Με την ραγδαία ανάπτυξη τεχνολογιών όπως το Διαδίκτυο των Πραγμάτων και η τεχνητή νοημοσύνη, οι αισθητήρες αερίου, μια σημαντική συσκευή ανίχνευσης γνωστή ως οι «πέντε ηλεκτρικές αισθήσεις», αγκαλιάζουν πρωτοφανείς ευκαιρίες ανάπτυξης. Από την αρχική παρακολούθηση βιομηχανικών τοξικών και επιβλαβών αερίων έως την ευρεία εφαρμογή της στην ιατρική διάγνωση, το έξυπνο σπίτι, την περιβαλλοντική παρακολούθηση και άλλους τομείς σήμερα, η τεχνολογία αισθητήρων αερίου υφίσταται μια βαθιά μεταμόρφωση από μια ενιαία λειτουργία σε νοημοσύνη, μικρογράφηση και πολυδιάστατη χρήση. Αυτό το άρθρο θα αναλύσει διεξοδικά τα τεχνικά χαρακτηριστικά, την τελευταία ερευνητική πρόοδο και την παγκόσμια κατάσταση εφαρμογής των αισθητήρων αερίου, με ιδιαίτερη προσοχή στις τάσεις ανάπτυξης στον τομέα της παρακολούθησης αερίων σε χώρες όπως η Κίνα και οι Ηνωμένες Πολιτείες.
Τεχνικά χαρακτηριστικά και τάσεις ανάπτυξης αισθητήρων αερίου
Ως μετατροπέας που μετατρέπει το κλάσμα όγκου ενός συγκεκριμένου αερίου στο αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα, ο αισθητήρας αερίου έχει γίνει ένα απαραίτητο και σημαντικό στοιχείο στη σύγχρονη τεχνολογία ανίχνευσης. Αυτός ο τύπος εξοπλισμού επεξεργάζεται δείγματα αερίου μέσω κεφαλών ανίχνευσης, συνήθως συμπεριλαμβάνοντας βήματα όπως το φιλτράρισμα ακαθαρσιών και παρεμβαλλόμενων αερίων, την ξήρανση ή την επεξεργασία ψύξης και, τελικά, τη μετατροπή των πληροφοριών συγκέντρωσης αερίου σε μετρήσιμα ηλεκτρικά σήματα. Επί του παρόντος, υπάρχουν διάφοροι τύποι αισθητήρων αερίου στην αγορά, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων αερίου τύπου ημιαγωγού, ηλεκτροχημικού τύπου, τύπου καταλυτικής καύσης, αισθητήρων αερίου υπέρυθρου και αισθητήρων αερίου φωτοϊονισμού (PID), κ.λπ. Κάθε ένας από αυτούς έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και χρησιμοποιείται ευρέως σε πολιτικούς, βιομηχανικούς και περιβαλλοντικούς τομείς δοκιμών.
Η σταθερότητα και η ευαισθησία είναι οι δύο βασικοί δείκτες για την αξιολόγηση της απόδοσης των αισθητήρων αερίου. Η σταθερότητα αναφέρεται στην επιμονή της βασικής απόκρισης ενός αισθητήρα καθ' όλη τη διάρκεια λειτουργίας του, η οποία εξαρτάται από τη μηδενική μετατόπιση και τη διαστημική μετατόπιση. Ιδανικά, για αισθητήρες υψηλής ποιότητας υπό συνεχείς συνθήκες λειτουργίας, η ετήσια μηδενική μετατόπιση θα πρέπει να είναι μικρότερη από 10%. Η ευαισθησία αναφέρεται στην αναλογία της μεταβολής στην έξοδο του αισθητήρα προς την μεταβολή στην μετρούμενη είσοδο. Η ευαισθησία διαφορετικών τύπων αισθητήρων ποικίλλει σημαντικά, κυρίως ανάλογα με τις τεχνικές αρχές και την επιλογή υλικού που υιοθετούν. Επιπλέον, η επιλεκτικότητα (δηλαδή, η διασταυρούμενη ευαισθησία) και η αντοχή στη διάβρωση είναι επίσης σημαντικές παράμετροι για την αξιολόγηση της απόδοσης των αισθητήρων αερίου. Η πρώτη καθορίζει την ικανότητα αναγνώρισης του αισθητήρα σε περιβάλλον μικτών αερίων, ενώ η δεύτερη σχετίζεται με την ανοχή του αισθητήρα σε αέρια-στόχους υψηλής συγκέντρωσης.
