淺談空氣質(zhì)量檢測和傳感器的應(yīng)用

張梅

摘要：隨著工業(yè)的發(fā)展，污染問題特越來越嚴(yán)重，空氣污染問題成為人類最為關(guān)心的問題之一。因此，人們展開了一系列的空氣環(huán)境保護(hù)工作，而在這一系列工作中，利用傳感器對室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測是環(huán)境保護(hù)的首要環(huán)節(jié)。基于此，本文首先從氣體傳感器進(jìn)行概述，接著對氣體傳感器測試技術(shù)進(jìn)行了概述，最后介紹了幾類傳感器，并提出了對未來空氣質(zhì)量檢測的展望。

關(guān)鍵詞：空氣;質(zhì)量檢測;傳感器

人們每時(shí)每刻都離不開氧，并通過吸入空氣而獲得氧。一個(gè)成年人每天需要吸入空氣達(dá)6500升以獲得足夠的氧氣，因此，被污染了的空氣對人體健康有直接的影響。人的一生中有90%以上時(shí)間在室內(nèi)度過，可見，空氣品質(zhì)對人的影響更是至關(guān)重要。

一、氣體傳感器概述

工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們往往需要對接觸到的有害氣體進(jìn)行檢測和控制。其中以氣體傳感器作為最佳檢測工具。它將有關(guān)氣體的成分、濃度等物理特性轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺奖闳藗冋_、有效地控制和應(yīng)用。國內(nèi)外氣體傳感器發(fā)展很快，原因在于人們對有害氣體的安全意識增強(qiáng)，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高：另一方面是相關(guān)的安全法規(guī)推動了傳感器市場的增長。氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器已列為國家重點(diǎn)支持發(fā)展項(xiàng)目，我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，研究、發(fā)展方向表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）新型氣敏材料的研發(fā)。在傳統(tǒng)的氣敏材料中摻雜某些元素，研制、開發(fā)復(fù)合型及混合型的半導(dǎo)體、高分子氣敏材料，使得它們對不同的氣體表現(xiàn)出高靈敏度、高穩(wěn)定性和高選擇性的特性。（2）新型氣體傳感器研發(fā)。使用新型材料、新型工藝及新技術(shù)，進(jìn)一步研究氣體傳感器的機(jī)理，使得它們更加微型化、多功能，具備性能穩(wěn)定、使用方便和價(jià)格低廉等特點(diǎn)。（3）借助計(jì)算機(jī)技術(shù)使得傳感器更加智能化。將氣體傳感器與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，研制出新型仿生氣體傳感器是未來傳感器發(fā)展的主要方向。

二、氣體傳感器測試技術(shù)概述

氣體傳感器測試技術(shù)的發(fā)展并未能跟上氣體傳感器技術(shù)發(fā)展的速度。影響這一發(fā)展的原因是多方面的。比如：如何快速實(shí)現(xiàn)氣敏元件的檢驗(yàn)和分檔，如何提高測試效率、精度。更為重要的是手工測試無法實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量，從而不能準(zhǔn)確地測得氣敏元器件的響應(yīng)時(shí)間曲線、恢復(fù)時(shí)間曲線等參數(shù)，限制了氣敏元件的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。從檢索和專利資料來看，對于氣體傳感器的研究，國外僅有日本的費(fèi)加羅公司借助單片機(jī)開發(fā)出一種自動巡回監(jiān)測系統(tǒng)。但是，他們在應(yīng)用中，不同程度上暴露了的缺點(diǎn)，阻礙了系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。相信，該測試系統(tǒng)經(jīng)改進(jìn)后，將以更強(qiáng)的功能、更高的靈活性和性能價(jià)格比的優(yōu)勢，增強(qiáng)氣體傳感器市場競爭力，開拓其廣闊的應(yīng)用前景。

三、空氣檢測儀的強(qiáng)力武器一傳感器

檢測技術(shù)是人們認(rèn)識和改造世界的一種必不可少的重要技術(shù)手段。而傳感器是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)等活動中對信息資源的開發(fā)獲取、傳輸與處理的一種重要工具。下面將介紹兩種在空氣質(zhì)量檢測方面發(fā)揮重要作用的傳感器。

（一）迦伐尼電池式氧氣傳感器

迦伐尼電池式氧氣傳感器的結(jié)構(gòu)：在塑料容器的一面裝有對氧氣透過性良好的、厚l0-30μm的聚四氟乙烯透氣膜，在其容器內(nèi)側(cè)緊粘著貴金屬（鉑、黃金、銀等）陰電極，在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽極。氧氣在通過電解質(zhì)時(shí)在陰陽極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使陽極金屬離子化，釋放出電子，電流的大小與氧氣的多少成正比，由于整個(gè)反應(yīng)中陽極金屬有消耗，所以傳感器需要定期更換。

（二）紅外式傳感器

紅外式傳感器利用各種元素對某個(gè)特定波長的吸收原理，具有抗中毒性好，反應(yīng)靈敏，對大多數(shù)碳?xì)浠衔锒加蟹磻?yīng)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。紅外線對射管的驅(qū)動分為電平型和脈沖型兩種驅(qū)動方式。由紅外線對射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創(chuàng)新點(diǎn)在于能夠抵抗外界的強(qiáng)光干擾。太陽光中含有對紅外線接收管產(chǎn)生干擾的紅外線，該光線能夠?qū)⒓t外線接收二極管導(dǎo)通，使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

四、對未來空氣質(zhì)量檢測的展望

隨著人們生活水平的不斷提高和對環(huán)保的日益重視，對各種有毒、有害氣體的探測，對大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測以及對食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測都對氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測多種氣體的全自動數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。

五、總結(jié)

隨著人們對室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量要求越來越高，空氣污染物的檢測日益受到重視，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析方法通常作為仲裁法，檢測結(jié)果準(zhǔn)確但耗時(shí)較長。因此，基于多目標(biāo)融合的傳感器技術(shù)，研制能夠同時(shí)監(jiān)測多種氣體的全自動數(shù)字式的智能氣體傳感器將是室內(nèi)環(huán)境現(xiàn)場檢測的重要研究課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬傳彬，王志坤.空氣質(zhì)量檢測與傳感器的應(yīng)用[J].電子世界.2017（11）：143.