機動車尾氣NDIR傳感器性能仿真分析

陳 晨，張玉鈞，何 瑩，尤 坤，高彥偉

?

機動車尾氣NDIR傳感器性能仿真分析

陳 晨，張玉鈞，何 瑩，尤 坤，高彥偉

（中國科學(xué)院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點實驗室，安徽光學(xué)精密機械研究所，安徽 合肥 230031）

機動車尾氣檢測在防治機動車尾氣污染中起到十分重要的作用，非分散紅外法（NDIR）氣體傳感器作為測量尾氣CO、CO2的核心部件，其性能指標(biāo)必須滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。為了在設(shè)計的初始階段實現(xiàn)對設(shè)計方案的優(yōu)化和性能評估，本文提出了一種NDIR氣體傳感器的性能仿真分析方法，通過計算和分析NDIR氣體傳感器的響應(yīng)函數(shù)來估算傳感器可以達(dá)到的測量精度。將該方法應(yīng)用于機動車尾氣NDIR氣體傳感器的設(shè)計中，證明該方法具有一定應(yīng)用價值。

機動車尾氣；非分散紅外；性能仿真分析；響應(yīng)函數(shù)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機動車的保有量也在不斷上升，截止到2015年底，全國機動車保有量已達(dá)到2.79億輛。機動車排放的尾氣中含有CO、CO2、HC和NO化合物等污染物[1]，因而數(shù)量如此龐大的機動車造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，據(jù)環(huán)保部門統(tǒng)計，目前機動車尾氣已經(jīng)成為城市大氣污染的首要污染源[2]。為了控制機動車尾氣污染，國家出臺了日益嚴(yán)格的機動車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

推行尾氣相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，首先應(yīng)加強對機動車尾氣污染成分的檢測。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18285-2005明確規(guī)定了各種污染成分的測量原理和需達(dá)到的測量指標(biāo)[3]，其中，將非分散紅外（NDIR）法定為測量尾氣CO和CO2標(biāo)準(zhǔn)方法，表1給出了NDIR型尾氣分析儀需滿足的測量指標(biāo)。

NDIR型尾氣分析儀的核心為NDIR氣體傳感器，該傳感器主要由紅外光源、氣室、紅外探測器、電子學(xué)部分和軟件部分組成，傳感器的設(shè)計應(yīng)以滿足表1所列指標(biāo)作為設(shè)計的出發(fā)點。為了在設(shè)計的初始階段實現(xiàn)對設(shè)計方案的優(yōu)化和性能評估，本文引入了計算機輔助設(shè)計（CAD），提出了一種NDIR氣體傳感器的性能仿真分析方法，通過對傳感器的響應(yīng)函數(shù)的計算和分析來評估傳感器可以達(dá)到的測量精度。利用該方法我們可以在設(shè)計的初始階段完成如下任務(wù)：

? 評估傳感器的設(shè)計方案是否滿足性能指標(biāo)要求；

? 比較具有不同硬件的傳感器的性能；

? 根據(jù)實際問題優(yōu)化光學(xué)設(shè)計和電路設(shè)計。

表1 NDIR型尾氣分析儀需滿足的測量指標(biāo)

1 仿真流程

仿真的流程如圖1所示，首先建立NDIR氣體傳感器普適的分析模型，從而得出響應(yīng)函數(shù)的具體形式，響應(yīng)函數(shù)應(yīng)該包含描述傳感器特性的一系列參數(shù)；然后，給出這些特性參數(shù)的表達(dá)式，同時，特性參數(shù)所含自變量的值通過光線追跡仿真得到；最后，通過對響應(yīng)函數(shù)求導(dǎo)和計算輸出信號信噪比得到傳感器可以達(dá)到的測量精度，仿真結(jié)束。

圖1 仿真流程

2 建立傳感器分析模型

NDIR氣體傳感器的運行基于朗伯-比爾定律，該定律描述了透過氣體的單色輻射強度()和光譜吸收系數(shù)()、相互作用長度、濃度之間的關(guān)系：

()＝0()exp[－()] (1)

