20世纪初第一只半导体传感器诞生于英国，并一直在欧洲发展和应用，直到20世纪50年代半导体传感技术才流传到日本，费加罗公司的创始人Taguchi在1968年5月率先发明了半导体式气体传感器。

它可以用简单的回路检测出低浓度的可燃性气体和还原性气体，同时将这个半导体式气体传感器命名为TGS (Taguchi Gas Sensor) 内置在气体泄漏报警器中，日本和海外的许多家庭和工厂都设置了这些报警器，用于检测液化气等气体的泄漏，进而把这项技术推进到了顶峰。

而欧洲人在发现了半导体传感器的种种不足后开始研究催化传感器和电化学传感器。气体传感器的理论直到70年代才传入到我们国家，80年代我国才开始研制气体传感器，整个生产技术主要继承于德国。

按照检测气体的种类，通常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用电化学式、顺磁式、氧化锆式）传感器等。

电学式气体传感器是利用材料的电学参量随气体浓度的变化而改变的特性制作的气体传感器。此类传感器又分为电阻式和非电阻式两大类，其中电阻式气体传感器主要有接触燃烧式、热导式、半导体气体传感器，而非电阻式气体传感器则通常是利用材料的电流或电压随气体含量变化的特点而支撑的传感器，主要包括MOS二极管式、结型二极管式和场效应式等。这里主要介绍电阻式气体传感器。

接触燃烧式气敏元件利用可燃性气体在气敏元件表面上发生氧化反应，产生热量从而引起元件电阻值的改变，据此来检验不同浓度的气体。工作时加热至300～400 ℃ ,当环境中有可燃性气体时，气体就会在金属催化层上燃烧，从而引起铂丝线圈温度上升、阻值增大，通过测量这一电阻的变化可测定环境中可燃气体的浓度。接触燃烧式气体传感器使易燃气体在传感器表面接触燃烧从而引起传感器的电阻改变，将电阻的变化量转换为百分LEL（最低爆炸下限）显示或报警。其主要特点是不受环境温度影响，稳定性高，且接触燃烧式气体传感器电阻的变化与气体浓度成线性关系，使电路设计变得简单。应用这种方法能对处于爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测和报警。其缺点是寿命短，通常只有1～2年，而且元件表面的催化剂接触到一些非可燃性气体时会产生反应从而容易发生催化剂中毒。

热传导式气体传感器是根据不同可燃性气体的导热系数与空气的差异来测定气体的浓度的，通常利用电路将导热系数的差异转化为电阻的变化。气体送入气室后，将热敏元件加热到一定温度，当待测气体的导热系数较高时，将使热量更容易从热敏元件上散发，使其电阻减小，通过惠斯顿电桥测量阻值变化可得到被测气体的浓度值。

半导体气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件电阻值发生变化而制成的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在物体表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解吸附在物体表面。当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力，则吸附分子将从器件夺走电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。当氧化型气体吸附到n型半导体，还原性气体吸附到p型半导体上时，将使半导体载流子减少，从而使电阻增大。当还原型气体吸附到n型半导体上，氧化型气体吸附到p型半导体上时，则载流子增多，半导体阻值下降。在众多的气体传感器门类中，半导体传感器是非常具有发展前景的气体传感器。原因就在于其工作原理、传感过程极其简单，即气体信息只需一个步骤就可以变为电信号；其次便是传感载体稳定；再者造价较为便宜。以上特点不仅为其进化提供了清楚的路径和空间，也为未来的大规模布设提供了经济上的可行性。半导体气体传感器也有一些缺点，如对气体的选择性差使得误报的概率比其它方法大。

图1 表面电荷层模型工作示意图

利用气体的光学特性来检测气体成分和浓度的传感器为光学类气体传感器。根据具体的光学原理，可分为红外吸收式、可见光吸收光度式、光干涉式、化学发光式和试纸光电光度式、光离子化式等气体传感器。

红外线式气体传感器的工作原理是利用被测气体的红外吸收光谱特征或热效应而实现气体浓度测量的，常用的光谱范围为1~25μm，其理论依据是：不同气体的特征红外吸收光谱不同，在一定浓度范围内，每种气体的红外吸光度值与气体浓度呈线性关系，当被测气体通过受特征波长光照射的气室时，被测组分吸收特征波长的光，透射光强度与入射光强度、吸光组分浓度之间的关系遵守比尔定律。常用的类型有DIR色散红外线式和NDIR非色散红外线式。红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度，包括二氧化碳、甲烷的检测。红外探测器使用无需调制光源，完全没有机械运动部件，完全实现免维护化。

