众所周知，基于红外非色散原理（NDIR）制作的红外气体传感器可能存在背景气体交叉干扰。你了解其中原因吗？你了解了其一你还了解潜伏极深的其二吗？下面带你去了解你未必知道的鬼魅型红外气体分析交叉干扰。
1. 常规红外气体交叉干扰
对于红外气体分析交叉干扰最直接的解释是因为中远红外窄带滤光片的半宽造成的，这种滤光片的半宽一般达到90nm或180nm，这个范围可能有多种气体具有吸收作用，因此造成互相干扰。
如图1、图2所示分别为CO2与CH4在2200~2450cm-1（即波长4~4.5um）之间的吸收强度，CO2的最高吸收强度为3.5*e-18左右，而在这段范围内还存在的甲烷的吸收，最高强度小于4*e-22，吸收强度大约相差4个数量级左右。
按此推算，同等光程下，大约1%的甲烷对光能的吸收作用相当于1ppm的二氧化碳吸收信号，即1%的甲烷可以造成二氧化碳约1ppm的误差。这个粗略计算的数据与我们研制的天然气专用CO2红外NDIR检测模块（量程0~100ppm）的试验数据接近。
图1 CO2气体在4~4.5um的吸收谱线
图2 CH4气体在4~4.5um的吸收谱线
这种直接的吸收线干扰是最容易理解的，也是我们说的常规红外气体交叉干扰原因。其他干扰包括H2O对CH4的干扰、CO2与CO之间的干扰等等，对于红外NDIR原理的使用需要对交叉干扰进行精心设计与分析。
然而，交叉干扰的原因只有这一个吗？当然不是。
2. 鬼魅型红外气体交叉干扰
我们再来看看CO2对CH4的干扰。也即在类似沼气的测量过程中会发生什么样的交叉干扰呢？如图3、图4为CO2和CH4在2900~3100cm-1（即波长3.22~3.45um）之间的吸收谱线，红外CH4模块就是使用的这一波段。
图3 CO2气体在3.22~3.45um的吸收谱线
图4 CH4气体在3.22~3.45um的吸收谱线
从图中可以看出，相同浓度等级的CO2应不会对CH4产生干扰。我们来看实验。
以下为我们研制的低成本红外小模块进行的测试实验。试验模块为甲烷传感器，量程0~100%，
测试前已经经过校准，线性误差小于1%。试验一：将高纯CO2气体通入量程为0~100%的6支CH4传感器，结果如表1所示。
表1 在5个甲烷模块中通入100%CO2的结果
从结果看，单纯的CO2对甲烷传感器并没有显著的干扰。
试验二：将20%、50%、80%的CH4气体（背景气为CO2）分别通入CH4传感器，测试交叉干扰，结果如表2所示。
表2 不同浓度甲烷通入甲烷模块测量结果
（平衡气CO2）
神奇的现象出现了，高纯CO2未对甲烷模块产生干扰，但CO2与甲烷的混合气体对结果产生了明显干扰，而且三个标准气体中，当CO2浓度为50%时产生的干扰大于CO2背景为80%和20%时产生的干扰。为了防止由于模块本身的问题造成的影响，我们还利用了某国外品牌传感器进行了相同试验，也出现了类似的交叉干扰。也就是说这个干扰确实存在。
在发现该问题的初期，为了寻找原因，我们咨询了多位业内进行光谱研究的学者，也翻阅了一些理论书籍。
综合起来，一个可能的原因是不同的气体混合，由于分子之间的碰撞等原因，会对气体吸收谱线的展宽等造成影响，即影响了吸收谱线本身的吸收强度。我们在进行激光吸收光谱（TDLAS）的露点传感器开发时也遇到了类似问题，同样的露点在氧气背景和氮气背景中的吸收强度完全不一样，有时间后面与大家一起分享这个现象。
3.解决方法
对于常规的交叉干扰可以采用
增加滤波气室、采用更窄半宽的滤光片等办法减小干扰，也可以采用对背景气进行测量，然后进行补偿的办法进行交叉干扰消除。笔者的天然气专用CO2气体分析模块就是采用最后一种方法消除交叉干扰，也可以达到较理想的效果。
对于第二种原因造成的交叉干扰，以上方法均无法解决，
需要根据具体的使用工况进行精心的带背景气标定，以克服这种干扰。同时，如果使用过程中如果对这类原因没有认知，可能有时存在检测误差也不一定能及时发现。
