气体传感器的技术现状与未来的MEMS解决方案

来源：奥松电子

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发布时间：2022-9-2

阅读量：6

关于气态或挥发性污染物对健康影响的新知识层出不穷，它们不断向人们强调着对室内外空气质量进行监测的必要性。许多挥发物即使是处于微量水平，在短时间暴露后，仍然会对人体健康有害。越来越多的消费品和工业产品都可能排放已知有害的挥发物，包括家具、乘用车和工业卡车。人们对检测气态污染物的关注度不断上升，希望通过建立相关有效的响应机制降低或消除这种健康风险。

 

气体传感器的技术现状与未来的MEMS解决方案1
 

许多国家以及国际组织一直在致力于制定各种指南、法规和标准，以监测工业、医疗、户外、室内办公以及住宅环境中的空气质量。根据这些指南，制造商可以对其产品进行检测认证，也可以让用户了解可最低限度接受的气态污染物水平。室外大气污染物主要由氮氧化合物、粉尘可吸入颗粒物、一氧化碳等组成。这些气体均可使用气体传感器进行监测。室内空气中的挥发物则更加具体，它取决于是住宅还是办公楼、人员数量、家具类型、通风系统等因素。主要挥发物包括CO²、甲醛和苯。

 

目前，监测二氧化碳气体的传感器多是采用非分散红外（NDIR）原理制成，利用气体分子特有波长吸收光的特点，测量二氧化碳浓度的光吸收率，进而检测出浓度。NDIR CO²传感器的显著优点是使用寿命长、测量准确度高。NDIR二氧化碳传感器经批量生产，价格降低，市场需求量大增。

 

关于粉尘颗粒物目前市场采用较多的是激光散射原理，即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。再通过米氏理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。基于这种原理制作的传感器测量精度较高，可嵌入到家用空气检测仪、空气净化器中。此外，激光原理传感器在物联网数据采集、环境质量检测等领域亦有应用。

 

随着空气净化行业的发展，激光原理传感器的造价在逐步降低，终端客户对精准测量空气质量的要求也越来越高。采用激光原理传感器、精准量化PM2.5质量已是业内公认的趋势。近年来已有部分空气净化器采用了激光原理传感器。

 

目前，MEMS等新技术也越来越多地综合利用传感器硬件、集成气体过滤器和软件技术，以提高性能，并达到可以与传统分析仪器解决方案相媲美的性能水平。

 

最新的气体传感技术进步使降低成本成为可能。例如，通常采用体硅工艺的MEMS解决方案就有降低成本的可能性，尽管这些技术还不是目前使用的广泛性气体传感器解决方案。此外，非气体传感器中的大多数MEMS平台都集成了数字功能，这使其更容易被更大的传感器网络控制或集成，从而有可能为最终用户降低这些传感器的总拥有成本（TCO）。传感器系统标定是MEMS和任何其他传感器系统成本的重要组成部分，业界已将其确定为降低成本的关键步骤。

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