图2 红外线气体检测仪技术原理

图3 化学发光法检测NOX原理图

光离子化传感器（PID）的工作原理是:在一定能量的光照射下,气体分子吸收光子产生电离,这种光电离形成的离子数与气体分子的浓度有关,通过测定离子流可以得到气体分子浓度。光离子化法作为一种检测手段已有六十多年的发展历史。早在1957年，Robinson首先报导了这种仪器的研制。1976年，美国的HNU公司推出了首批PID商品仪器,中科院生态环境研究中心1989年研制成功我国第一台光离子化气体分析仪和有害气体监测仪。PID广泛应用于微量有机化合物的分析。光离子化检测器的主要特征是以快速检测电离势低于灯丝能级的各种低浓度的挥发性有机物。

图4 PID检测器工作原理

气相色谱法：气相色谱法是目前分析和研究气体最准确的方法之一。氢焰离子化检测器根据色谱流出物中可燃性有机物在氢-氧火焰中发生电离的原理而制成；由于在火焰附近存在着由收集极和发射极之间所造成的静电场，当被测组分燃烧生成离子，在电场作用下定向移动而形成离子流,经微电流放大器放大，然后到记录仪记录。但它分析周期长、技术含量高，不能用以现场分析。

磁学式气体分析传感器：在磁学式气体分析传感器中，最常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器，利用的是空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理。其氧量的测量范围最宽，是一种十分有效的氧量测量传感器。

常用的有热磁对流式氧量分析传感器(按构成方式不同，又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式)和磁力机械式氧量分析传感器。磁学传感器主要用于氧气的检测，选择性极好，是磁性氧气分析仪的核心，其典型应用场合有化肥生产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁，废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。

气体传感器发展趋势主要是是微型化、智能化和多功能化。纳米、薄膜技术等新材料制备技术的成功应用为气体传感器实现新功能提供了条件。利用MEMS技术帮助实现传感器尺寸小型化，进而研究多气体传感器的集成以实现多功能化。而气体传感器与数字电路的集成则将成为实现智能化的必然途径。小型化智能化的气体传感器将成为激活市场的新亮点。

在应用方面，根据Yole Développement的分析，气体传感器很可能是下一个集成在智能手机或可穿戴设备的最佳选择。

消费应用正在推动新的气体传感器发展，以减少成本、功耗和尺寸，尤其是采用MEMS技术的解决方案。在环境应用方面，环保需求日益迫切，环境监测有望成为物联网（IoT）垂直领域中率先落地的亮点应用之一。

气体传感器除了在环境监测的其他领域，例如工业、家居、医疗、楼宇等也创造了更多机会。特别是在医疗领域，医用O2传感器、医用CO2传感器、麻醉气体传感器、呼出气检测传感器（包括NO传感器、H2传感器、VOC传感器等）的应用越来越广泛，未来还有广阔的市场。

深圳市道合顺传感实业有限公司成立于2019年，主要从事气体传感器的研发、生产、销售及解决方案的提供。公司秉承改变中国气体传感产业落后现状，打造世界超一流的气体传感企业使命，致力于成为全球领先的气体传感产业研发、制造、解决方案的引领者。

目前公司自主研发有光学、电化学、半导体、催化等原理的各类传感器多达40余种，产品广泛应用于民用安防、环保健康及工业安全等领域。公司占地面积近4000平方米，拥有各类生产及检测设备50余台，传感器产能近1000万只/年。公司研发团队中硕士及以上学历的各类高端人才占比超50%，在高端化学类传感器方面进行突破。经过4年的发展，公司先后与霍尼韦尔、美的集团、广州海科、等众多客户开展了良好的合作，2021年向各类企业提供传感器500万只左右，取得了客户的广泛好评。

未来，道合顺传感将继续在传感器领域深耕，聚焦传感器技术创新，同时借助集团在IC及大数据方面、整体方案提供、产业链服务等方面优势，为各类客户提供一站式服务。