ガスセンサー市場は、室内の空気の質に対する懸念の高まりと、それを検出および測定するためのより優れた技術に牽引されて、急速に拡大しています。

室内空気質センシングは、外部とは異なる (重複する部分もある) ガスと濃度を対象としています。 しかし、人や動物にとって有毒なものについての新しい研究の洪水と大部分が一致したパンデミックまで、これは比較的静かな市場でした. 大規模で不格好なシステムが、はるかに小さく、安価で、より正確なセンサーとモジュールに置き換えられるにつれて、この状況は変化しています。

システム設計者が現在直面している課題は、 センサー どの基準に準拠しているか、正確な結果を得るために十分な量と質を備えた実際に入手可能なもの。

TDK のガスおよび環境センシング製品および事業のシニア ディレクターであり、ガス センサーの SEMI 規格に取り組んでいる Sreeni Rao は、次のように述べています。 「しかし、適切に処理したり換気したりしないと、人を死に至らしめる可能性のあるガスが他にもたくさんあります。 二酸化炭素は、最大 50,000 ppm の濃度で部屋にいる人を殺す可能性があります。」

良いニュースは、センサーの数が急速に増加していることです。 たとえば、ガスセンサーはスマートフォンに表示され始めています。 しかし、規格はたくさんありますが、流動的でもあります。そのため、従うべき規格を把握し、信頼できるサードパーティ ラボによって認定されたセンサー/モジュールを取得することは、センサーの設計に不可欠な要素です。

SEMI の MEMS and Sensors Industry Group (MSIG) が実施した最近の調査によると、大気質の監視に万能のサイズはありません。 GE Research の主任科学者であり、MSIG の Device Working Group の議長である Radislav Potyrailo が執筆した論文によると、「屋内と屋外の汚染物質は異なり、特定の技術は他の技術よりも検出が優れている可能性があります」。 ボッシュ センサーテックの MEMS センサーの消費者市場ビジネス開発を担当するロバート ボッシュ LLC のシニア マネージャー、坂内良太郎氏。 TDKのラオ。 ルネサスのシニア プロダクト マーケティング マネージャーである Christian Meyer は、ガス センサーを専門としています。

公式の大気質監視のために政府機関によって承認された、かさばって高価なガス検知および大気質システムは置き換えられていません。 しかし、それらは、大気質の測定値を民主化し、マイクロローカライズする、より小型で消費電力の少ないバージョンによって補完されています.

消費者と同様に、センサーとシステムの設計者にとっての問題の XNUMX つは、大量の空気品質基準を選別することです。 これらの基準のいくつかは、不健康と見なされるものに関する新しい科学に基づいて、まだ作成および更新されています. そのため、システムが実際の標準または一連の標準に基づいていることを証明することが重要です。 さらに、これらのデバイスは継続的に調整する必要があり、データを「解釈」するアルゴリズムを更新する必要があります。

基準は地域によって異なる場合があります。 すべての国が独自の室内空気質 (IAQ) 基準を設定しており、一部の基準は建物および健康/安全組織によって設定されています。 そのため、一部のセンサー メーカーは、政府や建築業界団体の基準に従うのではなく、独自のルールを定義しています。 ルネサス ガスセンサー専門。

研究に基づく新しい基準は、屋内環境で人々に影響を与えるものを発見しています。 これらの基準は、健康研究から収集された大量のデータが設計プロセスに統合されるにつれて進化しています。

科学に基づく XNUMX つの重要な室内空気質 (IAQ) 基準は、UBA、WELL、および RESET に基づいています。

• UBA: これらは、ドイツ連邦環境庁である Umweltbundesamt (UBA) の基準であり、個人の住宅にさまざまな推奨事項を提供しています。
• WELL: これは、米国に拠点を置く International WELL Building Institute の建築業界標準です。
• RESET: GIGA によって管理されていますが、2013 年に GIGA の上海を拠点とするチームによって開始されたこのグループは、カナダのケベックに本社を置き、米国と中国にオフィスを構えています。 RESET は主にアジアで使用されています。

これら XNUMX つの IAQ 基準は、世界保健機関およびその他の基準によって通知されます。 オフィスや工場などの公共空間でのIAQは規制されていますが、住宅のIAQは規制されていないことがよくあります。 一酸化炭素センサーを個人の家に設置することを強制することはほとんどの場合できません。

Renesas の Meyers 氏は次のように述べています。 「たとえば、ASTM には標準があります。 SEMIには規格があります。 ULには規格があります。 そのため、異なる重点と異なる焦点を持つ他の多くの基準があります。」

米国環境保護庁 (EPA) は、外気を監視し、オゾン (O₃）、 いいえ₂、 そう₂、および CO — EPA 承認の機器を使用して空気中の粒子濃度を測定し、大気質指数 (AQI) 番号を取得します。

室内空気
ガス検知技術は、物理的方法を使用するものと物理化学的方法を使用するものの XNUMX つの陣営に分けることができます。 物理的方法には、音響、熱、光学、分離、および電子があります。 物理化学は、電気化学、イオン化、化学抵抗です。 IAQ センサーは、屋外センサーとは異なるいくつかの化合物を検出します。 総揮発性有機化合物 (TVOC) は、CO に加えて、家具、塗料、およびカーペットからガスを放出する可能性があります。₂ オゾン（O₃) といいえ_x 検出が含まれます。