Η τρέχουσα ανάπτυξη της τεχνολογίας αισθητήρων αερίων παρουσιάζει αρκετές προφανείς τάσεις. Καταρχάς, η έρευνα και η ανάπτυξη νέων υλικών και νέων διεργασιών συνεχίζει να εμβαθύνει. Τα παραδοσιακά υλικά ημιαγωγών μεταλλικών οξειδίων όπως ZnO, SiO₂, Fe₂O₃, κ.λπ. έχουν ωριμάσει. Οι ερευνητές προσμιγνύουν, τροποποιούν και τροποποιούν την επιφάνεια υφιστάμενων υλικών ευαίσθητων στα αέρια μέσω μεθόδων χημικής τροποποίησης και βελτιώνουν ταυτόχρονα τη διαδικασία σχηματισμού φιλμ για να ενισχύσουν τη σταθερότητα και την επιλεκτικότητα των αισθητήρων. Εν τω μεταξύ, η ανάπτυξη νέων υλικών όπως σύνθετα και υβριδικά ημιαγωγικά υλικά ευαίσθητα στα αέρια και πολυμερή υλικά ευαίσθητα στα αέρια προχωρά επίσης ενεργά. Αυτά τα υλικά παρουσιάζουν υψηλότερη ευαισθησία, επιλεκτικότητα και σταθερότητα σε διαφορετικά αέρια.
Η νοημοσύνη των αισθητήρων είναι μια άλλη σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης. Με την επιτυχή εφαρμογή νέων τεχνολογιών υλικών όπως η νανοτεχνολογία και η τεχνολογία λεπτής μεμβράνης, οι αισθητήρες αερίων γίνονται όλο και πιο ολοκληρωμένοι και ευφυείς. Αξιοποιώντας πλήρως διεπιστημονικές ολοκληρωμένες τεχνολογίες όπως η μικρομηχανική και η μικροηλεκτρονική τεχνολογία, η τεχνολογία υπολογιστών, η τεχνολογία επεξεργασίας σήματος, η τεχνολογία αισθητήρων και η τεχνολογία διάγνωσης σφαλμάτων, οι ερευνητές αναπτύσσουν πλήρως αυτόματους ψηφιακούς ευφυείς αισθητήρες αερίων ικανούς να παρακολουθούν ταυτόχρονα πολλά αέρια. Ένας πολυμεταβλητός αισθητήρας τύπου χημικής αντίστασης-δυναμικού που αναπτύχθηκε πρόσφατα από την ερευνητική ομάδα του Αναπληρωτή Καθηγητή Yi Jianxin από το Κρατικό Κλειδί Εργαστήριο Πυροτεχνίας στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας είναι ένας τυπικός εκπρόσωπος αυτής της τάσης. Αυτός ο αισθητήρας πραγματοποιεί την τρισδιάστατη ανίχνευση και την ακριβή αναγνώριση πολλαπλών αερίων και χαρακτηριστικών πυρκαγιάς από μία μόνο συσκευή 59.
Η δημιουργία συστοιχιών και η βελτιστοποίηση αλγορίθμων λαμβάνουν επίσης αυξανόμενη προσοχή. Λόγω του προβλήματος απόκρισης ευρέος φάσματος ενός μόνο αισθητήρα αερίου, είναι επιρρεπής σε παρεμβολές όταν υπάρχουν ταυτόχρονα πολλά αέρια. Η χρήση πολλαπλών αισθητήρων αερίου για τον σχηματισμό μιας συστοιχίας έχει γίνει μια αποτελεσματική λύση για τη βελτίωση της ικανότητας αναγνώρισης. Αυξάνοντας τις διαστάσεις του ανιχνευόμενου αερίου, η συστοιχία αισθητήρων μπορεί να λάβει περισσότερα σήματα, κάτι που ευνοεί την αξιολόγηση περισσότερων παραμέτρων και τη βελτίωση της ικανότητας κρίσης και αναγνώρισης. Ωστόσο, καθώς ο αριθμός των αισθητήρων στη συστοιχία αυξάνεται, αυξάνεται και η πολυπλοκότητα της επεξεργασίας δεδομένων. Επομένως, η βελτιστοποίηση της συστοιχίας αισθητήρων είναι ιδιαίτερα σημαντική. Στη βελτιστοποίηση συστοιχιών, μέθοδοι όπως ο συντελεστής συσχέτισης και η ανάλυση συστάδων υιοθετούνται ευρέως, ενώ αλγόριθμοι αναγνώρισης αερίων όπως η Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (PCA) και το Τεχνητό Νευρωνικό Δίκτυο (ANN) έχουν βελτιώσει σημαντικά την ικανότητα αναγνώρισης προτύπων των αισθητήρων.
