2.7 光學檢測元件工作原理
目前光學檢測元件基本都采用的是國外進口檢測元件（以英國E2V公司生產的IR12GJ為例），其元件都采用的是雙探測器、單光源、雙光路、折疊式氣室，此種設計大大增加了光路長度，減少了檢測元件的體積，其光路模型。
鎢絲通電後發出紅外光，光路經過折疊通過氣室，在經過兩個濾光片分別濾出3.9μm和3.39μm的參照光（虛線）和測量光（實線），照射在兩個鉭酸鋰熱電探測器上。這種設計可使紅外光線多次經過氣室，相當於增大了氣室的路徑，可以提高檢測精度和靈敏度，同時也減小了傳感器的體積。這兩個鉭酸鋰熱電探測器，一個稱為“參考端”探測器1，另一個稱為“測量端”探測器2。那麼，到達“測量端”探測器的3.39μm波長的紅外光經過甲烷氣體後有明顯的吸收現象，而到達“參考端”探測器的3.9μm波長的紅外光基本無變化。
在兩個鉭酸鋰熱電探測器表麵上熱量的變化轉換為引腳上的電壓信號，由於參考光和測量光是在同一個環境下工作，取兩者的電位差進行比較即可得到待測的濃度值。當光輻射通過甲烷氣體時，從測量端引腳輸出的電壓峰峰值幅度比從參考端輸出的小。通過研究探測器輸出電壓信號峰峰值的比值，就可以知道周圍目標氣體濃度的變化。為此定義吸收百分比Fa：
Fa=1-
式中：S1、S2分別為測量端和參考端的輸出信號電壓峰峰值；其中R定義為：
R=
式中：s'1和s'2為沒有甲烷氣體時探測器1（測量端）和探測器2（參考端）各自輸出電壓的峰峰值，例如在校準時使用的氣體是100%體積的N2（氮氣的容積占氣瓶容積的100%，即氣瓶內為純氮氣），不含瓦斯氣體。
根據朗伯-比爾定律，兩路信號都與當前光強成正比，假設兩個通道的比例因子分別為k1和k2。對於氣體測量信號：GAS∝k1I0e，對於參考信號：REF∝K2I0。由於光強I0很難準確測量，為了消除光強因子的影響，對測量信號GAS和參考信號REF求比值，從而消除了光源的影響，提高了測量的準確性。
由甲烷檢測元件工作原理可以得出，檢測元件對甲烷濃度檢測範圍不受限製，隻要內部光源的光強度足夠，其光被甲烷吸收後能夠被探測器采集就能實現對甲烷濃度的測量，所以紅外瓦斯傳感器能夠實現0-100%CH4的測量。
2.8 電氣部分工作原理
電氣部分工作原理即整個傳感器的工作原理：首先由單片機產生4Hz、50%占空比的方波信號加載到鎢絲上，調製鎢絲使其發出一定頻率的探測光，該探測光經過被測氣體區域後被加有對應不同波長濾光片的光電探測器接收並進行光電轉換，轉換來的信號經放大電路放大後送至單片機進行A/D采樣、轉換、計算，同時測量的溫度信號也被傳送到單片機，經過濾波、計算、溫度補償等相關處理，最後由顯示模塊顯示出瓦斯的濃度測量值。
2.9 環境溫度影響
環境溫度直接影響著紅外光源的輻射強度、紅外探測器件的響應度、信號處理前端電路中分離元件（如耦合電容）的特性等方麵。溫度影響具體表現為：在無甲烷氣體時零點值會隨溫度的升高而增加；線性度的測量值也會隨溫度的升高而增加。因此，在數據處理上，相應的零點和線性都需要做單獨的溫度補償。
通過傳感器整機做溫度補償，將檢測元件溫度影響和硬件電路部分器件的溫度影響一起進行溫度補償。根據零點和線性的溫度補償流程進行溫度實驗，並通過計算公式計算得到溫度補償的各項參數。另外溫度實驗數據也可直接輸入到廠家提供的軟件中進行反算得到溫度補償的各項參數，並可根據軟件進行仿真出溫度補償的效果。
通過對紅外瓦斯傳感器進行溫度補償，其整個線性段內其精度可以達到0-1.00%CH4時±0.06，而在1.00%-100%CH4內測量精度滿足測量值的±6%。其測量精度遠高於催化瓦斯傳感器的測量精度。
3.各類型瓦斯傳感器特性對比分析
根據對紅外瓦斯傳感器濃度檢測工作原理的詳細分析和特性總結，並結合其它各檢測原理特性做一綜合對比，其對比表見表3.1。
表3.1 各類瓦斯傳感器特性對比表
催化燃燒型熱導型紅外吸收型光幹涉型