非色散红外气体测量

译者前言
非色散红外（non-dispersive infrared，NDIR）检测法以气体对特定红外光吸收作为定性的依据，以朗伯-比尔定律作为定量的基础，不仅能够实时定性定量检测气体，而且具有检测范围广、检测精度高、使用寿命长和光学元件不易老化等优点，在煤矿安全、空气检测和环境控制等领域均起到重要作用。
Non-Dispersive Infrared Gas Measurement一书详细阐述了NDIR气体传感技术的起源、发展以及现状，尤其是对NDIR气体传感技术的原理和NDIR气体传感器的局限性进行了深入分析。译者课题组长期从事二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体的分析检测科研工作，在开发NDIR气体传感器的过程中，遇到信号输出不稳定以及随时间漂移等问题，虽然通过条件优化有了一定改进，但是并未从原理上得到解决。我们广泛查阅资料，发现该书对NDIR气体检测有详细、深入的阐述，在阅读过程中受益良多。在本领域，国内研究不多，国外相关图书也极少。尽管该书原著出版距今时间较久，但理论知识全面，对国内目前科研人员的研究仍有诸多的指导和启发，尤其是对分析化学、航空航天、应急管理等领域人员有一定的帮助。因此，我们对该书进行翻译出版，旨在为国内从事NDIR气体检测的同行提供更多参考，对推动现场实时检测技术及设备的发展有着重要的意义。
本译著主要由刘国宏、李建、肖艳华等翻译，其中刘国宏负责翻译工作的筹备和整体规划，李建负责翻译第1章，肖艳华负责翻译第5章。此外，吴为辉和李达学负责翻译第2章，李丹萍、陈子明（31607部队）负责翻译第3章和第4章。徐玉茹参与翻译第1章，张鸿鹏参与翻译第5章。吴为辉和张鸿鹏对本译著进行校对。

译者
2025年12月

Jacob Y. Wong，在普林斯顿大学完成了本科学习（学士学位，1963年），在斯坦福大学完成了红外激光研究的研究生学习（博士学位，1967年）。他于1967年—1978年就职于惠普公司。在航空航天行业短暂停留后，他总共创办了三家公司，专门从事先进非色散红外气体传感器的研发。他在2003年创办的第三家公司是Airware公司，至今仍在经营。多年来，王博士在主要科学期刊上发表了40多篇研究论文，并在全球范围内申请了100多项美国和国际专利。
Roy L. Anderson，拥有伊利诺伊卫斯理大学化学学士学位（学士学位，1979年）和乔治华盛顿大学法学博士学位（博士学位，1982年）。他从里昂律师事务所开始，并成为该事务所的合伙人，在那里他从事专利法诉讼和起诉，直到2000年他离开独自执业。1980年代中期，他开始与Wong博士合作。如今，他是Wagner，Anderson & Bright，P.C.的合伙人，他已经研究并申请了数十项与先进NDIR气体传感器有关的专利,并授权给Wong博士。

第1章 NDIR气体检测 001～033
1.1 气体检测的必要性 002
1.2 交互式气体传感器 003
1.2.1 电化学气体传感器 004
1.2.2 固态电导率气体传感器 005
1.2.3 光电离气体传感器 006
1.2.4 火焰离子化气体传感器 007
1.2.5 比色气体传感器 007
1.2.6 燃烧式气体传感器 008
1.3 非交互式气体传感器 008
1.3.1 可调谐半导体激光吸收光谱气体传感器 009
1.3.2 非色散红外：光声和光学气体传感器 010
1.3.3 NDIR气体传感器简介 012
1.3.4 NDIR气体传感器的技术基础 018
1.3.5 NDIR气体传感器的局限性 029

第2章 红外气体传感器发展史 034～042
2.1 红外气体传感技术的起源 035
2.2 红外气体传感器的起源 035
2.3 物理基础发展时期 037
2.4 第一代实用红外气体传感器 038
2.5 NDIR气体传感器时代的萌芽 040
2.6 萌芽之后的发展趋势 042

第3章 萌芽之后25年的发展 043～060
3.1 医用二氧化碳分析仪的进展 044
3.2 呼气末二氧化碳监测仪的故事 045
3.3 发展阶段（1955—1980年） 056

第4章 1980年后30年的发展 061～080
4.1 对NDIR气体传感器的需求日益增长 062
4.2 1981—1990年期间值得注意的研究进展 063
4.3 1991—2000年期间值得注意的研究进展 066
4.4 2001—2010年期间值得注意的研究进展 077

第5章 NDIR气体检测现状 081～105
5.1 发展简介 082
5.2 转折点：理解NDIR检测气体的物理原理 084
5.3 新突破：NDIR零漂移气体传感器 089
5.4 没有标准气体的校准 093
5.5 趋于完美：自动校准NDIR气体传感器 100
5.6 展望 102

参考文献 106～108

本书第1章首先简要介绍了气体检测的必要性，以及交互式、非交互式气体传感器的各种分类。第2章介绍了红外气体传感器的有趣历史，包括一些著名的光谱学先驱，并介绍了红外气体传感器的最早实际应用。第3章是非色散红外气体传感器发展萌芽之后25年的进展，主要是本书作者之一Wong博士带领惠普公司的一个团队最终解决了医用二氧化碳监测的问题，发明了一种实用的呼吸监测仪。第4章列举了由Wong主导的一系列NDIR专利，这些专利预示着实用二氧化碳传感器的诞生，并实现了按需控制通风（DCV）。第5章是本书原著出版时的最新研究情况及展望。
本书适合气体、分析化学、应急、石油、化工、生物和医学传感器领域的高校师生以及相关科研院所、企业的研究人员、仪器工程师等人员参考学习。

Jacob Y. Wong，在普林斯顿大学完成了本科学习（学士学位，1963年），在斯坦福大学完成了红外激光研究的研究生学习（博士学位，1967年）。他于1967年—1978年就职于惠普公司。在航空航天行业短暂停留后，他总共创办了三家公司，专门从事先进非色散红外气体传感器的研发。他在2003年创办的第三家公司是Airware公司，至今仍在经营。多年来，王博士在主要科学期刊上发表了40多篇研究论文，并在全球范围内申请了100多项美国和国际专利。
Roy L. Anderson，拥有伊利诺伊卫斯理大学化学学士学位（学士学位，1979年）和乔治华盛顿大学法学博士学位（博士学位，1982年）。他从里昂律师事务所开始，并成为该事务所的合伙人，在那里他从事专利法诉讼和起诉，直到2000年他离开独自执业。1980年代中期，他开始与Wong博士合作。如今，他是Wagner，Anderson & Bright，P.C.的合伙人，他已经研究并申请了数十项与先进NDIR气体传感器有关的专利,并授权给Wong博士。