Πίνακας: Σύγκριση απόδοσης των κύριων τύπων αισθητήρων αερίου
Τύπος αισθητήρα, αρχή λειτουργίας, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, τυπική διάρκεια ζωής
Η προσρόφηση αερίου τύπου ημιαγωγού έχει χαμηλό κόστος στην αλλαγή της αντίστασης των ημιαγωγών, γρήγορη απόκριση, κακή επιλεκτικότητα και επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία και την υγρασία για 2-3 χρόνια.
Το ηλεκτροχημικό αέριο υφίσταται αντιδράσεις REDOX για να παράγει ρεύμα, το οποίο έχει καλή επιλεκτικότητα και υψηλή ευαισθησία. Ωστόσο, ο ηλεκτρολύτης έχει περιορισμένη φθορά και διάρκεια ζωής 1-2 ετών (για τον υγρό ηλεκτρολύτη).
Η καύση εύφλεκτου αερίου τύπου καταλυτικής καύσης προκαλεί αλλαγές θερμοκρασίας. Έχει σχεδιαστεί ειδικά για την ανίχνευση εύφλεκτου αερίου και ισχύει μόνο για εύφλεκτο αέριο για περίπου τρία χρόνια.
Τα υπέρυθρα αέρια έχουν υψηλή ακρίβεια στην απορρόφηση υπέρυθρου φωτός συγκεκριμένων μηκών κύματος, δεν προκαλούν δηλητηρίαση, αλλά έχουν υψηλό κόστος και σχετικά μεγάλο όγκο για 5 έως 10 χρόνια.
Ο φωτοϊονισμός (PID) με υπεριώδη ακτινοβολία για την ανίχνευση μορίων αερίου σε πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) έχει υψηλή ευαισθησία και δεν μπορεί να διακρίνει τους τύπους των ενώσεων για 3 έως 5 χρόνια.
Αξίζει να σημειωθεί ότι, παρόλο που η τεχνολογία αισθητήρων αερίου έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο, εξακολουθεί να αντιμετωπίζει ορισμένες κοινές προκλήσεις. Η διάρκεια ζωής των αισθητήρων περιορίζει την εφαρμογή τους σε ορισμένους τομείς. Για παράδειγμα, η διάρκεια ζωής των αισθητήρων ημιαγωγών είναι περίπου 2 έως 3 χρόνια, των ηλεκτροχημικών αισθητήρων αερίου είναι περίπου 1 έως 2 χρόνια λόγω απώλειας ηλεκτρολυτών, ενώ των ηλεκτροχημικών αισθητήρων στερεάς κατάστασης ηλεκτρολυτών μπορεί να φτάσει τα 5 χρόνια. Επιπλέον, τα ζητήματα μετατόπισης (αλλαγές στην απόκριση του αισθητήρα με την πάροδο του χρόνου) και τα ζητήματα συνέπειας (διαφορές απόδοσης μεταξύ αισθητήρων στην ίδια παρτίδα) είναι επίσης σημαντικοί παράγοντες που περιορίζουν την ευρεία εφαρμογή των αισθητήρων αερίου. Σε απάντηση σε αυτά τα ζητήματα, οι ερευνητές, αφενός, έχουν δεσμευτεί να βελτιώσουν τα ευαίσθητα στα αέρια υλικά και τις διαδικασίες κατασκευής και, αφετέρου, αντισταθμίζουν ή καταστέλλουν την επίδραση της μετατόπισης των αισθητήρων στα αποτελέσματα των μετρήσεων αναπτύσσοντας προηγμένους αλγόριθμους επεξεργασίας δεδομένων.
