設(shè)為首頁 | 添加到收藏夾 注冊會員 | 忘記密碼 | 退出
國際節(jié)能環(huán)保網(wǎng)
關(guān)鍵字:
政策法規(guī)|廢氣治理|噪聲控制|環(huán)境監(jiān)測|固廢治理|清洗與清理|環(huán)保前沿|環(huán)保技術(shù)|土壤修復(fù)|綠色建筑
化工|水處理|環(huán)保設(shè)備|國際視野|企業(yè)動態(tài)|技術(shù)專題|人物訪談|推薦案例|
>>首頁 >> 商業(yè)資訊 >> 環(huán)境監(jiān)測資訊 >> 查看資訊信息
訂閱社區(qū)雜志
氣體傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望
(時間:2022/8/30 13:43:38)
  作者:Radislav Potyrailo、Ryotaro Sakauchi、Sreeni Rao和Christian Meyer 

 
  關(guān)于氣態(tài)或揮發(fā)性污染物對健康影響的新知識層出不窮,它們不斷向人們強調(diào)著對室內(nèi)外空氣質(zhì)量進行監(jiān)測的必要性。許多揮發(fā)物即使是處于微量水平,在短時間暴露后,仍然會對人體健康有害。越來越多的消費品和工業(yè)產(chǎn)品都可能排放已知有害的揮發(fā)物,包括家具、乘用車和工業(yè)卡車。人們對檢測氣態(tài)污染物的關(guān)注度不斷上升,希望通過建立相關(guān)有效的響應(yīng)機制降低或消除這種健康風險。
  許多國家以及國際組織一直在致力于制定各種指南、法規(guī)和標準,以監(jiān)測工業(yè)、醫(yī)療、戶外、室內(nèi)辦公以及住宅環(huán)境中的空氣質(zhì)量。根據(jù)這些指南,制造商可以對其產(chǎn)品進行認證,也可以讓用戶了解可最低限度接受的氣態(tài)污染物水平。例如,美國環(huán)境保護署 (EPA) 就利用尖端科學(xué)制定法規(guī),以高性價比的方式減少并控制空氣污染。對于最常見的污染物,EPA 每五年整理一次數(shù)據(jù),重新評估空氣法規(guī)的完善性。該機構(gòu)還明確了可能影響空氣質(zhì)量的特定化學(xué)物及其來源,如汽車、卡車和發(fā)電廠。EPA的主要目標之一就是將污染物與帶來健康風險的主要來源關(guān)聯(lián)起來。 
 
  四種主要的戶外空氣污染物為O3、NO2、SO2和CO,這些氣體均可使用 EPA 核準的儀器進行監(jiān)測。再結(jié)合來自粒子探測器的數(shù)據(jù),測量結(jié)果可進一步用于計算空氣質(zhì)量指數(shù) (AQI)。室內(nèi)空氣中的揮發(fā)物則更加具體,它取決于是住宅還是辦公樓、人員數(shù)量、家具類型、通風系統(tǒng)等因素。主要揮發(fā)物包括CO2、甲醛和苯。
  監(jiān)測空氣污染物的重要性與日俱增,但現(xiàn)有技術(shù)解決方案卻尚不能滿足現(xiàn)代用戶在數(shù)據(jù)質(zhì)量和成本效益方面的期望。
  氣體監(jiān)測傳感器的類型
  用于空氣質(zhì)量監(jiān)測 (AQM) 的氣體分析儀有兩大類。根據(jù)監(jiān)管部門接受度,排名第一的仍是傳統(tǒng)分析儀器,例如氣相色譜 (GC)、質(zhì)譜 (MS)、化學(xué)發(fā)光 (CL)、紫外/可見 UV/VIS、激光和光聲系統(tǒng)。多年以來,這些現(xiàn)場便攜、甚至可穿戴的傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)出卓越的性能,而且多數(shù)已獲得 EPA、世界衛(wèi)生組織 (WHO) 和其他國家及國際組織的批準或認可。但對用戶而言,傳統(tǒng)分析儀也存在諸多缺陷,例如使用成本過高、電力需求大,并且通常需要頻繁的維護。這限制了它們在廣泛性氣體監(jiān)測中的普遍采用。
  排名第二的是基于不同設(shè)計原理的傳統(tǒng)氣體傳感器,如基于電化學(xué)和金屬氧化物 (MOx) 、Pellistor、非色散紅外 (NDIR) 或其他。為了應(yīng)對的氣體傳感器應(yīng)用繁多的現(xiàn)狀,如消費者可用的室/內(nèi)外 AQM、醫(yī)療診斷和國土安全等不同領(lǐng)域的應(yīng)用,人們對價格合理且高性能傳感器的需求凸顯。
  近年來,氣體傳感器制造商已經(jīng)采取了一些新的技術(shù)和制造規(guī)范,包括電化學(xué)傳感器中的非水電解質(zhì),以及MOx、Pellistor 和 NDIR 傳感器中采用的微加工MEMS技術(shù)。這些技術(shù)的進步推動了功率、成本以及尺寸方面的優(yōu)化。尤其是尺寸方面的進步更加醒目,部分現(xiàn)代傳感器的尺寸甚至從一顆櫻桃的大小縮小到一粒米的大小。 
  
