物面反射器将光线集中在检测器区域并提高其温度，但所提议的传感器结构中增强的自然对流降低了温度升高的速率和由此产生的热漂移。实验证明了镀金壁在带有和不带有抛物面反射器的结构化光源隔间中的效果。检查了含有 N2O、CH4 和 CO2 的混合物，以确定具有与 CO2 相似的吸收峰的干扰气体对所提出传感器的稳健性的影响。得出的结论是，虽然抛物面反射器的使用将光线集中在检测器区域并提高了其温度，但所提议的传感器结构中增强的自然对流降低了温度升高率和由此产生的热漂移。