Τα διαφοροποιημένα σενάρια εφαρμογής των αισθητήρων αερίου
Η τεχνολογία αισθητήρων αερίου έχει διεισδύσει σε κάθε πτυχή της κοινωνικής ζωής. Τα σενάρια εφαρμογής της έχουν ξεπεράσει προ πολλού το παραδοσιακό πεδίο εφαρμογής της παρακολούθησης της βιομηχανικής ασφάλειας και επεκτείνονται ραγδαία σε πολλαπλούς τομείς όπως η ιατρική υγεία, η περιβαλλοντική παρακολούθηση, το έξυπνο σπίτι και η ασφάλεια των τροφίμων. Αυτή η τάση διαφοροποιημένων εφαρμογών όχι μόνο αντικατοπτρίζει τις δυνατότητες που προσφέρει η τεχνολογική πρόοδος, αλλά ενσαρκώνει και την αυξανόμενη κοινωνική ζήτηση για ανίχνευση αερίων.
Βιομηχανική ασφάλεια και παρακολούθηση επικίνδυνων αερίων
Στον τομέα της βιομηχανικής ασφάλειας, οι αισθητήρες αερίων διαδραματίζουν αναντικατάστατο ρόλο, ειδικά σε βιομηχανίες υψηλού κινδύνου όπως η χημική μηχανική, το πετρέλαιο και η εξόρυξη. Το «14ο Πενταετές Σχέδιο για την Ασφαλή Παραγωγή Επικίνδυνων Χημικών» της Κίνας απαιτεί σαφώς από τα χημικά βιομηχανικά πάρκα να δημιουργήσουν ένα ολοκληρωμένο σύστημα παρακολούθησης και έγκαιρης προειδοποίησης για τοξικά και επιβλαβή αέρια και να προωθήσουν την κατασκευή έξυπνων πλατφορμών ελέγχου κινδύνου. Το «Σχέδιο Δράσης για την Ασφάλεια στην Εργασία στο Βιομηχανικό Διαδίκτυο και το Διαδίκτυο» ενθαρρύνει επίσης τα πάρκα να αναπτύξουν αισθητήρες του Διαδικτύου των Πραγμάτων και πλατφόρμες ανάλυσης Τεχνητής Νοημοσύνης για την επίτευξη παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο και συντονισμένης αντίδρασης σε κινδύνους όπως η διαρροή αερίου. Αυτοί οι πολιτικοί προσανατολισμοί έχουν προωθήσει σε μεγάλο βαθμό την εφαρμογή αισθητήρων αερίων στον τομέα της βιομηχανικής ασφάλειας.
Τα σύγχρονα συστήματα παρακολούθησης βιομηχανικών αερίων έχουν αναπτύξει μια ποικιλία τεχνικών οδών. Η τεχνολογία απεικόνισης νέφους αερίου οπτικοποιεί τη διαρροή αερίου παρουσιάζοντας οπτικά τις μάζες αερίων ως τις αλλαγές στα επίπεδα του γκρι pixel στην εικόνα. Η ικανότητα ανίχνευσης σχετίζεται με παράγοντες όπως η συγκέντρωση και ο όγκος του διαρρεύσαντος αερίου, η διαφορά θερμοκρασίας υποβάθρου και η απόσταση παρακολούθησης. Η τεχνολογία φασματοσκοπίας υπέρυθρης φασματοσκοπίας μετασχηματισμού Fourier μπορεί να παρακολουθεί ποιοτικά και ημιποσοτικά πάνω από 500 τύπους αερίων, συμπεριλαμβανομένων ανόργανων, οργανικών, τοξικών και επιβλαβών, και μπορεί ταυτόχρονα να σαρώνει 30 τύπους αερίων. Είναι κατάλληλη για τις σύνθετες απαιτήσεις παρακολούθησης αερίων σε χημικά βιομηχανικά πάρκα. Αυτές οι προηγμένες τεχνολογίες, όταν συνδυάζονται με παραδοσιακούς αισθητήρες αερίων, σχηματίζουν ένα πολυεπίπεδο δίκτυο παρακολούθησης της ασφάλειας βιομηχανικών αερίων.
