光谱吸收式的气体传感器时分复用系统

光谱吸收式的气体传感器时分复用系统林程远;王琢;曹家年【摘要】在基于可调谐二极管激光器吸收光谱学(TDLAS)技术的多点气体监测系统中,所需的激光器造价昂贵,使用多路气室共用一套光源与光探测器的复用技术可以降低单个测量点的造价.在此利用了一种灵活的新型拓扑结构,解决了传统拓扑结构中由于布局光纤造成的光信号延时而给信号采样带来的麻烦.并且给出了一套数字化的基于TDLAS技术的时分复用检测方案,并将数字正交锁相放大技术应用在时分复用检测系统中的谐波提取,消除了各路检测信号中相位对气体浓度检测的影响,得到更加高效的信号处理方案.基于Matlab的4路时分复用气体检测仿真系统验证了理论方案的可行性.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2011(038)002【总页数】5页(P13-17)【关键词】光谱吸收;光纤传感器;时分复用;拓扑结构【作者】林程远;王琢;曹家年【作者单位】哈尔滨工程大学,信息与通信工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,信息与通信工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,信息与通信工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TN247近年来，可调谐半导体激光吸收光谱（tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS）技术引起了广泛的研究，它与波长调制光谱（wavelength modulation spectroscopy，WMS）技术及谐波检测技术相结合，是一种高灵敏度、高选择性、快速非接触测量的气体检测技术［1］;然而，由于相关的关键器件成本太高，难以应用在大范围的气体监测场所得到应用，如煤矿、燃气电厂等［2］.在一套光纤气体吸收谱检测系统中，最昂贵的部件莫过于激光光源，其次是光探测器和信号处理系统.尽管目前激光光源的发展很快，但是由于气体光谱检测的特殊要求（波长可调、线宽窄），因此适用于气体传感的激光光源成本近期内很难有大幅度的下降［3］.多个气室共用可调谐激光器与探测器的复用方式可以大大降低单个气体检测点的造价.目前国内关于TDLAS复用技术的研究多数是针对空分复用［4］.相对空分复用来说，共用单个激光器与探测器，配合单路光开关的时分复用（time division multiplex，TDM）方式是更简单高效的方案.文中对基于TDLAS检测技术的光纤气体检测时分复用系统进行了研究，引入了一种新型的拓扑结构及数字化解决方案.1 传感基本原理每一种气体都有特定的吸收谱，其吸收强度与该气体的浓度有关，光源发出的光通过含有一定浓度气体的探测气室，通过测量光的吸收强度就可测量气体的浓度［5］.根据比尔定律，对痕量气体的检测来说，当满足条件α（v）CL1，通过气室后输出光强为式中:I in为入射光强，单位为mW;I out为输出光强，单位也为mW;α（v）为待测气体吸收系数，单位为cm－1;C为气体浓度，L为待测气体吸收气室长度，单位为cm.通过对光源的注入电流进行正弦波凋制，光源频率和输出光强也受到相应的调制，过程如下:式中:υD为直流偏置状态下对应波长，δυ为正弦波调制幅度，ω对应调制的正弦波频率f.在一个标准大气压下，碰撞展宽占优势，可以用洛伦兹线型来拟合甲烷吸收线型，所以调制后的吸收系数为［6］式中:αo和υo是气体吸收线中心处的吸收系数和波数，γ为甲烷气体吸收线半宽.吸收系数α（υ）展开成偶次傅立叶级数，有式中 A0、A2、A4为傅里叶系数.将式（3）、（5）带入式（1），有从I out提取的一次谐波幅值为式（7）中右边第1项为直流成分，第2项为与浓度成线性关系的成分，且二者均正比于光强信号.