  氣體傳感器的市場發(fā)展趨勢
  為了解不斷增長的氣體傳感器市場趨勢,SEMI MEMS 和傳感器產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 (MSIG) 聯(lián)絡(luò)了多家氣體傳感器系統(tǒng)開發(fā)商,研究現(xiàn)有的傳感器模塊是否能夠滿足他們的需求,明確傳感器制造商們需要解決的共同痛點,以便跟上要求苛刻的新應(yīng)用的腳步。
  在參與調(diào)查的公司中,目標應(yīng)用范圍從個人健康監(jiān)測到智慧城市的大范圍環(huán)境監(jiān)測不等。大多數(shù)公司都指出,空氣質(zhì)量是其關(guān)注的主要參數(shù)。盡管用例不同,但多數(shù)公司都希望他們的應(yīng)用能夠在室內(nèi)和室外環(huán)境中以同樣高精度水平的工作。 
 
  然而,調(diào)查結(jié)果顯示,并沒有一款適合所有用例的解決方案。室內(nèi)和室外的污染物不同,針對不同污染物的檢測技術(shù)能力也各有所長。
  該次調(diào)查收集了傳感器的各項參數(shù)數(shù)據(jù),包括精度、尺寸、數(shù)據(jù)速率、功耗、標定和價格,以及每個參數(shù)對其應(yīng)用的影響。這些公司還提供了對裸傳感元件以及傳感器系統(tǒng)的評價。傳感器系統(tǒng)中包含了標定、數(shù)據(jù)傳輸和傳感器邏輯等輔助組件。
  精度:在沒有混雜氣體的情況下進行測量時,大約一半的受訪公司對市場現(xiàn)有傳感器的精度感到滿意。氣體傳感器制造商正在努力提高傳感器對目標氣體的選擇能力,同時降低其他氣體的干擾。報告中對漂移和標定等其他問題也有提及。
  近幾年來,氣體傳感器在大多數(shù)關(guān)鍵性能參數(shù)方面都有了巨大的改善。MEMS等新技術(shù)也越來越多地綜合利用傳感器硬件、集成氣體過濾器和軟件技術(shù),以提高性能,并達到可以與傳統(tǒng)分析儀器解決方案相媲美的性能水平。 
 
  基于介電激發(fā)的多氣體傳感器(由GE Research 提供) 
 
