要確保室內(nèi)空氣質(zhì)量高，首先要了解空氣中的物質(zhì)，以便您可以識(shí)別污染源，然后對(duì)付這些污染源或相應(yīng)地消除它們。智能建筑的空氣質(zhì)量傳感器系統(tǒng)利用了人工智能（AI）等最新技術(shù)，為用戶提供了維持健康空氣所需的知識(shí)。通常監(jiān)視的參數(shù)包括溫度，濕度和一氧化碳（CO），二氧化碳（CO2），細(xì)顆粒物（PM 2.5）和粗顆粒物（PM 10）的水平，例如灰分和花粉，以及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）例如一些常見的建筑和清潔產(chǎn)品所排放的污染物（圖1）。

監(jiān)視室內(nèi)空氣中有毒化合物（例如CO）的峰值的重要性很明顯，但是在較高濃度下，甚至CO2都可能是危險(xiǎn)的。如果建筑物的通風(fēng)不良，乘員僅進(jìn)行呼吸就會(huì)耗盡室內(nèi)空氣中的氧氣，并將CO2的濃度增加到不健康的水平。燃燒（例如，通過煤氣爐或煙囪的燃燒）也會(huì)增加室內(nèi)CO2的濃度。暴露于甚至超出空氣中正常濃度的中等水平的CO2會(huì)引起頭痛，嗜睡和惡心。高水平的接觸可能會(huì)危及生命。

除室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀外，CO2傳感器還用于醫(yī)療儀器中以監(jiān)測(cè)肺功能以及在工業(yè)過程監(jiān)測(cè)儀中使用。根據(jù)MarketWatch的數(shù)據(jù)，到2024年，
CO2傳感器市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到10％，當(dāng)年的總價(jià)值為9.1億美元，高于2019年的5.8億美元。最近引入的CO2傳感器包括基于光聲光譜（PAS）和非分散紅外（NDIR）技術(shù)的產(chǎn)品。

圖1：帶有環(huán)境傳感器的智能家居的框圖。圖片：村田）

PAS和NDIR基礎(chǔ)

光聲光譜學(xué)基于光聲效應(yīng)：當(dāng)材料受到光脈沖照射時(shí)，它會(huì)發(fā)出與光頻率匹配的聲波。PAS可檢測(cè)壓力變化時(shí)樣品中的周期性溫度波動(dòng)。該技術(shù)可進(jìn)行測(cè)量，而不管樣品的形狀如何，從而使靈敏度隨光源的強(qiáng)度而增加。

隨著高靈敏麥克風(fēng)的發(fā)展以及電子技術(shù)的其他進(jìn)步，研究人員在PAS技術(shù)（用于測(cè)量氣體樣品，主要是CO2）的測(cè)量方面取得了巨大進(jìn)步。。當(dāng)樣品吸收調(diào)制的紅外光束時(shí)，入射光會(huì)產(chǎn)生熱量。吸收電磁輻射的氣態(tài)分子被激發(fā)向更高的電子量子態(tài)。通常，這種量子態(tài)的減少是通過熒光或碰撞發(fā)生的。碰撞引起的能量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致溫度升高。以聲頻調(diào)制輻射源會(huì)導(dǎo)致溫度周期性變化，從而導(dǎo)致周期性的壓力變化，可以將其視為聲音信號(hào)。因此，可以使用靈敏的麥克風(fēng)來檢測(cè)氣相中的這種影響。直接測(cè)量吸收（與濃度成比例）。這意味著PAS極其精確，并且可以在一個(gè)測(cè)量室中同時(shí)監(jiān)控所有氣體。

非色散紅外（NDIR）傳感器是用于測(cè)量CO2的最常見類型。在NDIR中，紅外燈將光波通過裝有空氣樣本的管子引導(dǎo)到IR光檢測(cè)器前面的濾光器。檢測(cè)器測(cè)量通過濾光器的光量。燈產(chǎn)生的4.2微米紅外輻射帶非常接近CO2的4.26微米吸收帶。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的基于PAS的檢測(cè)器

正在將用于CO2檢測(cè)的傳感器設(shè)計(jì)到用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的智能設(shè)備中。借助基于光聲光譜的新型XENSIV PAS210，英飛凌旨在用小尺寸的設(shè)備代替笨重的昂貴設(shè)備，以便更快地集成到IoT室內(nèi)空氣質(zhì)量設(shè)備中，例如空氣凈化器，恒溫器，氣象站和個(gè)人助理（圖2）。與市場(chǎng)上的其他傳感器相比，XENSIV PAS210節(jié)省了約75％的電路板空間。新型傳感器可以在諸如智能家居中的受控通風(fēng)和樓宇自動(dòng)化等應(yīng)用中實(shí)施。

圖2：XENSIV PAS210大大減少了電路板空間需求。圖片：英飛凌）

XENSIV PAS210實(shí)現(xiàn)了靈敏的MEMS麥克風(fēng)用于檢測(cè)，微控制器處理了輸出，從而為I2C，UART或PWM串行接口提供了ppm濃度讀數(shù)和編碼。CO2傳感器覆蓋0 ppm至10,000 ppm的范圍，精度為±30 ppm或讀數(shù)的±3％。表面貼裝設(shè)計(jì)使IoT平臺(tái)中使用的產(chǎn)品顯著小型化。英飛凌表示，基于該公司廣泛的PAS相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品組合，該產(chǎn)品將為能夠監(jiān)測(cè)其他氣體的傳感器鋪平道路。

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