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可监测空气质量并维护健康的微型CO₂传感器

全球变暖已经成为世界性问题。二氧化碳(CO₂)不仅是导致全球变暖的起因,而且还严重影响了我们的健康。为了帮助改善家庭、办公室和医院的空气质量,我们对检测CO₂和其他气体的传感器需求日益增长。TDK成功开发出一款体积远小于传统传感器的CO₂传感器。

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长时间待在通风不畅的房间里,您是否难以保持专注或感觉昏昏欲睡?罪魁祸首可能就是CO₂。众所周知,房间里的高CO₂浓度可能对人体产生各种影响,例如头痛和困倦乏力,因此通常将CO₂浓度用作评估空气污染的指标。目前,室内CO₂浓度更多被用作一项通风指标,以减轻新冠病毒感染的蔓延。此外,为了减缓全球变暖,对于能够检测工厂、工业设备、汽车的CO₂排放量的设备需求与日俱增。从个人健康到全球问题,CO₂检测的作用则越来越重要。

CO₂导致决策绩效降低

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来源: U. Satish, et. al.:《CO₂是否为室内污染物?中低浓度的CO₂对人类决策绩效的直接影响》《环境与健康展望》120,1671(2012)

根据一项有关CO₂浓度如何影响人类生产率的研究,CO₂浓度每提高400ppm,认知能力就会降低20%。以500ppm为基线,当浓度达到2500ppm时,决策绩效会大幅降低。

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虽然测量空气中的CO₂和其他化学物质的需求不断增长,但CO₂传感器迄今面临着诸多技术挑战。传统的气体传感器采用光学技术来测量气体中的分子数量,不仅需要体积更大的封装,而且能耗更高,成本昂贵,从而限制了可安装这些传感器的设备类型。有些传感器采用了 e CO₂(二氧化碳当量)*1方法,虽然它们具有尺寸较小、功耗较低的优势,但它们测量的是CO₂物质的当量,而非直接测量CO₂,因而影响了精度。

传统CO₂传感器与TCE-11101比较

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TDK开发的基于MEMS的CO₂传感器TCE-11101一举攻克了以前困扰传感器的尺寸、功耗和精度难题,实现了微型化和超低功耗。

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TDK集团旗下子公司InvenSense将新兴材料开发、MEMS 工艺技术、人工智能和机器学习功能相结合,克服了以往的挑战,开发出了TCE-11101,它是一款微型气体传感器平台,能够直接精确检测CO₂。TCE-11101 属于SmartEnviro?环境传感器系列,采用微型5 mm x 5 mm x 1 mm封装,因而非常适合移动设备。它的 CO₂浓度检测范围为400ppm至50,000ppm,同时功耗不足1 mW。

InvenSense新兴业务高级总监Sreeni D. Rao博士负责该产品的开发工作,他解释道:“TCE-11101不仅能够实现物联网消费解决方案,还能实现众多不同的健康和商业应用,例如泄漏检测。它易于编程,可轻松集成到系统中,为客户进行最终系统设计和部署提供了便利。”TCE-11101计划于2021下半年全面推出。

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Sreeni Rao博士,高级总监, 新兴业务,InvenSense

CO₂传感器 TCE-11101

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TCE-11101是InvenSense开发的一款紧凑型超低功耗 MEMS CO₂传感器。将在家庭、汽车、物联网和医疗保健应用中进行部署。

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与传统传感器相比,由于TDK的CO₂传感器尺寸更小,功耗更低,因此它们能够安装在以前不可能安装的设备中。这些设备包括移动监控器,用于轻松测量房间内的空气质量,以及车载监控器,用于提高长途驾驶的安全性。该传感器还非常适用于智能楼宇和智能家居,基于 CO₂浓度,实现对供暖、通风和空调(HVAC)系统的精细控制。

Rao博士还重点强调了市场对CO₂以外的其他气体传感器的需求。“除了CO₂以外,我们呼吸的空气中还包括许多其他气体。臭氧、一氧化碳、一氧化二氮、硫化物、甲烷、丙酮、甲醛等物质都对人体健康有害,因此我们迫切需要对它们进行监测。”

现在,根据温度和湿度来控制空调的系统非常普遍。随着CO₂和其他气体传感器的发展,今后可能实现更先进的空气环境监控,这将有助于造福大众,为人类健康做出贡献。

CO₂ 传感器应用实例

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InvenSense通过SmartSensor平台提供众多传感器技术,例如加速度、角速率、磁罗盘和麦克风,面向消费和工业设备应用。有关更多信息,请访问InvenSense网站。

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*1 - e CO₂:二氧化碳当量。基于e CO₂的传感器进行 CO₂ 测量不太精确。

*2 - MEMS:微机电系统。集成了电路和机械元件的微型设备。它们可用于构建更小巧、功耗更低的产品。

以上就是TDK CO₂传感器的介绍


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