气体传感器将向微型化、智能化趋势发展


气体传感器将向微型化、智能化趋势发展

气体传感器广泛应用于工业、生活的各个领域,如石油、化工、钢铁、冶金、矿山、环保、市政、医疗、食品等诸多领域。近年来,随着互联网与物联网的高速发展,气体传感器在新兴的智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域的应用突飞猛进,大幅扩展了应用空间,需求量也发生数量级的改变。 

气体传感器品类多样应用广泛

目前应用的气体传感器中,以半导体、电化学、催化燃烧、红外四大门类为主,其工作原理各异,功能特性各有优势。 

半导体气体传感器适用面广,简单易用,在家用燃气检测、智能家电等领域大量应用,是目前气体传感器中应用最为广泛的品种;

电化学气体传感器非常适合低浓度毒性气体检测,以及氧气和酒精等无毒气体的检测,目前主要应用在各种工业领域以及道路交通安全检测领域;

催化燃烧式气体传感器适用于可燃气体检测,主要在煤矿领域检测瓦斯使用;

红外气体传感器适用于检测甲烷、二氧化碳等气体,在目前的实际应用中以二氧化碳产品应用居多、范围更广,主要应用在暖通空调与室内空气质量监控、工业过程及安全防护监控、农业及畜牧业生产过程监控等领域。 

气体传感器的环境监测成为环保的迫切需求

环保需求日益迫切,加之传感器技术本身的不断发展,正推动环境监测有望成为物联网(IoT)垂直领域中率先落地的亮点应用之一。气体传感器、水环境检测传感器、土壤污染检测传感器等成为建立环境监测系统的“三大基石”,越来越为社会各界及国家的重视。

“传感器三大基石”之一的气体传感器除了在环境监测的其他领域,例如工业、家居、医疗、楼宇等也创造了更多机会。据Yole Développement预测, 2021年气体传感器市场将囊括9.2亿美元的市场价值,未来5年间的年复合增长率为7.3%,其中环境监测更是在所有应用领域中位列第三。

MEMS气体传感器在消费应用领域的增长更为迅速 

根据 Yole Développement’的分析,气体传感器很可能是下一个集成在智能手机或可穿戴设备的最佳选择。消费应用正在推动新的气体传感器发展,以减少成本、功耗和尺寸,尤其是采用MEMS技术的解决方案。气体传感器在消费应用的市场规模应该会从2015年的1200万美元增加2021年的9500万美元。如果大规模在新型技术上使用,那么还将会有6000万美元的增长。2015年至2020 年,其复合增长率超33%。这一段时间气体传感器增长率有望成为历史上最高。所有这些迹象表明:气体传感器的市场开始了。

市场研究机构Yole Developpement最新报告指出,2015年气体传感器(Gas Sensor)在消费性电子应用市场的出货量仅约一百三十万颗,然而在未来智慧型手机与穿戴式装置大量采用下,可望于2018年突破一亿颗大关,并在2021年跃增至三亿五千万颗。

气体传感器微型化、智能化和多功能化的发展趋势

和其它传感器一样,气体传感器发展的趋势也是微型化、智能化和多功能化。纳米、薄膜技术等新材料制备技术的成功应用为气体传感器实现新功能提供了条件。利用MEMS技术帮助实现传感器尺寸小型化,进而研究多气体传感器的集成以实现多功能化。而气体传感器与数字电路的集成则将成为实现智能化的必然途径。小型化智能化的气体传感器将成为激活市场的新亮点。

国际巨头顺应这一趋势,Bosch已经推出了小型化高集成度的气体传感器产品BME280, 它是一款集气体传感器、气压传感器、湿度传感器和温度传感器于一体的环境传感器。

博世4合1环境传感器:BME280

BME280的气体传感器可以检测到涂料、办公设备、清洁用品和家具等物品中含有的挥发性有机化合物(VOC);气压传感器能够以±1m的精度来测量高度,可用于室内的楼层检测。

该传感器还可通过开关窗户或通过控制空气流量来监控和管理室内的空气质量;监控个人健康状态并提供改善个人健康状况方面的建议;监控家居自动化和环境;以及获取定制化的天气预报

虽然该产品配备了四种传感器,但外形尺寸仅有3 mm × 3 mm × 0.93 mm。BME280兼具I2C和SPI通讯接口。配有三种功率模式和过采样率,这将便于设计人员轻松地将BME280应用于不同应用程序。 

气体传感器的主流厂商

气体传感器生产企业主要集中在日本,欧洲和美国。气体传感器相关企业有英国城市技术公司(母公司为Honeywell)、日本Figaro、英国Alphasense、 Dynament炜盛科技等。

Honeywell子公司英国城市技术公司以电化学起家,同时涉足红外和催化类气体传感器,其产品既包括O2、CO2、NO、NO2等较为常见气体传感器,也包括氰化氢,氯气,联氨等工业用气的传感器。城市技术每年生产超过一百五十万个传感器,产品类别超过200种,生产的传感器能够检测20种不同气体。

Figaro气体传感器产品技术主要有半导体型(MOS),电化学以及催化燃烧型气体传感器,广泛用于工业,汽车,室内空气检测以及科学测量等领域。除传统技术外,Figaro还推出了结合了MEMS技术的金属氧化物类型的室内空气质量传感器TGS8100。该传感器是目前业界最小面积最低功耗的室内空气传感器,可用于空调,空气净化机以及排气扇等设备。

随着物联网的发展,市场对传感器的需求必然大增,但是技术性能要求也将会提高。展望气体传感器发展前景,日益多元的应用将创造更加庞大的市场规模。

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