由公式(1)可知，NDIR傳感器本質(zhì)上是一種將待測量轉(zhuǎn)換為可測量量()的轉(zhuǎn)換器，故建立傳感器的響應(yīng)函數(shù)的關(guān)鍵在于找出()和之間的函數(shù)關(guān)系，即確定入射到探測器上的光的能量。由于傳感器中一般使用的是發(fā)散的擴(kuò)展光源，為了模擬光在傳感器中實際傳播的情況，可以采用光線追跡法[4-5]，光源用大量隨機出射光線描述（蒙特卡洛方法），通過非序列光線追跡記錄每條光線的傳播路徑。假設(shè)有條光線入射到探測器上，那么探測器接收的總光能等于每條入射到探測器的光線的能量之和：

每條到達(dá)探測器的光線的能量會受到光源輻射密度，氣體吸收、氣室內(nèi)壁反射和濾光片透過率等因素的調(diào)制，同時考慮到光源的寬帶輻射特性和濾光片的窄帶透過特性D，I可以表示為下面的積分形式：

式中：S(,)為光源的光譜輻射出射度；()為濾光片光譜透過函數(shù)；(,)描述氣室內(nèi)壁的反射特性；gas(,,)為吸收氣體對光的透過率。式中還含有變量：為光波長；為光源溫度；為光線反射次數(shù)；為氣室內(nèi)壁反射率；為氣體濃度；為光線通過氣體的光程長度。如圖2中的光線示例所示，氣室內(nèi)每條光線具有唯一的傳播路徑，因而可能具有不同的總光程和反射次數(shù)。

圖2 氣室內(nèi)光線傳播示例

實際應(yīng)用中計算濃度時，式(1)中0()參數(shù)必須要消去，這個條件可以通過以下兩種方式滿足：一是在測量前確定并保持0()的值為常數(shù)[6]；二是引入一個額外的參考通道[7]，該通道的輸出量正比于0()。因而本文將透射比/0作為傳感器的響應(yīng)函數(shù)：

式中：0為無氣體吸收時探測器接收到的光能量。從(4)可以看出所建立的傳感器分析模型的一個主要優(yōu)點是可以方便地添加光學(xué)元件，比如額外的透鏡，只需要擴(kuò)展積分內(nèi)的乘式即可。

上面的分析建立了NDIR氣體傳感器普適的分析模型，給出了傳感器響應(yīng)函數(shù)的表達(dá)式。要計算響應(yīng)函數(shù)，首先應(yīng)該確定(4)式中各特征參數(shù)的表達(dá)形式，然后通過光線追跡仿真得到到達(dá)探測器光線的數(shù)量以及每條入射到探測器的光線的總光程和反射次數(shù)，將上述所有參數(shù)帶入(4)中，通過數(shù)值積分計算得到響應(yīng)函數(shù)。下面以一個具體的機動車尾氣NDIR氣體傳感器的設(shè)計方案為例，計算其響應(yīng)函數(shù)，估算傳感器可以達(dá)到的測量精度，并通過實驗驗證所提出方法的正確性。

3 傳感器設(shè)計方案

圖3為機動車尾氣NDIR氣體傳感器的總體設(shè)計方案，氣室具有3個腔室，每個腔室的長度均為90mm，內(nèi)徑均為8mm。紅外光源的型號為HEIMANN公司的EMIRS200，紅外探測器同樣選擇來自HEIMANN公司的HTS A21型熱電偶探測器，這是一款集成了窄帶濾光片的單通道熱電偶探測器。每組腔室、紅外光源和紅外探測器對應(yīng)一種氣體的測量通道，3個測量通道分別測量CO、CO2、HC。CO通道對應(yīng)濾光片的中心波長為4.64mm，半寬為180nm；CO2通道對應(yīng)濾光片的中心波長為4.43mm，半寬為60nm；HC通道對應(yīng)濾光片的中心波長為3.4mm，半寬為190nm。由于每個測量通道的分析過程均相同，因而不失一般性，下面選擇CO通道進(jìn)行分析。

圖3 NDIR氣體傳感器總體設(shè)計方案

4 特性參數(shù)的確定

4.1 氣體吸收

CO的吸收光譜如圖4所示，由于窄帶濾光片的透過光譜具有一定寬度，包含了圖2中多條譜線，加之光源也是非單色的，計算待測氣體的吸收可以使用逐線積分方法。逐線積分是逐條計入氣體吸收譜線貢獻(xiàn)的精確透過率計算模型[8]，即氣體在某一波長處的吸收，是位于該波長附近所有譜線吸收的疊加。假設(shè)CO在波長附近有條譜線，那么可以用公式(5)計算CO在波長處的透過率：

