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产品概要
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产品概要
当下全球变暖已成为一个世界性的课题,其主要元凶就是CO₂(二氧化碳)。该气体不仅会导致温室效应,很大程度上还会影响人类健康。为了改善家庭、办公室和医院等场所的空气环境,人们越来越重视监测以二氧化碳为首的各种气体,由此推高了对此类传感器需求的增长。TDK正在开发一款比以往传感器尺寸明显更小且功耗更低的CO₂传感器。

CO₂的检测需求越来越高

想必您也有过长时间待在通风不良室内而导致注意力下降或犯困的经历,其原因可能就在于CO₂。室内CO₂的浓度增高会对人的身体产生各种各样的影响,如头痛或犯困、倦怠等,因此CO₂浓度也被用作评价空气污染的指标。据纽约州立大学等机构进行的一项研究报告称,室内的CO₂浓度每上升400ppm,人类认知功能会下降20%。最近,为有效抑制新冠状病毒的扩散,采用空间的CO₂浓度作为换气标准的情况也在不断增加。此外,为了应对全球变暖,对于能检测出工厂、工业设备和汽车等的CO₂排放量的设备的需求也在与日俱增。总之,从人类日常健康到全球性的气候问题,CO₂检测变得越来越重要。

根据CO₂浓度人类生产力影响的研究,CO₂浓度每上升400ppm会导致人类认知功能下降20%,若以500ppm的评分为标准,当上升至2,500ppm时,决策行为表现会大幅下降。

不同CO₂浓度对决策行为表现的影响

出处:
U.Satish等人刊登于《Environmental Health Perspective》【120, 1671 (2012)】上的《 Is CO₂ an Indoor Pollutant? Direct Effects ofLow-to-Moderate CO₂ Concentrations on Human Decision-Making Performance 》

传统的CO₂检测挑战

空气质量监测以CO₂为首,人们对测量空气中的化学物质的需求日渐高涨,但传统的CO₂传感器存在着很多技术挑战。大多数传感器采用光学方法测量气体中存在的分子量的方式,不仅传感器封装尺寸大,功耗高,而且价格昂贵,因而适用于领域和可安装的设备非常有限。而基于eCO₂*1的传感器虽然具有尺寸小、功耗低的优点,但由于不是直接测量空气中的CO₂,而是采用测量等效CO₂物质的方式,因此存在检测精度较低的问题。

*1 eCO₂:等效二氧化碳物质。

目前CO₂传感器的挑战

  • 光电传感器:尺寸大、功耗大、价格昂贵
  • 基于eCO₂的传感器:CO₂测量精度不高

TDK CO₂传感器的特点和优势

CO₂传感器的核心技术包括:采用全新开发材料和MEMS*2工艺技术的传感器芯片、结合板载微型计算机和模拟的混合设计的控制电路 (ASIC)、灵活应用了TDK MEMS麦克风技术和工艺的封装,以及具有校准和修正功能的TDK专有软件。
通过这些技术实现了CO₂的检测精度(400-5,000ppm)、传感器的小型/薄型化(5.0×5.0×1.2mm)、低功耗(1.8mW/测量周期60秒)。

*2 MEMS:微型机电系统,指集成了电路和机械元件零件的设备,有助于实现产品的小型化和低功耗化。

TDK CO₂传感器的核心技术
✓直接检测CO₂ 400-5,000ppm
✓小型低剖面 5.0×5.0×1.2mm
✓低功耗 1.8mW(测量周期60秒)

小型CO₂传感器可拓展的潜在应用

相比于传统方式,实现了小型化和低功耗化的TDK CO₂传感器可适合更多应用并安装于各种设备,比如用于轻松测量室内空气环境的移动式空气质量监测仪、支持长途安全的车载用空气环境监测仪,以及智能楼宇和智能家居根据CO₂浓度控制HVAC的系统,并且有望扩展到可穿戴设备等。
基于温度和湿度的空调控制系统如今现已非常普及。今后,随着包括CO₂在内的各种传感器的不断演进,有望促成更为先进的空气环境监测解决方案,从而更好地保护更多人的健康。

CO₂传感器的应用实例

室内空气质量监测(IAQ)

通风系统(DCV)

汽车内部空气质量监测

可穿戴设备

总结

TDK的CO₂气体传感器是一款体积更小、功耗更低的产品。TDK正在利用各种技术持续开发CO₂气体传感器,包括使 用TDK薄膜热敏电阻的MEMS结构传感器元件、控制传感器的ASIC、与 MEMS结构兼容的封装以及软件技术。我们相信TDK的CO₂传感器可以应用于以前无法安装的各种设备中。TDK将继续致力于开发各种新型气体传感器技术并拓展其应用领域,包括CO₂传感器。如果本文中介绍的产品以及技术可能会对您的项目有所帮助、请通过填写下方的联络表格随时与我们取得联络。