要確保室內(nèi)空氣質(zhì)量高，首先要了解空氣中的物質(zhì)，以便您可以識別污染源，然后對付這些污染源或相應地消除它們。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，為用戶提供了維持健康空氣所需的知識。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都可能是危險的。如果建筑物的通風不良，乘員僅進行呼吸就會耗盡室內(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會引起頭痛，嗜睡和惡心。高水平的接觸可能會危及生命。

除室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測儀外，CO2傳感器還用于醫(yī)療儀器中以監(jiān)測肺功能以及在工業(yè)過程監(jiān)測儀中使用。根據(jù)MarketWatch的數(shù)據(jù)，到2024年，
CO2傳感器市場的復合年增長率將達到10％，當年的總價值為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

光聲光譜學基于光聲效應：當材料受到光脈沖照射時，它會發(fā)出與光頻率匹配的聲波。PAS可檢測壓力變化時樣品中的周期性溫度波動。該技術可進行測量，而不管樣品的形狀如何，從而使靈敏度隨光源的強度而增加。

隨著高靈敏麥克風的發(fā)展以及電子技術的其他進步，研究人員在PAS技術（用于測量氣體樣品，主要是CO2）的測量方面取得了巨大進步。。當樣品吸收調(diào)制的紅外光束時，入射光會產(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)移導致溫度升高。以聲頻調(diào)制輻射源會導致溫度周期性變化，從而導致周期性的壓力變化，可以將其視為聲音信號。因此，可以使用靈敏的麥克風來檢測氣相中的這種影響。直接測量吸收（與濃度成比例）。這意味著PAS極其精確，并且可以在一個測量室中同時監(jiān)控所有氣體。

非色散紅外（NDIR）傳感器是用于測量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到IR光檢測器前面的濾光器。檢測器測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)設備的基于PAS的檢測器

正在將用于CO2檢測的傳感器設計到用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的智能設備中。借助基于光聲光譜的新型XENSIV PAS210，英飛凌旨在用小尺寸的設備代替笨重的昂貴設備，以便更快地集成到IoT室內(nèi)空氣質(zhì)量設備中，例如空氣凈化器，恒溫器，氣象站和個人助理（圖2）。與市場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和樓宇自動化等應用中實施。

圖2：XENSIV PAS210大大減少了電路板空間需求。圖片：英飛凌）

XENSIV PAS210實現(xiàn)了靈敏的MEMS麥克風用于檢測，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％。表面貼裝設計使IoT平臺中使用的產(chǎn)品顯著小型化。英飛凌表示，基于該公司廣泛的PAS相關技術產(chǎn)品組合，該產(chǎn)品將為能夠監(jiān)測其他氣體的傳感器鋪平道路。

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