式中：N為CO的分子數(shù)密度；Si為譜線線強；aL為洛侖茲半寬；v為波數(shù)，v＝1/l；vi則為第i條譜線的中心波速。所需的光譜參數(shù)通過查詢HITRAN數(shù)據(jù)庫得到。當(dāng)需要考慮干擾氣體（如CO2）對測量的影響時，通過逐線積分方法同樣可以方便地計算干擾氣體存在時的氣體透過率。

4.2 光學(xué)部件特性參數(shù)

1）紅外光源

所選用的紅外光源是一種基于MEMS技術(shù)的薄膜光源，可以視為灰體[9]，其運行溫度為456℃，發(fā)射率為0.95，那么光源的光譜輻射出射度可以用黑體輻射公式乘以發(fā)射率表示：

式中：Iblackbody(l,T)為黑體光譜輻射出射度；h為發(fā)射率；h為普朗克常數(shù)；k為玻爾茲曼常數(shù)；c為光速；l為波長；T為光源溫度。圖5給出了紅外光源在T＝456℃時的光譜輻射出射度曲線。

2）氣室

由于光源的發(fā)散性，光線可能會經(jīng)過氣室內(nèi)的反射后才到達(dá)探測器，在光線反射次時，氣室內(nèi)壁的反射特性可以寫為：

(,)＝f(7)

3）濾光片

在濾光片中心波長為0，(3)式的積分步長為時，濾光片的透過光譜可以用一個最大值為0.75的高斯函數(shù)近似：

5 光線追跡仿真

雖然已經(jīng)確定了各部分特性參數(shù)的表達(dá)式，但由(5)式和(7)式可知，傳感器的某些特性參數(shù)與到達(dá)探測器光線的總光程和反射次數(shù)有關(guān)，由于每條光線具有單獨的路徑，因而計算響應(yīng)函數(shù)還需要知道到達(dá)探測器的光線數(shù)量以及每條到達(dá)光線的總光程和反射次數(shù)，這些物理量的值可以通過光線追跡仿真得到。本文選擇光學(xué)設(shè)計軟件TRACEPRO來完成光線追跡仿真。在TRACEPRO中根據(jù)NDIR氣體傳感器實際尺寸建立如圖6所示的傳感器三維模型，光源模型由發(fā)光面和拋物面反光杯組成，發(fā)光面為2.1mm×1.8mm的矩形，設(shè)定發(fā)光面為朗伯光源，即發(fā)光面的發(fā)光強度與發(fā)射方向和法線方向夾角的余弦成正比；氣室為長度等于90mm、內(nèi)徑等于8mm的圓柱體；探測器模型包括集成了濾光片的外殼和探測器光敏面，光敏面面積為1.2mm×1.2mm，并設(shè)為完全吸收入射光線，而外殼在仿真中起到孔徑光闌的作用，只有中部的濾光片可以透過光線。

圖6 NDIR傳感器三維模型

光線追跡仿真需要抽樣產(chǎn)生大量的隨機光線，并追蹤每一條光線的輻射能量的變化，以確定其對接受面的能量貢獻(xiàn)。隨機光線的數(shù)量會對仿真結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生很大的影響[10]，當(dāng)光線數(shù)量較少時，會引起較大的隨機誤差；而光線數(shù)量過多時，雖然可以持續(xù)增加準(zhǔn)確度，但提升程度較小且會成倍增加運算成本。文獻(xiàn)[11]指出，當(dāng)隨機光線的數(shù)量超過1000000條時，隨機誤差的改善達(dá)到飽和，可以滿足高精度系統(tǒng)仿真的要求，故本文將光源發(fā)光面隨機出射的光線數(shù)量設(shè)為1000000條。

圖7為光線追跡的仿真圖，圖中只顯示了到達(dá)探測器光敏面的光線。仿真輸出的結(jié)果表明，有40161條光線入射到探測器光敏面上，可見即使沒有其他損耗，傳感器對光能的利用率也是很低的；仿真同樣給出了每一條入射光線通過吸收氣體的光程長度和在內(nèi)壁上的反射次數(shù)，光程長度的統(tǒng)計分布如圖8所示，反射次數(shù)的統(tǒng)計分布如圖9所示。所有光線的平均光程為97.25mm，平均反射次數(shù)4.18次。

