一般來說，傳感器的設計簡單明了，通常可以在功率，測量時間或傳感器尺寸方面實現更好的性能。但是，新的核心技術可能會改變基本原理，例如，當高效LED代替燈泡時，光學氣體傳感技術中正在發生這種情況。使用高效LED技術時，一個問題是傳感器消耗的功率更多。要理解這一點，我們必須深入研究與傳感器設計相關的基本物理原理。

　　光學氣體傳感技術簡介

　　非色散紅外（NDIR）氣體傳感已廣泛應用于氣體傳感中，它堅固，可靠且具有成本效益。它還提供了免維護操作，已成為工業和消費類應用的主要選擇。

　　例如，NDIR氣體傳感屬于傳感器技術系列。它的工作原理是將能量轉換為物理信號，然后信號受到傳感器的影響，然后被檢測器檢測到。使用NDIR氣體感測，紅外光穿過氣體，并由窄帶檢測器感測，該檢測器經過調整以匹配氣體的吸收波長。

　　在這種情況下，能量被轉換為光，然后與氣體濃度成比例地被目標氣體吸收。最后，光電探測器測量剩余的光量。該方法涉及許多工程問題，例如提供穩定的光路。可以根據比爾-朗伯定律調整光路的長度，以適應測量范圍。較長的光路往往會提供更高的分辨率，但會飽和。度是價格。

　　另外，必須仔細選擇干涉濾光片，以最大程度地提高對目標氣體的靈敏度。它必須能夠抑制對其他氣體的交叉敏感性，并使溫度變化和老化最小化。必須精心設計電驅動器，以利用AD轉換器的容量。

　　通常，光源以約100毫秒的接通時間進行切換，以補償熱漂移以及來自環境光和電信號的干擾。當光源關閉時，從檢測器信號中減去檢測器信號以獲得要檢測的信號。選擇100ms的時間段是因為它可以完美地抑制50Hz和60Hz頻帶內的干擾，并且與白熾燈和紅外熱探測器（如熱電堆和熱電探測器）相對較慢的時間常數兼容。這種將能量轉換為信號的傳感器在檢測到目標時會受到目標的影響，并且在低功耗優化方面存在一些不直觀的功能。節省功率時，信噪比SNR最終會引起問題，并確定檢測極限（檢測達到的最大距離）。

　　SNR是轉換為分辨率的屬性。靈敏度由頻譜決定，通常在不犧牲測量范圍的情況下無法調整以節省功率。占空比是優化低功耗時要調整的第一個參數。因為它是按平方根縮放的，所以它是一種在不損失過多分辨率的情況下降低功耗的強大工具。假設您將燈泡的開啟時間從每秒100ms（占空比=10％）調整為每10秒100ms（占空比=1％），則可以以10倍的成本獲得10倍的功率。另一方面，通過增加占空比來補償低分辨率是昂貴的。如果通過增加占空比獲得10倍的分辨率，則需要100倍的功率。節省功率的另一種方法是在開啟時間內降低光源的輸入功率。但是，SNR隨功率降低而線性縮放，這不如通過減小占空比來節省相同的功率那樣有利。

　　從系統的角度來看，最大化輸入功率和降低占空比是最節能的。假設您可以將超過10倍的功率推入光源，并從透鏡中獲得10倍以上的光。增加的峰值功率將使您可以在保持分辨率的同時將占空比降低100倍，并將總功耗降低10倍。光源效率不是決定系統功耗的唯一參數，但同樣重要。

　　什么是燈的LED技術？

　　實際上是Catch22。由于總功率會增加，因此無法使用低功率LED技術。低功率只能通過減少檢測器干擾或提高光學效率來補償。

　　首先，與傳統的熱電堆傳感器相比，現代的室溫紅外光電二極管的信噪比SNR高8倍，這可以使光源更弱但效率更高，或將占空比降低64倍。因此，推出了首款性能可與傳統傳感器媲美的低功耗NDIR CO2傳感器。

　　Senseair LP8的功率為0.7mW。盡管它具有白熾燈，但它使用高分辨率的光電探測器。這里的缺點很明顯。在這些低占空比下，燈絲響應非常緩慢。不可能通過減少開啟時間來處理占空比，長期關閉會導致每個樣本之間的間隔變長，因此存在丟失數據和增加觀察結果延遲的風險。

　　燈的另一個缺點是幾何形狀定義不正確，其中輻射燈絲散布在幾毫米的空間中，誤差約為0.5毫米。使用小型化的光學裝置，不可能有效地收集光。另一方面，LED的發射面積小但定義明確，可以以優于0.1mm的精度進行定位。

　　Senseair Sunrise開發了用于精確定位的LED，以實現30％的光學效率。可以將其與Senseair S8或LP8等傳統NDIR傳感器的3％效率進行比較。盡管光源相對較弱，但由于提高了光效率，Sunrise仍然使用0.5mW的平均功率。