根据一次谐波包络的对称性，一次谐波的平均值即为直流信号，根据一次谐波信号的幅值和平均值的比值确定气体浓度，即可消去光强的变化对检测信号的影响.2 TDM原理用光开关调制激光器发出的光信号.光开关信号P（t）的周期为T，脉宽为τ.激光器发出的光I in经过光开关作用后为光脉冲信号S:光脉冲信号S输入到由N个气室组成的阵列，各气室之间连有一定长度的光纤延迟线，使相邻两路的光信号延时ΔT.脉冲时序图如图1所示.图1 TDM时序设由于光传输第j路通道信号的延迟为（j－1）×ΔT，则第j路通道得到的气体吸收后的光强信息为 Sj=S（t+（j－1）ΔT）/N.只要满足ΔT≥τ且T≥NΔT，从各气室返回的光脉冲在输出光纤总线上就不会混叠，得到的总信号为光信号S∑经光探测器转换为电信号，进行时分解调，然后分别提取各路信号的一次谐波信号，从而检测出各路气室的浓度信息.3 系统设计3.1 拓扑结构设计拓扑结构中各气室之间的光纤一方面给光信号提供了延迟，另一方面需满足监测现场设备布局中各通道间的实际距离要求［7］.在复杂的气体监测现场中，如煤矿、燃气电厂，相邻2个监测点之间的距离因环境要求不同，要求相邻的布局光纤从几米到几十米甚至上百米，长短不一.对于以往的梯形拓扑结构，如图2所示，布局光纤也起到了一定的延迟作用，当监测点较多时，布局光纤的延迟作用积累，使光脉冲的时间偏差较大，使检测信号的采样频率不与之匹配，无法正确采样.本文针对这一矛盾，提出了新型的拓扑结构，如图3所示.图2 梯形拓扑结构图3 新型拓扑结构这2种拓扑结构中第j个耦合器的分光比都为Cj=1/（N－j+1），但布局有些不同.新型结构中相邻气室间的上、下行通道含有相同长度的光纤布局线，并且上行通道比下行通道多出一定长度的光纤延迟线.这样，到达探测器的各路信号经过相同长度的布局线和不同长度的延迟线，消除了光纤布局线对光信号延迟的影响.从而可以通过确定光纤延迟线的长度，而确定光脉冲之间的间隔，使系统可以对检测信号进行有效采样.3.2 信号解调与处理对于基于TDLAS的时分解调，引入数字化处理方式会带来很多方便.数字乘法器和数字滤波器在动态范围、线性失真、噪声方面的性能已远优于模拟器件，并且数字器件几乎可以彻底消除零点漂移［8］.3.2.1 数字解决方案这里给出一套数字化处理方案，其框图如图4所示.由前述光域处理方法得到探测器输出电信号为S'∑，经过前置放大达到相关电子器件的检测门限后，通过电子开关将各路脉冲信号从叠加的脉冲串中分时解调出来.图4 数字处理方案设电子开关产生的脉冲函数D（t），周期为T，其同步于光脉冲函数P（t），脉冲宽度至少要大于τ，并有一定的延迟.第j路的解调脉冲为则解调后第j路的信号为将模拟量信号S'j经多路AD采样得到数字量，并将各路的数据存到数字处理芯片内，然后分别进行正交锁相放大处理得到一次谐波的幅值信息，最后进行浓度计算.3.2.2 数字正交锁相放大在多路检测系统中，各路光信号经过的光通路不同，势必会导致各路光信号到达探测器时相位不同.在以往的锁相提取方法中，对每路信号提取时都需要进行不同的相位延迟以消除谐波信号与参考信号的相位差［9］，引用正交锁相放大技术可以在任意相位差的情况下确定被测信号的幅度信息，这也是引入数字化解决方式的一大优势.数字正交锁相放大原理图如图5所示，设时分解调后第j路的信号S'经过AD采样结果为式中:φj为第j路调制信号与参考信号间的相位差;f m为已知信号的调制频率;f s为采样频率;Aj为一次谐波的幅度信息;dcj是待测信号存在的直流成分.图5 正交数字锁相放大通过计算得到一组正、余弦参考信号的离散值sin（2πfm n/f s）和 cos（2πf mn/f s），将这些数据存储在数字信号处理器中.各路采样得到的离散测量信号Rj ［n］分别乘以离散的参考正、余弦参考信号，得到信号 Ij［n］和 Qj［n］.将 Ij［n］和 Qj［n］信号经过数字低通滤波器滤除高频成分，得到 Xj［n］和 Yj ［n］信号［9］.