圖7 傳感器光線追跡仿真圖

圖8 光線光程長度統(tǒng)計分布

圖9 光線反射次數(shù)統(tǒng)計分布

6 響應(yīng)函數(shù)計算

將上述分析得到的結(jié)果輸入公式(4)進(jìn)行數(shù)值積分，為了提高數(shù)值積分的精度，采用復(fù)化辛普森公式：

()＝S(,)()(,)gas(,,) (10)

式中：、為濾光片透過光譜范圍；為積分步長，區(qū)間[,]被分成等份（＝2），＝(－)/，應(yīng)小于洛侖茲半寬，分點＝＋。

通過Matlab計算得到的響應(yīng)函數(shù)的曲線如圖10所示。為了驗證所提出的響應(yīng)函數(shù)計算方法的正確性，我們制做了NDIR氣體傳感器的樣機，通入不同濃度的CO后記錄其響應(yīng)值，圖10表明計算的響應(yīng)曲線和實驗獲得響應(yīng)值之間在很寬的濃度范圍內(nèi)有很好的一致性，證明了計算方法的正確性。實際中計算待測氣體濃度，通常的算法為先測量得到的一系列響應(yīng)值（標(biāo)定點），然后利用一定形式的函數(shù)去擬合標(biāo)定點，得到的擬合函數(shù)就是傳感器響應(yīng)和濃度之間的關(guān)系式?？梢哉J(rèn)為擬合函數(shù)是對響應(yīng)函數(shù)的一種近似，近似的程度越好，算法越精確。我們利用四次多項式＝b1*c＋b2*c^2＋b3*c^3＋b4*c^4＋d的函數(shù)形式去擬合圖10中的標(biāo)定數(shù)據(jù)，得到擬合函數(shù)為y＝－0.1261*c＋0.0247*c^2－0.0025*c^3＋9.7319*10^(－5)*c^4＋0.9967，從圖10中可以看出，該擬合曲線在濃度大于2%時和響應(yīng)函數(shù)的近似程度較好，而在濃度小于2%時和響應(yīng)函數(shù)有一定偏差，可以通過在c＜2%的低濃度范圍內(nèi)增加標(biāo)定點數(shù)來進(jìn)一步提高擬合的優(yōu)度。所提出的響應(yīng)函數(shù)計算方法可以用來檢驗擬合效果，選擇擬合函數(shù)。

圖10 響應(yīng)函數(shù)計算結(jié)果和實驗結(jié)果

7 傳感器精度估算

響應(yīng)函數(shù)的斜率()＝d/d決定了傳感器的靈敏度，它由輸入信號的大小決定，這是因為傳遞特性()的非線性導(dǎo)致靈敏度在不同測量范圍內(nèi)有較大的不同。測量絕對誤差定義為d＝d/()。如果我們假設(shè)在傳感器輸出信號的信噪比為，那么最小可探測變化量d為1/，測量的絕對誤差d＝1/(())，而相對誤差＝d/。

由于NDIR氣體傳感器的性能主要受制于紅外探測器的噪聲[12]，故可以利用探測器的比探測率來估算傳感器系統(tǒng)的信噪比水平，計算公式為：

式中：*為探測器的比探測率，cmHz1/2/W；為入射到探測器光敏面上的光功率；D為探測器光敏面面積；Δ為噪聲帶寬，在這里設(shè)為1Hz。本文所選用的HTS A21型探測器的*＝1.4×108cmHz1/2/W，D＝0.122cm2，利用(11)式估算得到的傳感器信噪比SNR約為103量級。

圖11和圖12所示為NDIR氣體傳感器在測量范圍為0%～10%、信號處理電路輸出信號信噪比＝1000時，預(yù)計的測量絕對和相對誤差。從圖中可知，傳感器對CO測量的絕對誤差＜0.06%、相對誤差＜3.5%，計算結(jié)果均滿足表1的要求。實際上，在NDIR氣體傳感器樣機的輸出端可以可靠地觀測信噪比＞1000的情況，故所提出的設(shè)計方案可以勝任測量尾氣中CO的任務(wù)。通過精度估算分析滿足一定測量精度時所需信號處理電路信噪比，這為后續(xù)電路部分的設(shè)計提供了指導(dǎo)，如選取何種方法進(jìn)行微弱信號處理（鎖相放大或者窄帶濾波），確定信號累加平均的次數(shù)等。