Στο συγκεκριμένο επίπεδο εφαρμογής, τα συστήματα παρακολούθησης βιομηχανικών αερίων πρέπει να συμμορφώνονται με μια σειρά εθνικών και διεθνών προτύπων. Το «Πρότυπο Σχεδιασμού για την Ανίχνευση και τον Συναγερμό Εύφλεκτων και Τοξικών Αερίων στην Πετροχημική Βιομηχανία» GB 50493-2019 της Κίνας και το «Γενικό Τεχνικό Πρότυπο για την Παρακολούθηση Ασφάλειας Σημαντικών Πηγών Κινδύνου από Επικίνδυνες Χημικές Ουσίες» AQ 3035-2010 παρέχουν τεχνικές προδιαγραφές για την παρακολούθηση βιομηχανικών αερίων 26. Σε διεθνές επίπεδο, η OSHA (Διεύθυνση Επαγγελματικής Ασφάλειας και Υγείας των Ηνωμένων Πολιτειών) έχει αναπτύξει μια σειρά προτύπων ανίχνευσης αερίων, που απαιτούν την ανίχνευση αερίων πριν από εργασίες σε περιορισμένους χώρους και διασφαλίζουν ότι η συγκέντρωση επιβλαβών αερίων στον αέρα είναι κάτω από το ασφαλές επίπεδο 610. Τα πρότυπα της NFPA (Εθνικής Ένωσης Πυροπροστασίας των Ηνωμένων Πολιτειών), όπως τα NFPA 72 και NFPA 54, θέτουν συγκεκριμένες απαιτήσεις για την ανίχνευση εύφλεκτων αερίων και τοξικών αερίων 610.
Ιατρική υγεία και διάγνωση ασθενειών
Ο ιατρικός και υγειονομικός τομέας γίνεται μια από τις πιο πολλά υποσχόμενες αγορές εφαρμογών για αισθητήρες αερίων. Το εκπνεόμενο αέριο του ανθρώπινου σώματος περιέχει μεγάλο αριθμό βιοδεικτών που σχετίζονται με παθήσεις. Με την ανίχνευση αυτών των βιοδεικτών, μπορεί να επιτευχθεί έγκαιρος έλεγχος και συνεχής παρακολούθηση ασθενειών. Η φορητή συσκευή ανίχνευσης ακετόνης για την αναπνοή, που αναπτύχθηκε από την ομάδα του Δρ. Wang Di από το Κέντρο Έρευνας Super Perception του Εργαστηρίου Zhejiang, αποτελεί τυπικό εκπρόσωπο αυτής της εφαρμογής. Αυτή η συσκευή χρησιμοποιεί μια χρωματομετρική τεχνολογική οδό για τη μέτρηση της περιεκτικότητας σε ακετόνη στην ανθρώπινη εκπνεόμενη αναπνοή, ανιχνεύοντας την αλλαγή χρώματος σε υλικά ευαίσθητα στα αέρια, επιτυγχάνοντας έτσι ταχεία και ανώδυνη ανίχνευση του διαβήτη τύπου 1.
Όταν το επίπεδο ινσουλίνης στο ανθρώπινο σώμα είναι χαμηλό, αυτό δεν είναι σε θέση να μετατρέψει τη γλυκόζη σε ενέργεια και αντ' αυτού να διασπάσει το λίπος. Ως ένα από τα υποπροϊόντα μετά τη διάσπαση του λίπους, η ακετόνη απεκκρίνεται από το σώμα μέσω της αναπνοής. Ο Δρ. Wang Di εξήγησε 1. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές εξετάσεις αίματος, αυτή η μέθοδος εξέτασης αναπνοής προσφέρει μια καλύτερη διαγνωστική και θεραπευτική εμπειρία. Επιπλέον, η ομάδα αναπτύσσει έναν αισθητήρα ακετόνης σε έμπλαστρο «ημερήσιας απελευθέρωσης». Αυτή η φθηνή φορετή συσκευή μπορεί να μετρήσει αυτόματα την ακετόνη που εκπέμπεται από το δέρμα όλο το εικοσιτετράωρο. Στο μέλλον, όταν συνδυαστεί με τεχνολογία τεχνητής νοημοσύνης, μπορεί να βοηθήσει στη διάγνωση, την παρακολούθηση και την καθοδήγηση της φαρμακευτικής αγωγής του διαβήτη.