则被测信号的幅度Aj可以由正交信号确定:由上式可知，对于各光通路不同的相位差φj，通过正交锁相放大都可以提取出其一次谐波信号的幅值，即消除了各路检测信号中相位对气体浓度检测的影响.可见，将数字正交锁相放大技术应用到时分复用检测系统中会带来很多方便.4 实验仿真与分析根据TDLAS原理以及上述时分复用系统理论，利用Matlab建立4路时分复用甲烷气体检测仿真系统.采用80 Hz低频三角波和20 kHz余弦信号叠加，共同调制激光器的注入电流.激光器带宽为30 MHz，对应谱线宽度为2.735 ×10－4 nm，激光器发射中心波长为1 653.7 nm，光强取0.3 mW，气室长度为L=10 cm.光开关采用频率为200 kHz的脉冲信号，占空比为10%，相邻两路之间的信号延迟为1.25μs.仿真中模拟实际AD采样过程，设AD采集输入电压范围为0～2.5 V，分辨率为12 bit，对各路气体吸收信号进行采样并将数据量化为0～4 095的整数. 在各气室装有不同浓度气体的情况下进行多次仿真，1～4路气室气体浓度分别取1 000×10－6、2 000 ×10－6、3 000 × 10－6、4 000 × 10－6，得到一次谐波幅值分别如图6所示.各路峰峰值之比为1∶2∶3∶4，与对应气体浓度比例相同. 变换各气室气体浓度进行多次仿真，得到各气室在不同气体浓度下的一次谐波峰峰值，做数据处理后得到检测值.图7是时分复用仿真系统实验检测出的浓度值X与实验浓度代入值C的关系曲线，取第1、3路仿真结果分别如图中（a）、（b）所示.图6 各气室不同浓度下的一次谐波波形图7 1、3路实验检测值与真实值对应关系从实验结果可知，甲烷气体浓度检测值与真实值呈现出非常好的线性度，证明了时分复用甲烷气体检测系统的可行性.5 结束语设计了一种新型的拓扑结构，可以解决传统拓扑结构中由于布局光纤对光信号的延迟而给信号采样带来的麻烦.给出了一套基于TDLAS技术的时分复用数字化检测方案，并利用数字正交锁相放大技术，消除了各路检测信号中相位对气体浓度检测的影响，使系统更方便、高效.理论分析和仿真结果表明，主要提出的数字化时分复用检测方案是可行的，对基于TDLAS时分复用技术的多点气体传感器的应用有一定的参考价值.参考文献:［1］邓广福.基于可调谐激光光谱的矿井瓦斯气体传感系统的研究［D］.长春:吉林大学.2008.［2］DAKIN JP，WADECA，PINCHBECK D，etal.A noveloptical fibre methane sensor［J］.Journal of Optical Sensors，1987，2:261-267. ［3］张记龙，阎鹤，王志斌，等.矿井甲烷浓度光纤监测网络及其关键技术研究［J］.仪器仪表学报，2008，29（4）:1-2.［4］吴晓军，王鹏.基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯光纤传感网络［J］.光谱学与光谱分析，2009，29（9）:1-2.［5］周游.基于光谱吸收式的光纤甲烷气体传感系统［D］.成都:电子科技大学光电信息学院.2008:7-12.［6］叶险峰，汤伟中.CH4气体光纤传感器的研究［J］.半导体光电，2000，21（3）:218-220.［7］KERSEY A D，DANDRIDGE A，DAVISA R，et al.64-element time-division multiplexed interferometric sensor array with EDFA telemetry［C］//OFC＇96.San Jose，CA，1996:270-271.［8］徐以涛，程云鹏.数字信号处理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2009:76-79.［9］杨蕊.数字化光纤气体检测系统方案研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，2010.。

