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上班总是犯困?体积仅1立方厘米的二氧化碳传感器有妙招!

你上班总是犯困吗?相信这一“灵魂拷问”困扰着不少上班族。倘若领导责问起来,先别慌张——或许办公室内满满的二氧化碳,才是令你昏昏欲睡的“元凶”!

众所周知,当人处于密闭空间内,二氧化碳的浓度会持续增加;直到浓度超过2000ppm,人体产生瞌睡、注意力下降和头痛等症状。对于久坐办公室的上班族来说,一整天关窗开空调、室内空气不流通,二氧化碳浓度会持续上升,难免会“犯困”。如果室内有一个实时检测二氧化碳浓度、并自动调节室内通风的设备,就符合当下智能化的时代主题了!

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近日,环境传感器领域的专家——盛思锐推出一款体积仅为1立方厘米的微型二氧化碳和温湿度传感器SCD40,它以光声传感原理为基础,集小尺寸和高性能为一体,为室内智能应用场景带来了更多可能性。

突破二氧化碳传感器的尺寸壁垒

“与前一代的SCD30相比,SCD40体积更小、性能更高、价格更低。”盛思锐大中华区总经理李锦华向《国际电子商情》介绍道。从现场的样品展示来看,SCD40的尺寸为10mm * 10mm * 7 mm,其尺寸相比前一代SCD30缩小了5倍。

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左:SCD30;右SCD40

据介绍,得益于盛思锐CMOSens®专利技术,SCD40成功突破尺寸壁垒。SCD40利用光声学传感原理,在不影响传感器性能的前提下,它的光学共振腔的尺寸得以大幅度减小。与此同时,光声传感原理具备了高机械稳定性,进而确保了传感器的精确输出,无需重新校准序列,令传感器的整体性能更稳定。

尽管SCD40在尺寸、技术等方面取得了突破,但它的价格并没有水涨船高。据介绍,光声传感技术在保证高性能的同时,还令SCD40可以集成了更多的器件,如温湿度传感器,同时可采用LGA贴片封装,有效整合成本和空间。

此外,盛思锐还通过高比例的自制零部件来降低成本。SCD40内绝大部分的零部件都由盛思锐自己设计和生产,极大程度上降低了整体的制造成本,做到“加量加料不加价”。

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盛思锐大中华区总经理李锦华

李锦华认为,温湿度传感器的价格一直在降低,主要是技术迭代所致,本质上是产业发展成熟的标志。以前一个温湿度传感器就要花20美金,现在只需要几美金,这是所有传感器企业都面临的市场变化。对此,研究更先进的技术、推出更高性价比的产品、狠抓成本管控,是盛思锐应对新形势的可行性策略。

“SCD40定位于大批量以及对成本高度敏感的应用需求,相信会在物联网、汽车、暖通空调系统、家电和消费电子产品等细分市场崭露头角。”李锦华展望道。据悉,SCD40这款微型二氧化碳和温湿度传感器将于2020年上半年投入市场。

NDIR、PAS技术的优缺点

如今市面上的二氧化碳传感器主要应用NDIR,而光声传感技术是相似但不同于红外气体检测技术。SCD40能把二氧化碳、温湿度传感器集成在仅为1立方厘米的模块中,就得益于采用了后者。

红外气体测量感应技术 (NDIR)

NDIR红外气体传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源,光线穿过光路中的被测气体,透过窄带滤波片,到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性,利用气体浓度与吸收强度关系鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。

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其主要由红外光源、光路、红外探测器、电路和软件算法组成的光学传感器,可以用于测化合物,例如:甲烷、二氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化硫、氨气、乙醇、苯等,并包含绝大多数有机物。

NDIR是目前最常见的二氧化碳传感器技术,但也有缺点,例如光源和探测器之间如果发生任何偏移的话,信号就没有办法击中探测器,最终会出现一些偏差。

对此,NDIR的技术路线分为两条:一是向低分辩率、长波长、多气种方向发展,主要市场是分析仪表;二是向小体积、低成本方向发展,主要市场是室内空气质量IAQ检测,气种包含二氧化碳和碳氢类气体,全球销量约几百万只。但无论如何,上述两个应用领域对传感器尺寸大小需求不那么高,NDIR在未来一段时间内仍有用武之地。

光声传感技术 (Photoacoustic,PSA)

声波传感技术以声波传感器为主体,将声波信号转换成电信号的装置,是指机械振动引起周围弹性介质中质点的振动由近及远地传播向四面八方传播,在开阔空间的空气中的传播方式,就像逐渐吹大的肥皂泡,是一种球形的阵面波。传播过程中,气体分子不容易受到干扰,信号的稳定性更强。

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其实,光声传感原理已推出了几十年,到目前为止都是为昂贵的实验室规模的仪器所预留。盛思锐选用光声传感技术的原因,不仅在于其能保持超高性能的同时大幅缩小传感器尺寸,还在于其制造成本的可控性。

李锦华认为,目前二氧化碳传感器的价格受材料清单成本的影响较大。由于光声传感器的材料清单比红外线气体检测传感器小很多,因此光声传感器将在不久的将来决定二氧化碳传感器的价格标准。

为智慧楼宇提供全方位的环境传感器方案

近年来,人们对智慧生活的极致追求,也催生了智慧楼宇的火爆发展。其中,传感器作为楼宇数据收集的核心元器件,被众多布局智慧楼宇的科技巨头、互联网大咖、人工智能新秀所关注;更不乏一些芯片厂商、传感器厂商与他们展开深入合作,实现楼宇内部的“数据收集-准确传输-云端分析-指令控制”。

据介绍,区别于按需控制通风(DCV)和室内空气质量监测两大成熟市场,二氧化碳传感器如今还在新兴市场上全面拓展。例如DCV用于空调的换气,通过移动app或LED标记IAQ的智能温控器,以及当二氧化碳浓度超过临界阈值自动调节室内状态的空气净化器等等。SCD40已经可以实现上述应用场景。

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至于更前端的智慧城市、智慧楼宇领域,盛思锐也正在与客户厂商合作配合,希望能提供包括二氧化碳传感器、PM2.5传感器、温湿度传感器、VOC传感器等环境传感器方案,对智慧楼宇的数据收集提供全方位的帮助。

“如今智慧城市、智慧楼宇、智慧工厂等众多智慧场景,都少不了传感器的身影,都需要借助传感器完成更精准、更高效的实时数据收集,这正是盛思锐的能力所在。” 李锦华表示,“盛思锐每年都会拿出营收总额的21%用于研发投入,随时准备迎合新兴市场的不同机遇。与此同时,盛思锐还会持续加大对中国市场的投入,为国内客户提供更多优质的环境传感器产品。”

原创
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Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
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