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。
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。例如,美国环境保护署 (EPA) 就利用尖端科学制定法规,以高性价比的方式减少并控制空气污染。对于最常见的污染物,EPA 每五年整理一次数据,重新评估空气法规的完善性。该机构还明确了可能影响空气质量的特定化学物及其来源,如汽车、卡车和发电厂。EPA的主要目标之一就是将污染物与带来健康风险的主要来源关联起来。
(资料图)
四种主要的户外空气污染物为O3、NO2、SO2和CO,这些气体均可使用 EPA 核准的仪器进行监测。再结合来自粒子探测器的数据,测量结果可进一步用于计算空气质量指数 (AQI)。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。
监测空气污染物的重要性与日俱增,但现有技术解决方案却尚不能满足现代用户在数据质量和成本效益方面的期望。
气体监测传感器的类型
用于空气质量监测 (AQM) 的气体分析仪有两大类。根据监管部门接受度,排名第一的仍是传统分析仪器,例如气相色谱 (GC)、质谱 (MS)、化学发光 (CL)、紫外/可见 UV/VIS、激光和光声系统。多年以来,这些现场便携、甚至可穿戴的传统技术已经表现出卓越的性能,而且多数已获得 EPA、世界卫生组织 (WHO) 和其他国家及国际组织的批准或认可。但对用户而言,传统分析仪也存在诸多缺陷,例如使用成本过高、电力需求大,并且通常需要频繁的维护。这限制了它们在广泛性气体监测中的普遍采用。
排名第二的是基于不同设计原理的传统气体传感器,如基于电化学和金属氧化物 (MOx) 、Pellistor、非色散红外 (NDIR) 或其他。为了应对的气体传感器应用繁多的现状,如消费者可用的室/内外 AQM、医疗诊断和国土安全等不同领域的应用,人们对价格合理且高性能传感器的需求凸显。
近年来,气体传感器制造商已经采取了一些新的技术和制造规范,包括电化学传感器中的非水电解质,以及MOx、Pellistor 和 NDIR 传感器中采用的微加工MEMS技术。这些技术的进步推动了功率、成本以及尺寸方面的优化。尤其是尺寸方面的进步更加醒目,部分现代传感器的尺寸甚至从一颗樱桃的大小缩小到一粒米的大小。
气体传感器的市场发展趋势
为了解不断增长的气体传感器市场趋势,SEMI MEMS 和传感器产业联盟 (MSIG) 联络了多家气体传感器系统开发商,研究现有的传感器模块是否能够满足他们的需求,明确传感器制造商们需要解决的共同痛点,以便跟上要求苛刻的新应用的脚步。
在参与调查的公司中,目标应用范围从个人健康监测到智慧城市的大范围环境监测不等。大多数公司都指出,空气质量是其关注的主要参数。尽管用例不同,但多数公司都希望他们的应用能够在室内和室外环境中以同样高精度水平的工作。
然而,调查结果显示,并没有一款适合所有用例的解决方案。室内和室外的污染物不同,针对不同污染物的检测技术能力也各有所长。
该次调查收集了传感器的各项参数数据,包括精度、尺寸、数据速率、功耗、标定和价格,以及每个参数对其应用的影响。这些公司还提供了对裸传感元件以及传感器系统的评价。传感器系统中包含了标定、数据传输和传感器逻辑等辅助组件。
精度:在没有混杂气体的情况下进行测量时,大约一半的受访公司对市场现有传感器的精度感到满意。气体传感器制造商正在努力提高传感器对目标气体的选择能力,同时降低其他气体的干扰。报告中对漂移和标定等其他问题也有提及。
近几年来,气体传感器在大多数关键性能参数方面都有了巨大的改善。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。
尺寸:此次调查涉及的传感器封装尺寸从3mm x 3mm到10mm x 10mm不等。气体传感器的尺寸取决于设备采用的技术。金属氧化物传感器的尺寸可以很小,满足3mm x 3mm的尺寸要求;而NDIR、电化学和Pellistor传感器则相对较大。
数据速率:多数参与调查的公司并未报告他们偏好的数据速率,提供信息的频率从每秒一次到每10分钟一次不等。通常,气体传感器的数据速率应与所监测气体浓度变化的预期时间常数相当。例如,智能办公大楼可以根据被监测房间的体积和空气交换速度,以每1-10分钟一次的数据速率检测二氧化碳浓度的变化。相比之下,考虑到室外有风模式的动态条件,在智慧城市的都市环境中检测公共汽车站附近气体的突变,其数据速率应约为每秒一次。
功耗:各公司提交的数据显示,功耗范围从100?W到1W不等。我们猜测如此宽范围可归因于设备是电池供电还是线路供电。气体传感器是系统的一部分,通常需要直接在系统功耗与其数据速率之间进行权衡,降低数据速率将有助于降低功耗。但现代气体传感器系统设计具备数字接口和可编程性,利用睡眠模式、断电或其他类似技术也可优化功耗。