气体浓度传感器的工作原理气体浓度传感器是一种用于测量气体浓度的装置。

它可以广泛应用于工业、环保、医疗和航空等领域，用于检测各种气体浓度的变化，以实现自动控制和报警功能。

本文将介绍气体浓度传感器的工作原理。

一、传感技术目前常见的气体浓度传感器主要有光学传感器、电化学传感器和半导体传感器等。

不同类型的传感器原理稍有不同，但基本思想是通过感受气体与特定材料之间的相互作用来测量气体浓度。

1. 光学传感器光学传感器是利用光的吸收、散射和透射等特性来测量气体浓度的一种传感器。

它通常由光源、选择性吸收介质和光电探测器组成。

当气体通过选择性吸收介质时，气体分子将吸收可见光或红外光的特定波长，此时光电探测器将感知到光信号的变化，进而测量出气体浓度的变化。

2. 电化学传感器电化学传感器是利用气体分子与电极表面之间的电化学反应来测量气体浓度的一种传感器。

它主要由工作电极、参比电极和电解质等组成。

当气体通过传感器时，与工作电极发生化学反应，从而改变电极上的电荷状态，进而测量出气体浓度的变化。

电化学传感器具有高灵敏度和稳定性的优点，广泛应用于气体监测领域。

3. 半导体传感器半导体传感器是利用气体与半导体材料之间的相互作用来测量气体浓度的一种传感器。

它通常由敏感材料、热电致敏、电极和电路等组成。

当气体与敏感材料接触时，它会改变敏感材料的导电性质，从而引起电路中的电流或电压变化，进而测量出气体浓度的变化。

半导体传感器具有体积小、响应速度快和成本低等优点，被广泛应用于可穿戴设备和环境监测等领域。

二、工作原理气体浓度传感器的工作原理可以简述为：感受气体与传感器之间的相互作用，并将作用的变化转化为电信号输出。

对于光学传感器，当气体通过传感器时，气体分子与选择性吸收介质之间发生相互作用，吸收特定波长的光，从而改变光电探测器的信号输出。

对于电化学传感器，当气体通过传感器时，气体分子与工作电极之间发生化学反应，改变电极的电荷状态，从而引起电路中的电流或电压变化。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1696662A [43]公开日2005年11月16日[21]申请号200510026598.2[22]申请日2005.06.09[21]申请号200510026598.2[71]申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号[72]发明人顾江华 曹庄琪 陈洸 沈启舜 邓晓旭 [74]专利代理机构上海交达专利事务所代理人王锡麟 王桂忠[51]Int.CI 7G01N 21/64G01N 21/01权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页[54]发明名称光波导吸收式气体传感器及测量系统[57]摘要一种用于精密分析与测量仪器领域的基于自由空间耦合的光波导吸收式气体传感器及测量系统。

传感器包括：上层金属膜、上层光学玻璃片、气室、下层金属膜、下层光学玻璃片、垫块、平台、螺旋测微计。

测量系统包括：光波导吸收式气体传感器、激发光源部分与光信号探测与处理部分，激发光源部分以及光信号探测与处理部分固定于光波导吸收式气体传感器的同侧，并保证各部分中心高度相等，金属膜沉积在玻璃片上，玻璃片依次放在平台上并用螺旋测微计通过垫块抵紧。

激光源通过光学小孔和透镜后以一定会聚角射入传感器形成导波，用光电二极管阵列探测出射光强度变化情况以感知气室中气体成分的变化。

本发明结构简单，成本低，灵敏度高，易于集成。

200510026598.2权 利 要 求 书第1/2页 1、一种基于自由空间耦合的光波导气体传感器，包括：上层金属薄膜(4)、上层光学玻璃片(5)、气室(6)、下层金属薄膜(7)、下层光学玻璃片(8)、进气口(9)、出气口(10)、垫块(11)、平台(12)、螺旋测微计(13)，其特征在于，上层金属薄膜(4)沉积在上层光学玻璃片(5)上，并朝向外侧；下层金属膜(7)沉积在下层玻璃片(8)上，并朝向内侧，两玻璃片之间放置中空的带有两个小孔的垫片，两小孔分别用作进气口(9)和出气口(10)，中空部分形成气室(6)，各部分按照上层金属薄膜(4)、上层光学玻璃片(5)、气室(6)、下层金属薄膜(7)、下层光学玻璃片(8)、垫块(11)的顺序依次放在平台(12)上，并用与平台(12)连结在一起的螺旋测微计(13)抵紧，上层金属薄膜(4)、上层光学玻璃片(5)、气室(6)、下层金属薄膜(7)构成双面金属包覆波导结构，其中上层光学玻璃片(5)与气室(6)为导波层。

中科院半导体所科技成果——基于TDLAS技术的气体传感器项目成熟阶段生长期项目来源公益行业（气象）专项资金成果简介基于可调谐二极管激光器吸收光谱技术（TDLAS）的气体传感器，是结合光电子学，光谱学，以及微弱信号处理等高新技术的气体传感器系统。