  尺寸:此次調(diào)查涉及的傳感器封裝尺寸從3mm x 3mm到10mm x 10mm不等。氣體傳感器的尺寸取決于設(shè)備采用的技術(shù)。金屬氧化物傳感器的尺寸可以很小,滿足3mm x 3mm的尺寸要求;而NDIR、電化學(xué)和Pellistor傳感器則相對較大。
  數(shù)據(jù)速率:多數(shù)參與調(diào)查的公司并未報告他們偏好的數(shù)據(jù)速率,提供信息的頻率從每秒一次到每10分鐘一次不等。通常,氣體傳感器的數(shù)據(jù)速率應(yīng)與所監(jiān)測氣體濃度變化的預(yù)期時間常數(shù)相當。例如,智能辦公大樓可以根據(jù)被監(jiān)測房間的體積和空氣交換速度,以每1-10分鐘一次的數(shù)據(jù)速率檢測二氧化碳濃度的變化。相比之下,考慮到室外有風模式的動態(tài)條件,在智慧城市的都市環(huán)境中檢測公共汽車站附近氣體的突變,其數(shù)據(jù)速率應(yīng)約為每秒一次。
  功耗:各公司提交的數(shù)據(jù)顯示,功耗范圍從100μW到1W不等。我們猜測如此寬范圍可歸因于設(shè)備是電池供電還是線路供電。氣體傳感器是系統(tǒng)的一部分,通常需要直接在系統(tǒng)功耗與其數(shù)據(jù)速率之間進行權(quán)衡,降低數(shù)據(jù)速率將有助于降低功耗。但現(xiàn)代氣體傳感器系統(tǒng)設(shè)計具備數(shù)字接口和可編程性,利用睡眠模式、斷電或其他類似技術(shù)也可優(yōu)化功耗。
  標定:參與調(diào)查的公司都存儲了特定應(yīng)用的標定參數(shù),無論是采用裸傳感元件還是傳感器系統(tǒng)。大多數(shù)公司都希望氣體傳感器系統(tǒng)在出廠之前進行標定,但同時也希望提供下線標定(End of Line Calibration)的選擇。令人意外的是,這些公司都表示愿意在發(fā)貨前進行下線標定,盡管這通常會增加成本。這種意愿表明了高精度的重要性,而且各公司都愿與傳感器制造商共同努力,實現(xiàn)這一目標。
  價格:對于氣體傳感器當前的定價,各公司的滿意度則參差不齊,具體取決于他們購買的是裸傳感元件還是包含標定、數(shù)據(jù)傳輸、傳感器邏輯或其他功能的傳感器系統(tǒng)。預(yù)期價格范圍從大批量消費設(shè)備的幾美元到工業(yè)或汽車用例的10多美元不等。
  最新的氣體傳感技術(shù)進步使降低成本成為可能。例如,通常采用體硅工藝的 MEMS解決方案就有降低成本的可能性,盡管這些技術(shù)還不是目前使用的廣泛性氣體傳感器解決方案。此外,非氣體傳感器中的大多數(shù)MEMS平臺都集成了數(shù)字功能,這使其更容易被更大的傳感器網(wǎng)絡(luò)控制或集成,從而有可能為最終用戶降低這些傳感器的總擁有成本(TCO)。傳感器系統(tǒng)標定是 MEMS和任何其他傳感器系統(tǒng)成本的重要組成部分,業(yè)界已將其確定為降低成本的關(guān)鍵步驟。 
 
  氣體傳感器測試標準:大多數(shù)公司都認為氣體傳感器的測試標準很重要,也均支持標準的使用。半個多世紀以來,符合成熟性能標準的氣體傳感器已經(jīng)用于住宅和工業(yè)安全市場。氣體傳感器應(yīng)用面對的是各種各樣的新興市場,標準化將幫助用戶更加有效地使用氣體傳感器。
  SEMI MSIG 設(shè)備工作組最近發(fā)布了用于通用標準化的氣體傳感器參數(shù)摘要,以幫助氣體傳感器用戶與制造商更好的應(yīng)用傳感器性能常用指標——《SEMI MS14,氣體傳感器關(guān)鍵參數(shù)指南》。
  結(jié)語 