标定:参与调查的公司都存储了特定应用的标定参数,无论是采用裸传感元件还是传感器系统。大多数公司都希望气体传感器系统在出厂之前进行标定,但同时也希望提供下线标定(End of Line CalibraTIon)的选择。令人意外的是,这些公司都表示愿意在发货前进行下线标定,尽管这通常会增加成本。这种意愿表明了高精度的重要性,而且各公司都愿与传感器制造商共同努力,实现这一目标。
价格:对于气体传感器当前的定价,各公司的满意度则参差不齐,具体取决于他们购买的是裸传感元件还是包含标定、数据传输、传感器逻辑或其他功能的传感器系统。预期价格范围从大批量消费设备的几美元到工业或汽车用例的10多美元不等。
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。
气体传感器测试标准:大多数公司都认为气体传感器的测试标准很重要,也均支持标准的使用。半个多世纪以来,符合成熟性能标准的气体传感器已经用于住宅和工业安全市场。气体传感器应用面对的是各种各样的新兴市场,标准化将帮助用户更加有效地使用气体传感器。
SEMI MSIG 设备工作组最近发布了用于通用标准化的气体传感器参数摘要,以帮助气体传感器用户与制造商更好的应用传感器性能常用指标——《SEMI MS14,气体传感器关键参数指南》。
结语
市场现有的传感器已经能够以低成本设计获取高质量的数据,气体传感器制造商可以从中汲取经验来开发现代气体传感器。举例来说,早期的可穿戴生理传感器精度很低,但最初却由于人们只兴奋于其潜在应用而被忽视。不过,业界很快意识到,要获得广泛的认可和可持续发展,可穿戴生理传感器需要大幅提高精度。现在,满足医疗设备或医院设备精度要求的可穿戴传感器数量正在不断增加,例如用于心电图 (EKG) 或肌电图 (EMG) 以及血糖监测的可穿戴传感器。
再以物理传感器为例,一旦麦克风、加速度计、陀螺仪和指南针的精度达到了市场解决方案的精度,大众市场就接纳了这些设备。现在每年大约有10 亿台移动设备出货,这些设备中采用的传感器单价已被降至低于1美元。
与此同时,气体传感器的革命与腾飞也需要提升精度。当代跨学科的方法也在不断促进新气体传感器功能的发展与市场增长。电子器件、气体过滤器、封装,以及板载数据分析上的进步确实能够提高传感器的稳定性和精度。而应用人工智能技术和板载数据分析的预测模型和算法也更加强大,对提升传感器性能意义重大。
标签:
-
聚焦:新能源汽车下沉的暗夜与黎明
生活在县城的业务员李凯威计划年内买辆新车,但其在面对选择燃油车还是新能源汽车的问题上犹豫了很久。“新能源汽车的能耗低,用车成本也低
-
今热点:国产控制器如何突破“卡脖子”现状?
1 控制器占机器人成本12%,是工业机器人的大脑我国工业起步虽晚,但发展速度极快,到目前为止,我国是全球唯一一个拥有联合国公布的全部工
-
最新:海德汉亮相第15届中国国际电梯展
2022年11月16-19日,第15届中国国际电梯展将在上海国家会展中心举办。海德汉公司研发生产直线光栅尺、角度编码器、旋转编码器、数显装置、
-
全球滚动:数字化与智能工厂应用论坛 大族电机干货分享
【资料图】2022数字化与智能工厂应用论坛-深圳站顺利召开9月29日,由智博数字主办的数字化与智能工厂应用论坛在深圳福永同泰万怡酒店顺利举
-
环球报道:思谋智能制造:从视觉质检场景切入,向产业数智转型赋能
摘要:(资料图片)在智能制造领域,机器视觉和深度学习技术应用逐渐深入。思谋立足工业场景,推出系列智能制造产品,以新一代视觉AI技术为内
-
世界关注:再砸140亿!宁德时代扩产动力电池及储能生产线
宁德时代表示,本次投资建设生产基地事项符合公司战略发展规划,对公司业务发展具有重要意义。来源:宁德时代公告各企业扩产此起彼伏(相关
-
全球观天下!三分钟回顾!2022年9月自动驾驶领域动态速览
上游原材料上涨,自动驾驶领域成本增加。在此背景下,自动驾驶领域企业推出的自动驾驶服务和产品不断,下面就一起来看看9月的自动驾驶的发
-
【全球报资讯】传感器让桥梁监测更加智能化,千亿市场呼之欲出
为了实现各阶段桥梁生命线状态的可知性、可测性,及时了解、掌握桥梁的健康动态与安全状态,验证设计理论并指导后续同类型桥梁的设计,对其
-
每日看点!物联网正在改变能源管理的未来
根据美国能源信息管理局的数据,到2040年,全球能源消耗预计将增长48%。如果是这样的话,能源和公用事业部门将不得不适应并跟上运营和技术
-
新消息丨工业互联网工程师:为制造业升级插上数字化羽翼
近三个月来,用友网络技术工程师李加金辗转了河南、山西、福建等多个省份的十几家企业。他驻扎在生产车间,和企业技术管理员、一线工人工作
-
世界关注:特种电机龙头拥有 1 亿吨以上锂矿储量,上半年净利增长超600%
近日,江特电机接受多家证券、基金、投资机构集中调研,获得市场追捧。作为一家聚焦电机、锂盐行业发展的国家高新技术企业,江特电机总部位
-
快看点丨2022年中国变频器行业龙头企业对比:汇川技术PK英威腾 谁是中国“变频器之王”?