该设备与传统的气体传感器装置（电化学法，气象色谱法，吸附法）相比具有更高的灵敏度，更精确的测量数据，更快的响应速度，以及在线实时测量等特点。

通过内建程序及显示屏，可以实时显示当前的待测气体浓度，以及各测量量随时间变化的曲线。

标准的RS232通信接口可以方便的向上位机传输实时测量数据。

通过光纤和电缆的延伸，可以进行远端在线测试。

通过可更换的气室选择，完成不同环境下的测试任务。

并且我们可以根据客户的要求进行定制气体（H2O、NO、CH4、HF）的测试。

技术特点基于可调谐二极管激光吸收光谱技术，通过向待测气体发射特定波长的激光，并对穿过气体的激光信号进行解调，分析气体的组分和浓度。

利用光吸收技术进行气体浓度测试，不会对气体组分造成影响，并且响应速度很快，可以进行实时监测及数据采集。

通过延长的光纤和电缆，可以将传感器深入到人身无法达到的地方及环境，进行远程测试。

专利情况多项专利技术申请中，其中已授权1项。

市场分析根据我们目前的调研情况，目前能够很容易检测的气体包括H2O、NH3、NO、HF、HBr、HI、CH4，其中H2O和HF的检测灵敏度可以高达100个ppb，是目前同类型传感器中灵敏度最高的检测手段。

上述气体都是化工生产、气象监测、特种气体测量（如SF6中的水汽测量、矿井的瓦斯监测等），因此该类传感器具有非常广阔的应用前景。

另外，目前国家在环境监控非常重视，其中一些危险气体的检测缺乏体积小、灵敏度高、响应时间快的传感器技术，因此该技术还能在国家安全和环境控制方面发挥重要的作用。

合作方式技术入股产业化所需条件企业提供厂房、基础建设、资金、可靠性试验设备、人员配合。

专利名称：基于时分复用的单光子探测系统
专利类型：发明专利
发明人：文柯,周金荣,肖云,刘剑,费礼,陈思井,万梓傲,宫鹏飞,江桂英
申请号：CN201910664815.2
申请日：20190723
公开号：CN110572218A
公开日：
20191213
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于时分复用的单光子探测系统，包括调制模块、多个单光子探测器和控制电路；所述控制电路用于，产生至少一路控制信号并发送给所述调制模块；所述调制模块用于，根据所述至少一路控制信号，控制在所述第一单光子探测器的工作时间内输入的入射光信号从第一传输通道输出；控制在所述第一单光子探测器的死时间段内输入的入射光信号从第二传输通道输出；所述单光子探测器用于，将对应的所述传输通道输出的入射光信号转换为电信号。

本发明提供的单光子探测系统可以在各个基于雪崩光电二极管的单光子探测器的死时间内采用其它单光子探测器对光子进行探测，实现在整个单光子探测系统中无死时间，从而提高光子信息的传输速率。

申请人：武汉船舶通信研究所(中国船舶重工集团公司第七二二研究所)
地址：430205 湖北省武汉市江夏区藏龙岛开发区藏龙大道3号
国籍：CN
代理机构：北京三高永信知识产权代理有限责任公司
代理人：羊淑梅
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光学气体传感器是一种利用光学原理来检测环境中特定气体浓度的传感器。

