光学气体传感器 神奇的气体传感器

神奇的气体传感器

气体传感器是指将被检测的气体分子与气敏材料发生的物理或化学反应所产生的物理或化学量变化，转变为可有效测量的电信号、光信号、声信号等，从而实现对气体种类和浓度进行测量的一种传感器。

根据工作原理，气体传感器可分为直接测量敏感材料电学性能变化的电学型气体传感器和间接测量气体种类与浓度的光学型气体传感器。

电学型气体传感器包括半导体型、电化学型、催化燃烧型、石英微天平型与声表面波型，每一种的原理都不相同。比如半导体型气体传感器主要根据半导体敏感材料与气体发生反应，导致敏感材料的电子发生得失，从而改变气敏材料的电学性能，通过检测其电学性能的变化即可准确地检测气体。

间接测量型气体传感器最主要的红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系来检测气体组分并确定其浓度的气体传感装置。

随着科技的持续发展，气体传感器在安防和环境监测领域都有了广泛的应用。安防领域有装配在矿工帽矿灯上的矿灯瓦斯报警器。这种矿灯瓦斯报警器兼具了照明与瓦斯报警两种功能，主要适合小型煤矿及家庭的使用。当气敏电阻器与电位器组成气体检测电路，时基电路与其外围元件组成了多谐振荡器。当无瓦斯气体时，气敏电阻器的电阻率很小电阻值很大，电位器滑动触点的输出电压小，集成电路被强行复位振荡器而不工作，报警器亦不报警。当周围空气中有瓦斯气体时电导率会迅速增加，电阻值变的特别小，滑动触点输出的电压升高，集成电路变高电平，振荡器电路的起振扬声器即发出报警声。环境监测领域有相应的自动空气清新器，当室内空气污浊或有害气体达到一定浓度时，自动空气清新器自动产生负氧离子保持空气清新。

除此之外，气体传感器被广泛应用于生产过程监控、气体成分分析等领域，为我国的各行业发展、为万物互联提供了有力支持。

本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。

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各色特性的气体传感类型，技术优势各有千秋

电子发烧友网报道（文/李宁远）传感器作为感知周围环境的重要媒介，一直在诸多领域扮演着重要角色。和我们生活息息相关的气体传感，一直是传感器行业重要的细分领域，随着新材料，MEMS技术与电子电路技术的进步，气体传感也不断变化着。与此同时，不断发展的法规与安全标准对气体检测也提出了更严格的要求。

目前，按照技术原理气体传感器可划分为半导体气体传感器、催化燃烧气体传感器、电化学气体传感器、光学气体传感器等多种类型。在气体传感器应用中，以半导体、电化学、光学技术流派为主。

半导体气体传感的广泛测量

半导体气体传感和利用热敏电阻进行温度检测类似，是利用半导体气敏元件作为敏感元件的气体传感器，是最常见的气体传感方式，几乎占据了气体传感的半壁江山。

电阻型半导体气体传感器和其他电阻型传感一样，都是利用半导体接触气体时其阻值的改变来检测气体的成分或浓度。不过并不是所有半导体气体传感都是电阻型，非电阻型半导体气体传感器是利用半导体元件对气体的吸附和反应，使半导体的某些特性发生变化对气体进行直接或间接检测。

一般来说，电阻型半导体气体传感器通常灵敏度较高，而且体积小，响应时间和恢复时间都很快，加之该传感器类型已经发展得很成熟成本控制得很低，所以市面上这一类型的气体传感很主流。

非电阻式的主要有结型、MOSFET型、电容型这几种，其特点是对气体元素具有很强的选择性，如Pd对氢有选择性，这意味着这种类型的传感器对某一气体的检测极具针对性。非电阻式的气体传感多用在这种需要强选择性的应用上，同时它也易于使用和集成。

电化学气体传感功能趋于多样

电化学气体传感器通过催化被测气体，在电极表面发生氧化还原反应进而产生电流，所以天然的它的功耗就要比其他传感低。当然，它的普及要归因于良好的线性和不错的分辨率。线性的优势让其完成低浓度监测以及后续的校正都提供了便利，能够很好地实现定量检测。

在实际应用中电化学气体传感展现出的良好的敏感性与选择性，在多气体监测中起到了至关重要的作用。同样，此前电化学其他传感也产生了一些常为人诟病的问题，如较短的使用寿命以及对其他气体的交叉敏感问题。

不过随着传感元件技术的不断发展，这些问题现在已经解决得不错了。对目标气体进行针对性检测已经降低了很多交叉敏感困扰，当然必须承认的是，相较于其他气体传感类型，电化学气体传感在交叉敏感问题上仍然更差。

在现在集成化的趋势下，更多硬件功能更多的算法被嵌入到传感器中，多气体监测应用起来更合适。

复杂但高精光学气体传感

光学技术，自然也是气体传感中不可少的流派。利用光的吸收、散射、穿透特性，气体浓度被转化为光学信号从而直观地显示出来。光学气体传感，响应速度快、灵敏度高、精度也很高，但是相应地，不论哪种光学原理的传感，技术难度会偏高，价格也更贵，从市场份额来说也相对上面二者更低一些。

目前，主流的光学气体传感有红外吸收型、光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型。以红外为例，当气体被相同频率的红外线照射时，会发生红外线吸收，从而引起红外光强度的变化，通过测量红外强度的变化就能测量气体浓度。

这种传感，能够有效地分辨气体种类，抗干扰能力很强，能够很准确地测定气体的浓度。现在光学类气体传感发展得很快，随着工艺技术的进步，其成本会逐步下探，高精度的优势也会在更多应用中被利用起来。

小结

对于不同的应用场景，根据不同类型传感特性选择合适的气体传感才能更好地实现检测。此外从整个气体传感行业的发展来看，微型化和低功耗是很明朗的行业发展趋势，如何尽可能将更多的功能集成进传感中也是做出差异化的关键点。

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