Εκτός από τον διαβήτη, οι αισθητήρες αερίων παρουσιάζουν επίσης μεγάλες δυνατότητες στη διαχείριση χρόνιων παθήσεων και στην παρακολούθηση αναπνευστικών παθήσεων. Η καμπύλη συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα αποτελεί σημαντική βάση για την αξιολόγηση της κατάστασης του πνευμονικού αερισμού των ασθενών, ενώ οι καμπύλες συγκέντρωσης ορισμένων δεικτών αερίων αντικατοπτρίζουν την τάση ανάπτυξης των χρόνιων παθήσεων. Παραδοσιακά, η ερμηνεία αυτών των δεδομένων απαιτούσε τη συμμετοχή ιατρικού προσωπικού. Ωστόσο, με την ενδυνάμωση της τεχνολογίας τεχνητής νοημοσύνης, οι έξυπνοι αισθητήρες αερίων μπορούν όχι μόνο να ανιχνεύουν αέρια και να σχεδιάζουν καμπύλες, αλλά και να καθορίζουν τον βαθμό ανάπτυξης της νόσου, μειώνοντας σημαντικά την πίεση στο ιατρικό προσωπικό.
Στον τομέα των φορητών συσκευών υγείας, η εφαρμογή αισθητήρων αερίου βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, αλλά οι προοπτικές είναι ευρείες. Ερευνητές από την Zhuhai Gree Electric Appliances επεσήμαναν ότι, παρόλο που οι οικιακές συσκευές διαφέρουν από τις ιατρικές συσκευές με λειτουργίες διάγνωσης ασθενειών, στον τομέα της καθημερινής παρακολούθησης της υγείας στο σπίτι, οι συστοιχίες αισθητήρων αερίου έχουν πλεονεκτήματα όπως το χαμηλό κόστος, η μη επεμβατικότητα και η σμίκρυνση, γεγονός που τις καθιστά αναμενόμενη την ολοένα και μεγαλύτερη εμφάνισή τους σε οικιακές συσκευές, όπως οι συσκευές στοματικής φροντίδας και οι έξυπνες τουαλέτες, ως βοηθητικές λύσεις παρακολούθησης και παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο. Με την αυξανόμενη ζήτηση για την υγεία στο σπίτι, η παρακολούθηση της κατάστασης της ανθρώπινης υγείας μέσω οικιακών συσκευών θα αποτελέσει σημαντική κατεύθυνση για την ανάπτυξη των έξυπνων σπιτιών.
Παρακολούθηση περιβάλλοντος και πρόληψη και έλεγχος της ρύπανσης
Η παρακολούθηση του περιβάλλοντος είναι ένας από τους τομείς όπου οι αισθητήρες αερίων εφαρμόζονται ευρύτερα. Καθώς η παγκόσμια έμφαση στην προστασία του περιβάλλοντος συνεχίζει να αυξάνεται, η ζήτηση για την παρακολούθηση διαφόρων ρύπων στην ατμόσφαιρα αυξάνεται επίσης μέρα με τη μέρα. Οι αισθητήρες αερίων μπορούν να ανιχνεύσουν επιβλαβή αέρια όπως το μονοξείδιο του άνθρακα, το διοξείδιο του θείου και το όζον, παρέχοντας ένα αποτελεσματικό εργαλείο για την παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος.
Ο ηλεκτροχημικός αισθητήρας αερίου UGT-E4 της British Gas Shield Company είναι ένα αντιπροσωπευτικό προϊόν στον τομέα της περιβαλλοντικής παρακολούθησης. Μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια την περιεκτικότητα σε ρύπους στην ατμόσφαιρα και να παρέχει έγκαιρη και ακριβή υποστήριξη δεδομένων για τα τμήματα προστασίας του περιβάλλοντος. Αυτός ο αισθητήρας, μέσω της ενσωμάτωσης με τη σύγχρονη τεχνολογία πληροφοριών, έχει επιτύχει λειτουργίες όπως η απομακρυσμένη παρακολούθηση, η μεταφόρτωση δεδομένων και ο έξυπνος συναγερμός, βελτιώνοντας σημαντικά την αποτελεσματικότητα και την ευκολία ανίχνευσης αερίων. Οι χρήστες μπορούν να παρακολουθούν τις αλλαγές στη συγκέντρωση αερίων οποτεδήποτε και οπουδήποτε απλώς μέσω των κινητών τηλεφώνων ή των υπολογιστών τους, παρέχοντας μια επιστημονική βάση για τη διαχείριση του περιβάλλοντος και τη χάραξη πολιτικής.