1、汇川技术VS英威腾:变频器业务布局历程目前中国变频器行业龙头企业有汇川技术(300124)与英威腾(002334),通过对两家龙头企业的发展历程
-
全球简讯:随着智慧交通的发展车联网逐渐普及
(资料图片)智能化、网联化和电动化的发展推动汽车功能和属性发生深刻改变,导致其电子电气架构也随之改变。现有的汽车电子电气架构以分布式
-
【世界聚看点】工业物联网和制造业将成最大5G市场之一
但如果没有 5G性能保证,运营商能否充分利用这个机会?专用5G网络对于工厂和工业自动化领域的最大制造商很有吸引力,其可以在这些领域控制
-
天天关注:5G不是十全十美,5G网络建设没那么轻松!
面对北航教授对5G的发言引发的争论,一些专家表示5G基站的覆盖范围完全可以做到与4G基站相当,然而这仅仅是专家一家之言,而运营商却用自己
-
每日精选:雷赛摆轮分拣解决方案,助力智慧物流装备升级提速
全球电商、快递业的持续爆发,推动着我国物流产业规模高速增长,而物流行业人工成本的不断上涨,促使物流行业从传统方式向数字化、智能化转
-
天天信息:新能源产业链新一轮投资热 9月新能源领域融资汇总
在旺盛的市场需求与资本热捧下,新能源赛道的“吸金”能力愈发强劲,新能源板块企业业绩与股价不断攀升,巨大的发展潜力吸引着众多投资者纷...
-
全球资讯:数字化转型如何助力中小企业迈向“专精特新”?
(相关资料图)发展数字经济是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。近日,工业和信息化部、财政部联合印发的《开展财政支持中小企
-
每日视点!“数”说制造,《驾驭数字化转型——数字化赋能绿色智能制造高管洞察2022》发布
“十四五”规划指出,到2025年数字经济核心产业增加值占GDP比重将达到10%。随着数字经济迈向全面扩展期,制造业不可避免地面临产业升级和低
-
【全球新视野】西门子王海滨:数字化转型,不存在颠覆性技术“弯道超车”
“数字化转型进入深水区,突破口在哪里?会不会有一种颠覆性技术,让数字化转型可以实现“弯道超车”?王海滨对此认为,不会存在颠覆性的技术...
-
【环球时快讯】全球单体最大、产能最高的光伏电池生产基地正式投产!
(资料图)9月28日,全球单体最大、产能最高的光伏电池生产基地----隆基绿能西咸新区高效单晶电池项目在西咸新区泾河新城正式投产。隆基中央
-
【全球快播报】凯邦电机 | 空压机创新核“芯”零部件--磁阻电机
据统计,空压机占大型工业设备(如风机、水泵、锅炉等)总耗电量的约15%,占全国发电总量的9%,因此空压机能效水平提升对于工业节能减排意义
-
今日看点:工业5G在物流行业的应用场景、架构与方案
在智能制造时代,大型的仓储、物流系统中,数以百计的AGV小车、堆垛机蕴藏着巨大的智慧化升级的潜力,伴随着5G商用规模的逐步扩大,物流行
-
天天速读:智慧医疗无疑是医疗行业的未来发展趋势
(资料图)随着新一代信息技术的进步和政策的支持,数字经济与创新产业的融合日益加剧。“十四五”规划中则进一步明确了数字经济对医疗健康产...
-
焦点速讯:“人形机器人”,新产业还是旧思维?
但智能终端产业成熟的标志是形成硬件、软件、内容和服务的完善生态。概念先行后,人形机器人的落地和商业化发展还有很长的道路:前景明媚,
-
天天观天下!工业软件在推动制造业数字化转型中发挥着重要作用
机构调研显示,当前很多企业面临内部成本增加、竞争加剧等挑战,不少企业将数字化转型作为发展战略。业内人士表示,我国正加速迈入智能制造
-
今日最新!皮尔磁将亮相2022年SPS智能生产解决方案展
【资料图】2022年11月8日至10日,在位于纽伦堡的SPS智能生产解决方案国际展会上,Pilz将以“安全可靠”为展会主题,重点介绍涵盖工厂和机械
-
环球观热点:皮尔磁:可配置安全控制系统在灌装行业的应用
(资料图片仅供参考)随着工业水平的进步以及人们安全意识的提高,车间内设备的安全运行越来越受到重视。作为专业的安全自动化解决方案的供应
-
速读:风电光伏“内卷”不断,技术创新才是battle制胜关键
前几日,在部分“夕阳”产业跨界光伏引发热议后,让光伏板块持续活跃,带动概念股频频掀起涨停潮。这些好像抓住财富密码的企业还没来得及沾...
-
全球快消息!动力电池需求旺盛 锂电池隔膜行业龙头加速扩产
9月27日,星源材质发布关于向欧洲子公司追加投资的公告。公告称,公司拟对在瑞典设立的全资子公司星源材质(欧洲)有限责任公司追加投资不超