  市場現(xiàn)有的傳感器已經(jīng)能夠以低成本設(shè)計獲取高質(zhì)量的數(shù)據(jù),氣體傳感器制造商可以從中汲取經(jīng)驗來開發(fā)現(xiàn)代氣體傳感器。舉例來說,早期的可穿戴生理傳感器精度很低,但最初卻由于人們只興奮于其潛在應(yīng)用而被忽視。不過,業(yè)界很快意識到,要獲得廣泛的認可和可持續(xù)發(fā)展,可穿戴生理傳感器需要大幅提高精度。現(xiàn)在,滿足醫(yī)療設(shè)備或醫(yī)院設(shè)備精度要求的可穿戴傳感器數(shù)量正在不斷增加,例如用于心電圖 (EKG) 或肌電圖 (EMG) 以及血糖監(jiān)測的可穿戴傳感器。
  再以物理傳感器為例,一旦麥克風、加速度計、陀螺儀和指南針的精度達到了市場解決方案的精度,大眾市場就接納了這些設(shè)備。現(xiàn)在每年大約有10 億臺移動設(shè)備出貨,這些設(shè)備中采用的傳感器單價已被降至低于1美元。
  與此同時,氣體傳感器的革命與騰飛也需要提升精度。當代跨學(xué)科的方法也在不斷促進新氣體傳感器功能的發(fā)展與市場增長。電子器件、氣體過濾器、封裝,以及板載數(shù)據(jù)分析上的進步確實能夠提高傳感器的穩(wěn)定性和精度。而應(yīng)用人工智能技術(shù)和板載數(shù)據(jù)分析的預(yù)測模型和算法也更加強大,對提升傳感器性能意義重大。


關(guān)閉窗口打印該頁
推薦圖片
4家國際碳中和機構(gòu)簽約 中歐碳中和合作研 
  7月14日下午,“興邀天下·共創(chuàng)未來”國際創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)(42.980, -1.36, -3.07%)合作大會系列活動之中歐碳中和合作研討會,在北京大興成功舉辦。大興區(qū)與4家碳中和領(lǐng)域 
熱點文章
關(guān)于我們 | 會員服務(wù) | 廣告服務(wù) | 網(wǎng)站聲明 | 誠聘英才 | 網(wǎng)站地圖 | 網(wǎng)上有名 | 加入收藏 | 意見反饋
網(wǎng)站服務(wù)熱線:010-56350733 媒體合作:010-56350733 北京中興聚源科技有限公司 Email: 769209918@qq.com
經(jīng)營性網(wǎng)站許可證京ICP080572 京ICP備09007515號-5
 
主站蜘蛛池模板: 巨大黑人极品hdvideo| а天堂中文最新版在线| 99re热在线视频| 国产精品吹潮香蕉在线观看| 欧美日韩亚洲中文字幕二区| 成人毛片18女人毛片| 国产suv精品一区二区33| 亚洲va无码va在线va天堂| 一级有奶水毛片免费看| 欧美一区二区三区久久综| 在线观免费看高清影视剧| 亚洲综合激情六月婷婷在线观看| 中文字幕欧美日韩在线不卡| 五月婷婷俺也去开心| 权明星商标查询| 国产色无码精品视频国产| 亚洲日韩乱码中文无码蜜桃 | 欧美性猛交xxxx乱大交中文| 国产精品香蕉成人网在线观看| 亚洲成av人片在线观看| a级片视频网站| 精品欧美一区二区在线观看| 尹人久久久香蕉精品| 人妻少妇精品视频一区二区三区| 中国明星16xxxxhd| 韩国三级日本三级香港三级黄| 欧美乱大交xxxxx| 国产成人无码aa精品一区| 亚洲另类欧美综合久久图片区| 99久久综合久中文字幕| 男爵夫人的调教| 国产韩国精品一区二区三区| 亚洲www在线观看| 青青草免费在线视频| 日韩xxxx厕所撒尿视频| 四虎精品视频在线永久免费观看| а√最新版在线天堂| 欧美视频免费在线| 在线观看免费黄网站| 亚洲国产成AV人天堂无码| 2021日韩麻豆|