圖11 傳感器絕對誤差仿真結(jié)果

圖12 傳感器相對誤差仿真結(jié)果

8 優(yōu)化設(shè)計

利用所提出的NDIR氣體傳感器的性能分析方法，可以方便地修改設(shè)計參數(shù)，并迅速得到修改所帶來的性能變化，評估設(shè)計效果，從而可以確定最優(yōu)的設(shè)計方案。為了進(jìn)一步說明該方法的作用，下面我們將該方法應(yīng)用于氣室內(nèi)徑的優(yōu)化設(shè)計中。

分別對內(nèi)徑＝8mm、＝12mm和＝16mm的氣室進(jìn)行光線追跡仿真，表2列出了仿真的統(tǒng)計結(jié)果，從表2可以看出，隨著氣室內(nèi)徑的增大，到達(dá)探測器光線的數(shù)目和反射平均次數(shù)也隨之減小，而光線的平均光程變化很小。探測器接受的光能量受到表2中的3個參數(shù)的共同影響，圖13是仿真得到的不同直徑氣室探測器接受到的光功率，氣室直徑越大，同一氣體濃度下接受到光功率越小。值得注意的是，不同直徑下接受光功率隨濃度變化曲線的形狀基本一致，也就是說，氣室直徑在一定范圍內(nèi)的變化并不顯著改變響應(yīng)函數(shù)的形式，只是等比例地減小到達(dá)探測器的光能，但是由于探測器接受光能量的減小，導(dǎo)致輸出電信號信噪比降低，根據(jù)絕對誤差的計算公式dC ＝1/(())，傳感器的測量精度會下降，誤差的計算結(jié)果見圖14和圖15。根據(jù)上面的分析，我們可以得出這樣的一個結(jié)論：NDIR氣體傳感器氣室的直徑應(yīng)在滿足裝配條件下做到最小。對于本文的設(shè)計方案，＝8mm是最優(yōu)的選擇。

表2 不同直徑氣室仿真統(tǒng)計結(jié)果

圖13 不同直徑氣室探測器接受的光功率

9 結(jié)論

為了減少機動車尾氣NDIR氣體傳感器的開發(fā)成本，本文提出了一種NDIR氣體傳感器的性能仿真分析方法，通過設(shè)定各影響參數(shù)的表達(dá)式和使用光線追跡仿真計算傳感器的響應(yīng)函數(shù)，然后對其求導(dǎo)來評估傳感器的測量精度。利用該方法對所提出的機動車尾氣NDIR傳感器設(shè)計方案進(jìn)行分析，其中響應(yīng)函數(shù)計算結(jié)果和樣機實驗結(jié)果之間的一致性驗證了方案的可行性，而精度估算結(jié)果表明傳感器對CO測量的絕對誤差小于0.06%，相對誤差小于3.5%，其性能指標(biāo)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。所開發(fā)的NDIR氣體傳感器性能分析方法可以用于評估傳感器的設(shè)計方案，優(yōu)化光學(xué)設(shè)計和電路設(shè)計，還可以用于比較具有不同硬件的傳感器的性能，有助于加深理解各設(shè)計變量對于傳感器性能的影響，是NDIR氣體傳感器設(shè)計初始階段十分有用的工具。

圖14 具有不同直徑氣室傳感器的測量絕對誤差

圖15 具有不同直徑氣室傳感器的測量相對誤差

[1] 姜炎材, 陳紅巖. 基于NDIR方法的機動車排放氣體傳感器[J]. 機電工程, 2010, 27(10): 77-80.

JIANG Yancai, CHEN Hongyanl. Vehicle gas emissions sensor based on NDIR method[J]., 2010, 27(10): 77-80.

[2] 王鐵棟, 劉文清, 張玉鈞, 等. 機動車尾氣遙測技術(shù)和應(yīng)用研究[J]. 大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報, 2007, 2(3): 198-202.

