二氧化碳传感器通常是利用红外辐射的方式进行测量，由于二氧化碳对2.7、4.35和14.5波段处红外线有强烈的吸收，并且考虑到2.7和14.5两个吸收带都易受到水汽吸收的影响，因此通常选择4.35处吸收带对二氧化碳进行检测。
测量时，使被测的大气联系地流过样品室，参比室里充满没有二氧化碳的大气或含有一定量二氧化碳的大气。从光源发出的红外辐射分成两束，被反射镜反射后，分别经过样品室和参比室，再经过反射镜系统投射到红外检测元件上。检测元件的前面是一块滤光片，只让中心波长为4.35的一个窄波段的红外辐射通过。因此，检测元件所测量的仅是4.35这个窄波段的辐射通量。实际上，由于调制，检测元件是交替接受通过样品室和参比室的辐射。
如果参比室没有二氧化碳，流过样品室的气体也没有二氧化碳，调节仪器使得两束辐射完全相等，那么检测元件所接收到的就是通量恒定不变的辐射。这时，检测元件就只有直流响应，接在检测元件后的交流选频放大器的输出就是零。如果进入样品室的气体含有二氧化碳气体，对4.35的辐射就有吸收，那么两束辐射的通量不等，这时放大器的输出信号就不再为零。经过标定，就可以从二氧化碳传感器的输出信号的大小，来推测二氧化碳的含量。
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