Όσον αφορά την παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα εσωτερικών χώρων, οι αισθητήρες αερίων διαδραματίζουν επίσης σημαντικό ρόλο. Το πρότυπο EN 45544 που εκδόθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Τυποποίησης (EN) αφορά ειδικά τις δοκιμές ποιότητας του αέρα εσωτερικών χώρων και καλύπτει τις απαιτήσεις δοκιμών για διάφορα επιβλαβή αέρια 610. Οι συνηθισμένοι αισθητήρες διοξειδίου του άνθρακα, αισθητήρες φορμαλδεΰδης κ.λπ. στην αγορά χρησιμοποιούνται ευρέως σε αστικές κατοικίες, εμπορικά κτίρια και δημόσιους χώρους ψυχαγωγίας, βοηθώντας τους ανθρώπους να δημιουργήσουν ένα πιο υγιεινό και πιο άνετο εσωτερικό περιβάλλον. Ειδικά κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19, ο εσωτερικός αερισμός και η ποιότητα του αέρα έχουν λάβει πρωτοφανή προσοχή, προωθώντας περαιτέρω την ανάπτυξη και εφαρμογή σχετικών τεχνολογιών αισθητήρων.
Η παρακολούθηση των εκπομπών άνθρακα αποτελεί μια αναδυόμενη κατεύθυνση εφαρμογής των αισθητήρων αερίων. Στο πλαίσιο της παγκόσμιας ουδετερότητας άνθρακα, η ακριβής παρακολούθηση των αερίων του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, έχει αποκτήσει ιδιαίτερη σημασία. Οι υπέρυθροι αισθητήρες διοξειδίου του άνθρακα έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα σε αυτόν τον τομέα λόγω της υψηλής ακρίβειας, της καλής επιλεκτικότητας και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους. Οι «Οδηγίες για την Κατασκευή Ευφυών Πλατφορμών Ελέγχου Κινδύνου Ασφάλειας σε Χημικά Βιομηχανικά Πάρκα» στην Κίνα έχουν συμπεριλάβει την παρακολούθηση εύφλεκτων/τοξικών αερίων και την ανάλυση ανίχνευσης πηγών διαρροής ως υποχρεωτικά στοιχεία κατασκευής, γεγονός που αντικατοπτρίζει την έμφαση που δίνεται σε επίπεδο πολιτικής στον ρόλο της παρακολούθησης αερίων στον τομέα της προστασίας του περιβάλλοντος.
Έξυπνο Σπίτι και Ασφάλεια Τροφίμων
Το έξυπνο σπίτι είναι η πιο πολλά υποσχόμενη αγορά εφαρμογών για τους καταναλωτές για αισθητήρες αερίου. Προς το παρόν, οι αισθητήρες αερίου εφαρμόζονται κυρίως σε οικιακές συσκευές, όπως καθαριστές αέρα και κλιματιστικά. Ωστόσο, με την εισαγωγή συστοιχιών αισθητήρων και έξυπνων αλγορίθμων, οι δυνατότητες εφαρμογής τους σε σενάρια όπως η συντήρηση, το μαγείρεμα και η παρακολούθηση της υγείας αξιοποιούνται σταδιακά.
Όσον αφορά τη συντήρηση τροφίμων, οι αισθητήρες αερίου μπορούν να παρακολουθούν τις δυσάρεστες οσμές που απελευθερώνονται από τα τρόφιμα κατά την αποθήκευση, για να προσδιορίσουν τη φρεσκάδα τους. Πρόσφατα ερευνητικά αποτελέσματα δείχνουν ότι είτε χρησιμοποιείται ένας μόνο αισθητήρας για την παρακολούθηση της συγκέντρωσης οσμής είτε υιοθετείται μια διάταξη αισθητήρων αερίου σε συνδυασμό με μεθόδους αναγνώρισης προτύπων για τον προσδιορισμό της φρεσκάδας των τροφίμων, έχουν επιτευχθεί καλά αποτελέσματα. Ωστόσο, λόγω της πολυπλοκότητας των πραγματικών σεναρίων χρήσης του ψυγείου (όπως παρεμβολές από χρήστες που ανοίγουν και κλείνουν πόρτες, ξεκινούν και σταματούν τους συμπιεστές και η εσωτερική κυκλοφορία αέρα κ.λπ.), καθώς και της αμοιβαίας επίδρασης διαφόρων πτητικών αερίων από τα συστατικά τροφίμων, υπάρχει ακόμη περιθώριο βελτίωσης στην ακρίβεια του προσδιορισμού της φρεσκάδας των τροφίμων.
