眾所周知，基于紅外非色散原理（NDIR）制作的紅外氣體傳感器可能存在背景氣體交叉干擾。你了解其中原因嗎？你了解了其一你還了解潛伏極深的其二嗎？下面帶你去了解你未必知道的鬼魅型紅外氣體分析交叉干擾。
1. 常規紅外氣體交叉干擾
對于紅外氣體分析交叉干擾最直接的解釋是因為中遠紅外窄帶濾光片的半寬造成的，這種濾光片的半寬一般達到90nm或180nm，這個范圍可能有多種氣體具有吸收作用，因此造成互相干擾。
如圖1、圖2所示分別為CO2與CH4在2200~2450cm-1（即波長4~4.5um）之間的吸收強度，CO2的最高吸收強度為3.5*e-18左右，而在這段范圍內還存在的甲烷的吸收，最高強度小于4*e-22，吸收強度大約相差4個數量級左右。
按此推算，同等光程下，大約1%的甲烷對光能的吸收作用相當于1ppm的二氧化碳吸收信號，即1%的甲烷可以造成二氧化碳約1ppm的誤差。這個粗略計算的數據與我們研制的天然氣專用CO2紅外NDIR檢測模塊（量程0~100ppm）的試驗數據接近。
圖1 CO2氣體在4~4.5um的吸收譜線
圖2 CH4氣體在4~4.5um的吸收譜線
這種直接的吸收線干擾是最容易理解的，也是我們說的常規紅外氣體交叉干擾原因。其他干擾包括H2O對CH4的干擾、CO2與CO之間的干擾等等，對于紅外NDIR原理的使用需要對交叉干擾進行精心設計與分析。
然而，交叉干擾的原因只有這一個嗎？當然不是。
2. 鬼魅型紅外氣體交叉干擾
我們再來看看CO2對CH4的干擾。也即在類似沼氣的測量過程中會發生什么樣的交叉干擾呢？如圖3、圖4為CO2和CH4在2900~3100cm-1（即波長3.22~3.45um）之間的吸收譜線，紅外CH4模塊就是使用的這一波段。
圖3 CO2氣體在3.22~3.45um的吸收譜線
圖4 CH4氣體在3.22~3.45um的吸收譜線
從圖中可以看出，相同濃度等級的CO2應不會對CH4產生干擾。我們來看實驗。
以下為我們研制的低成本紅外小模塊進行的測試實驗。試驗模塊為甲烷傳感器，量程0~100%，
測試前已經經過校準，線性誤差小于1%。試驗一：將高純CO2氣體通入量程為0~100%的6支CH4傳感器，結果如表1所示。
表1 在5個甲烷模塊中通入100%CO2的結果
從結果看，單純的CO2對甲烷傳感器并沒有顯著的干擾。
試驗二：將20%、50%、80%的CH4氣體（背景氣為CO2）分別通入CH4傳感器，測試交叉干擾，結果如表2所示。
表2 不同濃度甲烷通入甲烷模塊測量結果
（平衡氣CO2）
神奇的現象出現了，高純CO2未對甲烷模塊產生干擾，但CO2與甲烷的混合氣體對結果產生了明顯干擾，而且三個標準氣體中，當CO2濃度為50%時產生的干擾大于CO2背景為80%和20%時產生的干擾。為了防止由于模塊本身的問題造成的影響，我們還利用了某國外品牌傳感器進行了相同試驗，也出現了類似的交叉干擾。也就是說這個干擾確實存在。
在發現該問題的初期，為了尋找原因，我們咨詢了多位業內進行光譜研究的學者，也翻閱了一些理論書籍。
綜合起來，一個可能的原因是不同的氣體混合，由于分子之間的碰撞等原因，會對氣體吸收譜線的展寬等造成影響，即影響了吸收譜線本身的吸收強度。我們在進行激光吸收光譜（TDLAS）的露點傳感器開發時也遇到了類似問題，同樣的露點在氧氣背景和氮氣背景中的吸收強度完全不一樣，有時間后面與大家一起分享這個現象。
3.解決方法
對于常規的交叉干擾可以采用
增加濾波氣室、采用更窄半寬的濾光片等辦法減小干擾，也可以采用對背景氣進行測量，然后進行補償的辦法進行交叉干擾消除。筆者的天然氣專用CO2氣體分析模塊就是采用最后一種方法消除交叉干擾，也可以達到較理想的效果。
對于第二種原因造成的交叉干擾，以上方法均無法解決，
需要根據具體的使用工況進行精心的帶背景氣標定，以克服這種干擾。同時，如果使用過程中如果對這類原因沒有認知，可能有時存在檢測誤差也不一定能及時發現。