其工作原理通常基于吸收光谱或散射光谱的变化。

下面介绍两种常见的光学气体传感器检测原理：
1.吸收光谱原理：
在吸收光谱原理中，传感器使用特定波长的光源通过待测气体进行照射。

目标气体分子会吸收特定波长的光，导致光强度的减弱。

通过测量被吸收的光的强度变化，可以确定气体的浓度。

这种技术通常使用红外（IR）光谱或紫外-可见（UV-VIS）光谱。

2.散射光谱原理：
在散射光谱原理中，传感器使用特定波长的光源照射待测气体。

目标气体分子与光发生散射，产生散射光。

通过测量散射光的强度和角度分布，可以确定气体的浓度。

这种技术通常使用拉曼光谱或激光散射光谱。

无论是吸收光谱还是散射光谱原理，传感器通常包括光源、光学透过系统、气体样品室和光检测器。

光学透过系统用于引导光线通过气体样品以及将散射或吸收的光转化为电信号。

光检测器则将光信号转换为电信号进行测量和分析。

要实现特定气体的检测，传感器需要根据目标气体的吸收或散射特性选择合适的光源波长，并校准传感器以确定与气体浓度的关系。

此外，温度、湿度等环境因素也会对光学气体传感器的性能产生影响，因此在应用中需要进行合适的补偿和校准。

总体而言，光学气体传感器通过测量气体对特定波长光的吸收或散射来实现快速、灵敏和可靠的气体浓度检测。

这种传感器通常用于环境监测、工业安全、空气质量检测和气体流程控制等领域。

ndir气体传感原理气体传感器是一种用于检测环境中气体浓度的设备。

它可以应用于工业、环保、安全等领域，广泛用于检测有害气体浓度，保护人们的生命和财产安全。

其中，非分散式红外气体传感器（Non-dispersive Infrared Gas Sensor，简称ndir）是一种常用的气体传感器类型。

ndir气体传感器的工作原理是基于红外吸收光谱技术。

气体分子在特定波长的红外光照射下会吸收光能，吸收光的量与气体浓度成正比。

ndir传感器通过发射特定波长的红外光，并测量通过气体样品后光的强度变化，从而间接地得到气体浓度信息。

具体来说，ndir气体传感器由光源、样品室、红外滤波器、光敏探测器和信号处理电路等组成。

光源发射特定波长的红外光，经过样品室中的气体样本后，红外光会被样品中的气体分子吸收。

未被吸收的光通过红外滤波器进入光敏探测器，光敏探测器将光信号转换为电信号，并经过信号处理电路进行放大和滤波。

最终，传感器输出的电信号与气体浓度成正比。

由于不同气体在不同波长的红外光下吸收特性不同，因此，ndir气体传感器需要根据待检测气体的吸收特性选择合适的红外光波长。

常见的待检测气体包括二氧化碳、一氧化碳、甲烷等。

对于二氧化碳传感器，通常采用4.26μm波长的红外光进行检测，而一氧化碳传感器则常采用4.6μm波长的红外光。

ndir气体传感器具有许多优点。

首先，它具有高灵敏度和高选择性，能够准确测量低浓度的气体。

其次，由于采用了非分散式红外光吸收技术，ndir传感器对湿度和温度的影响较小，能够在较广的工作环境下稳定工作。

此外，ndir传感器响应速度快，可以实时检测气体浓度变化。

最重要的是，ndir传感器具有较长的使用寿命和较低的功耗，节约能源，降低维护成本。

然而，ndir气体传感器也存在一些局限性。

首先，由于采用了红外光源和红外滤波器，ndir传感器的制造成本较高。

其次，ndir传感器对于不同气体需要选择不同波长的红外光，因此在多气体检测时需要采用多个传感器或者切换滤光片，增加了系统复杂性和成本。

光学式气体传感器原理及应用光学式气体传感器是一种利用光学原理来测量气体浓度的传感器。

它通过检测目标气体与光的相互作用来实现气体浓度的测量。

光学式气体传感器具有快速响应、高精度、低功耗以及无需采样和处理的特点，因此在环境监测、工业生产和燃气安全等领域有广泛的应用。

光学式气体传感器的工作原理是利用气体吸收特定波长的光的能力来测量气体浓度。

一般来说，它由光源、传感器和信号处理模块组成。

光源通常是发光二极管（LED）或激光二极管（LD），它会发射出特定波长的光。

当光经过气体样品时，会与气体发生相互作用。

根据气体的不同性质，它们会对特定波长的光产生不同的吸收强度。

传感器会收集被吸收的光，并将之转换为电信号。

最后，信号处理模块会根据电信号的变化来计算出气体浓度。

光学式气体传感器的应用非常广泛。

其中最常见的是环境污染监测。

光学式气体传感器可以用来测量大气中的有害气体（如二氧化硫、一氧化碳等）的浓度，帮助人们了解大气污染的程度。

另外，生活中的燃气安全也是光学式气体传感器的一个重要应用领域。

通过监测室内燃气的浓度，光学式气体传感器可以及时发现燃气泄漏，避免燃气事故的发生。

此外，光学式气体传感器还可以应用于工业生产中的气体检测。

例如，在化工生产过程中，通过监测有害气体的浓度，可以保障工作人员的安全。

与其他传感器相比，光学式气体传感器具有一定的优势。

首先，光学式传感器采用非接触式检测方式，不需要将气体采样到传感器中，因此光学式气体传感器的响应时间非常快。

其次，由于光学传感器测量原理的特殊性，它对气体浓度的测量精度很高。

最后，光学传感器的功耗较低，非常适合应用于一些电池供电的场合。

然而，光学式气体传感器也存在一些局限性。

首先，光学传感器测量的气体必须具有明确的吸收特性，否则无法实现测量。

其次，光学传感器对环境的要求较高，例如温度、湿度等因素都可能影响传感器的工作。

最后，光学传感器通常只适用于单一气体的测量，如果需要测量多种气体，就需要使用多个传感器，增加了成本和复杂度。