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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近几年，随着社会经济和科学技术的不断进步，人们对环境中的二氧化碳(co₂)气体浓度的监测越来越重视^[1,2]，因为co₂气体与人们的健康和生活质量息息相关。据研究表明，当空气中的co₂浓度大于3%，人的心跳加快，呼吸变得急促；当浓度达到5%时，人体会产生呼吸困难、耳鸣等症状；当浓度达到10%，会导致痉挛、昏迷，甚至死亡^[3]。同时，co₂气体的大量排放会造成温室效应，直接给我们生存的环境带来了危害。做好co₂排放量检测的工作，能够很好的规范燃料排放的标准，对于节能减排有重大的意义。而在另一方面，在特定的场合，人们也可以通过对co₂气体的浓度的实时监测，来提高生产效率。对于植物而言，co₂浓度的大小很大程度上影响了它们的光合作用，从而间接影响了蔬菜、鲜花、中草药等植物的质量与产量。倘若在培养植物的塑料大棚中安置了co₂气体浓度传感器进气行实时地监测和预警，那么对于这些植物的高质高产将会起到很大的帮助。

综上所述，加强对co₂气体的浓度的监测与控制，不仅可以避免一些有害气体导致的危害，还可以在一定程度上帮助人们提高生产效率。因此，各式各样的气体浓度传感器被广泛的应用于工业、农业、环境保护、医疗等领域。但目前国内大多数气体传感器都存在着弊端，如使用寿命短、稳定性差、精度不高等等。本文针对现有气体传感器存在的不足，以co₂作为研究气体，设计了一种基于非分光红外法(non-dispersive infrared，ndir)的co₂气体浓度传感器。利用zemax软件仿真光线在co₂气体传感器气室中的传播过程，并给出不同腔体结构参数时到达探测器的光强分布或光功率，能够对co₂气体进行快速、准确、稳定地测量，为提高co₂气体传感器的测量精度与灵敏度提供理论依据。

2. 研究的基本内容

(1) 通过查阅文献，学习使用有限元和zemax软件；

(2) 分析了红外传感器系统检测原理，包括红外吸收基本原理、红外吸收

定律—比尔定律、双通道检测原理以及不分光红外法探测原理；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：

首先学习了解zemax软件的使用方法。利用zemax软件仿真光线在co₂气体传感器气室中的传播过程，并给出不同腔体结构参数时到达探测器的光强分布或光功率，为提高co₂气体传感器的测量精度与灵敏度提供理论指导。

进度：

4. 参考文献

[1] anediek a, fix a, wirth m, et al. development of an opo system at 1.57m for integrated path dial measurement of atmospheric carbon dioxide [j]. appl. phys. b, 2008, 92(2): 295-302.

[2] sidek, o, quadri s a, kabir s. application of carbon nanotube in wireless sensor network to monitor carbon dioxide [j]. journal of experiment nanoscience, 2015, 8(2): 154-161.

[3] 郑永真，陈红岩，尉文峰，等. 基于nrf401的二氧化碳浓度无线检测系统的研究 [j]. 科技致富向导, 2010, (33): 10-16.