光學式氣體傳感器技術是起步較晚，但發展最快的技術之一。工業中常用的類型有紅外線氣體傳感器、紫外線氣體傳感器、光電比色式氣體傳感器、化學發光式氣體傳感器、光散射式氣體傳感器等。
紅外線氣體傳感器的工作原理是利用被測氣體的紅外吸收光譜特征或熱效應而實現氣體濃度測量的，常用光譜范圍1～25μm，常用的類型有DIR色散紅外線式和 NDIR非色散紅外線式。日本島津所生產的SOA-307/307Dx二氧化硫連續分析儀，測量方法是采用單光源雙光柱非色散紅外線吸收法，即通過向被測 氣體輻射寬帶紅外線并用波長選擇檢測器來選擇指定頻帶，以此來測量SO2特定波長紅外線輻射的吸收，其測量范圍為最小0～100ppm，最大可達 0～1vol%。
常用的紫外線氣體傳感器有不分光紫外線氣體傳感器和紫外熒光式氣體傳感器，前者與紅外線吸收原理類似，也是基于實測氣體對紫外線選擇性地吸收，其吸收特性也遵守比爾定律，所使用的紫外波長范圍是200～400nm。后者如紫外熒光式SO2氣體傳感器，是一種干法式氣體傳感器，工作原理是基于SO2分子接受紫外線能量成為激發態的SO2分子，在返回穩態時產生特征熒光，其發出的熒光強度與SO2濃度成正比。紫外熒光式氣體傳感器可做到不破壞樣品而連續自動測量大氣中的SO2含量。其靈敏度可達測量范圍的0～2×10 -7 ，穩定性可做到在24h的漂移為滿刻度的±2%，重復性達±2%滿刻度，且共存的背景氣體對測量的影響較小，具有壽命長，維修工作量小的顯著優點。
光電比色氣體傳感器是基于比爾定律實現自動光電比色測量的，其適用的分析對象有SO2、NO、碳氫化合物、鹵素化合物等。化學發光式氣體傳感器是利用化學氧化反應伴有的光熱生成原理而工作，常用的化學發光式氣體傳感器有臭氧傳感器（利用O3-C2H4產生化學發光反應所放出的光子來測定臭氧）和化學發光式NO X氣體傳感器（利用O3的強氧化作用，使NO與O3發生化學發光反應來實現測量）。
光散射式氣體傳感器是利用光束與氣體中的顆粒相互作用產生散射（前散射、邊散射、后散射）來進行氣體濁度或不透明度測量的，是環境排放監測中最常用的氣體傳感器之一。
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