図 1: ガス測定技術は、物理的方法または物理化学的方法のいずれかに分類されます。 出典：ルネサス

絶対対策
人間の鼻は汚染物質に非常に敏感ですが、すぐに順応するため、特定の匂いに繰り返しさらされると、それらの匂いを感じなくなります。 ただし、無制限ではありません。 鼻と脳は、特定のしきい値内で環境に適応します。 たとえば、混み合った会議室に座って昼食をとっている人々は、もう食べ物のにおいがしないかもしれませんが、部屋に入ったばかりの人にはにおいがはっきりとわかります。 同様に、ロサンゼルスの住民はオゾンに慣れているため、オゾンの匂いを嗅ぐことができません。

人間の鼻がしばらくガスを検出することは信頼できないため、絶対的な対策が重要です。 絶対尺度は、範囲ではなく数値です。

「臭いがしないからといって、空気が良いとは限りません」とメイヤー氏は言います。 「しかし、私たちはさらに一歩前進したいと考えています。 絶対濃度を測定したくありません。 また、健康への影響の認知スコアについて、それが何に関連しているのかをお伝えしたいと思います。 気分が良ければ、生産的な職場環境にあることを証明できますか? それとも、家に座っていつも疲れを感じていますか? 私たちは医者ではないので、独自の基準を作りません。 私たちは社会勉強をしたり、認知スコアがどうなるかを見たりする人ではありません。 しかし、私たちはすでに存在する標準を参照しています。」

測定される濃度レベルは、作業に必要なセンサーのタイプを示す良い指標です。 XNUMX 万分の XNUMX (ppm) を検出する場合、センサーの感度は XNUMX 億分の XNUMX (ppb) を検出する場合よりも低くなる可能性があります。 化学者は、mg/m を使用してガスの濃度を調べます³. エンジニアは、XNUMX 万分の XNUMX または XNUMX 億分の XNUMX で話します。

また、温度と湿度も絶対測定に影響を与えるため、センサーを校正する必要があります。 「湿度と温度は常に影響を及ぼします。常にです」と Meyer 氏は言います。 「温度はセンサーを含むあらゆるものに常に影響を与えるため、温度の影響について質問してください。 そのため、温度と湿度を補正する必要があります。」

このプロセスを簡素化するために、湿度センサーと温度センサーが大気質モニターに組み込まれ始めています。 「空港用の一般的なモニターには、温度/湿度センサーが内蔵されています。 一部のスマートフォンでさえ、すでにそれを備えています」と Meyer 氏は述べています。 「温度/湿度センサーを搭載したスマートフォンは数十種類あります。 新しいことは、スマートフォンに空気質センサーを組み込むことです。 空気質センサーを搭載したスマートフォンは、世界で XNUMX 種類あります。」

図2：ガスセンサー技術。 出典：ルネサス

しきい値と相対測定
機械学習もセンサーに組み込まれており、他の変数のコンテキストでデータをより適切に理解できるようになっています。 しきい値数と測定値を使用すると、相対数が危険なレベルにあるという警告を発することができます。

「空気の質に関して比類のないものが XNUMX つあります」と Meyer 氏は言います。 「最初に、一般的なしきい値を念頭に置いてください。 しきい値とは、特定のガスが特定の濃度を持ち、不健康または有毒になっていることを意味します。 たとえば、たき火で発生する一酸化炭素について考えてみてください。 イギリスの家庭では、暖炉の中に煙突があるのが一般的で、換気があまり良くありません。 別の例として、一酸化炭素または窒素酸化物があります。 二酸化窒素（NO₂) および一酸化窒素 (NO) には、超えてはならない下限しきい値があります。 オフィス環境や産業環境などの公共スペースでは規制されているため、特定の値を超えることはできません。 一酸化炭素の場合、これは 50 ppm です。 30 ppm に達するとすぐに、アラームを鳴らさなければなりません。 反対行動を取らなければなりません — 人々に建物から出て、部屋から出るように伝えなければなりません。」

まとめ
屋内ガス センサー IC とモジュールは、種類、材料、およびフォーム ファクターのルネッサンスの最前線にあり、さらに多くの技術革新がまだ研究段階にあります。 システム レベルのファームウェアとハ​​ードウェアの改善、および機械学習アルゴリズムにより、システム設計者は、建物の空気質の読み取りと調整を自動化し、空気質を報告するシステムにガス センサーを簡単に採用できるようになりました。 これらのセンサーから引き出されたデータは、ユースケースに基づいて、必要なだけ正確です (XNUMX 万分の XNUMX または XNUMX 億分の XNUMX までのセンシング)。

これらのセンサーが普及するにつれて、より多くのオプションと機能が利用できるようになり、センサーが従わなければならない標準がさらに増える可能性があります。 少量のガスを低コストで正確に測定できるようになることは、最初のステップにすぎません。

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• 情報源： https://semiengineering.com/indoor-gas-sensors-proliferate-with-better-standards/