WANG Tiedong, LIU Wenqing, ZHANG Yujun, et al. Research of on-road vehicle emissions remote sensing system[J]., 2007, 2(3): 198-202.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. GB18285-2005點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法[S]. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2005: 1-37.

General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of P.R.C. GB18285-2005 Limits and measurement methods for exhaust pollutants from vehicles equipped ignition engine[S]. Beijing: China Environmental Science press, 2005: 1-37.

[4] 劉崗, 粱庭, 郇弢, 等. 紅外甲烷傳感器直射式氣室設(shè)計[J]. 工礦自動化, 2013 (3): 31-35.

LIU Gang, LIANG Ting, HUAN Tao, et al. Design of direct gas chamber of infrared methane sensor[J]., 2013(3): 31-35.

[5] 阮俊, 張玉鈞, 高閩光, 等. 光學(xué)仿真在非分散紅外汽車尾氣監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報, 2010 (6): 450-456.

RUAN Jun, ZHANG Yujun, GAO Minguang, et al. Application of optical simulation in non-dispersive infrared sensing of vehicle emissions[J]., 2010 (6): 450-456.

[6] 張廣軍, 呂俊芳. 單光束紅外光二氧化碳分析儀[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報, 1996, 22(4): 393-396.

ZHANG Guangjun, LV Junfang. Carbon dioxide gage with a single infrared ray[J]., 1996, 22(4): 393-396.

[7] 李亞萍, 張廣軍, 李慶波. 空間雙光路紅外CO2氣體傳感器及其測量模型[J]. 光學(xué) 精密工程, 2009, 17(1): 14-19.

LI Yaping, ZHANG Guangjun, LI Qingbo. Infrared CO2gas sensor based on space double space beams and its measurement model[J]., 2009, 17(1): 14-19.

[8] WU Y, LI D, CHENG W, et al. Non-dispersive infrared methane absorption model[C]. 2010(ICICIP), 2010: 658-661.

[9] Datasheet, HSL EMIRS series IR sources for broad range gas analysis[Z]., 2004.

[10] 鄭曉東, 汪揚春, 秦文紅. 非序列光線追跡程序照度分布計算的隨機誤差分析[J]. 光子學(xué)報, 2008, 37(10): 1970-1974.

ZHENG Xiaodong, WANG Yangchun, QIN Wenhong. Random error analysis of illumination distribution calculated by non-sequential ray tracing programs[J]., 2008, 37(10): 1970-1974.

[11] 張坤, 陳海清, 廖兆曙, 等. 紅外光源輻射特性的蒙特卡洛模擬[J]. 激光與紅外, 2010, 40(5): 491-495.

ZHANG Kun, CHEN Haiqing, LIAO Zhaoshu, et al. Monte Carlo simulation for the radiation characteristics of infrared light source[J]., 2010, 40(5): 491-495.

[12] Hodgkinson J, Tatam R P. Optical gas sensing: a review[J]., 2012, 24(1): 012004.

Performance Simulation Analysis of NDIR Sensor for Vehicle Exhaust

CHEN Chen，ZHANG Yujun，HE Ying，YOU Kun，GAO Yanwei

(Key Laboratory of Environmental Optics & Technology, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, the Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China)

Vehicle exhaust testing plays an important role in the prevention and control emission pollution. NDIR gas sensor, as the key component of measuring CO and CO2in the exhaust, has to meet the performance requirement of national standards. In order to optimize and evaluate the design proposal in the primary stage of design, this paper introduces computer a performance simulation analysis method of NDIR gas sensor, the measurement accuracy of the sensor is estimated by calculating and analyzing the response function of the sensor. The design proposal can be elevated in the primary stage of design. Using this method guided the design of NDIR sensor for vehicle exhaust and proves the application value of the method.

vehicle exhaust，NDIR，performance simulation analysis，response function

O433

A

1001-8891(2016)06-0567-07

2016-03-08；

2016-08-08.

陳晨（1990-），男，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事光電信息處理和紅外光學(xué)檢測技術(shù)研究。E-mail：cchen@aiofm.ac.cn。

張玉鈞，男，博士生導(dǎo)師，研究員。E-mail：yjzhang@aiofm.ac.cn。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）（2014AA06A503）；國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項（2012YQ22011902）。