幾種常用的氣體傳感器檢測現狀與優缺點分析

隨著近幾年全國空氣質量越變越差，人們對空氣質量越來越關注，尤其是生活在大城市人口密集區的人們，有人甚至期盼手機有空氣檢測功能，可以實時檢測自己周圍的空氣質量，以便及時采取必要的措施。要想檢測氣體中有害氣體濃度就要有氣體傳感器，通過它將測試濃度轉化成對應的數字標準讓用戶清楚地知道周圍的空氣質量。這種檢測功能最好能夠內嵌在手機或者其它可穿戴設備中，方便用戶隨身攜帶，這樣才能夠達到實時檢測的目的。這就要求氣體傳感器的功能集中，而且體積小，方便設計。 

金屬氧化物(MOS)氣體傳感器是1950年代日本神戶的研究開發成果。這種感測組件由加熱至高操作溫度(300-500°C)的絲網印刷金屬氧化物層(通常是SnO2、CuO或ZnO的改進版本)組成。在此高溫下，氧吸附至表麵並調整材料的導電性能，當大氣中的氣體隨後與吸附的氧反應時，即可進一步調節材料的導電性能。

這些研究發現創造了一個價值數十億美元的工業安全領域，一部分則來自幾個國家的法規推動。然而，這種傳感器的大外形尺寸與功率要求，使其至今仍無法被應用在更多的商用領域。

微機電係統(MEMS)製造製程已經使得MOS傳感器實現大量生產。以前它可用於同時印製200個傳感器，但必須在實驗室中以多層印刷材料進行。透過火焰熱解的材料製造與沈積新方法意味著一座代工廠中每天可製造數百萬個傳感器。由於使用微型加熱板，對於功率的要求已經大幅降低了十倍，如今的傳感器功耗還不到10mW。

這種被稱為MEMS或CMOS氣體傳感器的新一代化學傳感器，可讓MOS感測原則微縮至組件級。他們適於被整合至許多低功耗的手持設備中，例如手機與平板以及穿戴式徽章和首飾。這種傳感器具有偵測空氣中汙~染物的能力，即將為環境氣體傳感器帶來重大影響，IDTechEx預計這一市場將持續擴大，在2027年以前達到30億美元的市場規模。

這種製造製程的革命，也為氣體傳感器產業帶來了幾次收購。最值得注意的是AMS收購Cambridge CMOS Sensors (CCS)——這是一家從劍橋大學和華威大學獨立出來的公司。

Cambridge CMOS Sensors憑借其利用創新封裝技術製造傳感器的關鍵地位，在不到六年的時間內從早期發展階段一躍而成為氣體傳感器技術的領導廠商之一。AMS很快地看到中國市場快速成長，智能手機與健身追蹤器用的組件開始用於作為環境監測器以及監測酒！精含量的唿吸器。

較傳統的MOS氣體傳感器製造商急於趕上這些新興廠商。日本Figaro Engineering推出了一係列微型傳感器，搭配主要用於一氧化碳監測的傳感器組合，如今在美國和歐洲大多數的家庭中都可以看到相關應用。

Sensirion最近出售旗下整個氣壓傳感器部門，集中各種資源發展不斷成長中的環境氣體傳感器。該公司將在2017年發表首款氣體傳感器，該組件在單個微型電熱板上使用多種金屬氧化物材料，可在尺寸僅2.45 x 2.45 x 0.9 mm的傳感器上測量傳感器上的多種氣體。

這些進展正推動氣體傳感器朝向消費電子設備發展，預計將在未來五年即可看到大幅成長。為了監測與對抗全球都市中日益增加的空氣汙染，很快地將在智能手機、穿戴式設備與室內監測設備中看到這組件。