要確保室內空氣質量高，首先要了解空氣中的物質，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。智能建筑的空氣質量傳感器系統利用了人工智能（AI）等最新技術，為用戶提供了維持健康空氣所需的知識。通常監視的參數包括溫度，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，以及揮發性有機化合物（VOC）例如一些常見的建筑和清潔產品所排放的污染物（圖1）。

監視室內空氣中有毒化合物（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。

除室內空氣質量監測儀外，CO2傳感器還用于醫療儀器中以監測肺功能以及在工業過程監測儀中使用。根據MarketWatch的數據，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）技術的產品。

圖1：帶有環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。。當樣品吸收調制的紅外光束時，入射光會產生熱量。吸收電磁輻射的氣態分子被激發向更高的電子量子態。通常，這種量子態的減少是通過熒光或碰撞發生的。碰撞引起的能量轉移導致溫度升高。以聲頻調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。

物聯網設備的基于PAS的檢測器

正在將用于CO2檢測的傳感器設計到用于物聯網（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室內空氣質量設備中，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或讀數的±3％。表面貼裝設計使IoT平臺中使用的產品顯著小型化。英飛凌表示，基于該公司廣泛的PAS相關技術產品組合，該產品將為能夠監測其他氣體的傳感器鋪平道路。

編輯：hfy