Οι εφαρμογές μαγειρέματος αποτελούν ένα άλλο σημαντικό σενάριο για τους αισθητήρες αερίων. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μαγειρέματος παράγονται εκατοντάδες αέριες ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων σωματιδίων, αλκανίων, αρωματικών ενώσεων, αλδεΰδων, κετονών, αλκοολών, αλκενίων και άλλων πτητικών οργανικών ενώσεων. Σε ένα τόσο πολύπλοκο περιβάλλον, οι συστοιχίες αισθητήρων αερίων παρουσιάζουν πιο προφανή πλεονεκτήματα από τους μεμονωμένους αισθητήρες. Μελέτες δείχνουν ότι οι συστοιχίες αισθητήρων αερίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της κατάστασης μαγειρέματος των τροφίμων με βάση το προσωπικό γούστο ή ως βοηθητικό εργαλείο παρακολούθησης της διατροφής για την τακτική αναφορά των συνηθειών μαγειρέματος στους χρήστες. Ωστόσο, παράγοντες του περιβάλλοντος μαγειρέματος, όπως η υψηλή θερμοκρασία, οι ατμοί μαγειρέματος και οι υδρατμοί, μπορούν εύκολα να προκαλέσουν «δηλητηρίαση» του αισθητήρα, κάτι που αποτελεί τεχνικό πρόβλημα που πρέπει να λυθεί.
Στον τομέα της ασφάλειας των τροφίμων, η έρευνα της ομάδας του Wang Di κατέδειξε την πιθανή αξία εφαρμογής των αισθητήρων αερίων. Στοχεύουν στον στόχο της «ταυτοποίησης δεκάδων αερίων ταυτόχρονα με μια μικρή πρίζα κινητού τηλεφώνου» και έχουν δεσμευτεί να καταστήσουν τις πληροφορίες για την ασφάλεια των τροφίμων άμεσα διαθέσιμες. Αυτή η εξαιρετικά ολοκληρωμένη οσφρητική συσκευή μπορεί να ανιχνεύσει πτητικά συστατικά στα τρόφιμα, να προσδιορίσει τη φρεσκάδα και την ασφάλειά τους και να παρέχει αναφορές σε πραγματικό χρόνο για τους καταναλωτές.
Πίνακας: Κύρια αντικείμενα ανίχνευσης και τεχνικά χαρακτηριστικά αισθητήρων αερίου σε διάφορους τομείς εφαρμογής
Πεδία εφαρμογής, κύρια αντικείμενα ανίχνευσης, συνήθως χρησιμοποιούμενοι τύποι αισθητήρων, τεχνικές προκλήσεις, τάσεις ανάπτυξης
Βιομηχανική ασφάλεια, εύφλεκτο αέριο, τοξικό αέριο τύπου καταλυτικής καύσης, ηλεκτροχημικός τύπος, ανοχή σε σκληρό περιβάλλον, σύγχρονη παρακολούθηση πολλαπλών αερίων, εντοπισμός πηγής διαρροής
Ιατρική και υγειονομική ακετόνη, CO₂, VOC τύπου ημιαγωγού, χρωματομετρικού τύπου επιλεκτικότητα και ευαισθησία, φορετή και έξυπνη διάγνωση
Ανάπτυξη δικτύου μακροπρόθεσμης σταθερότητας και μετάδοση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο για την περιβαλλοντική παρακολούθηση των ατμοσφαιρικών ρύπων και των αερίων του θερμοκηπίου σε υπέρυθρη και ηλεκτροχημική μορφή
Έξυπνο οικιακό φαγητό, πτητικό αέριο, τύπος ημιαγωγού καπνού μαγειρέματος, δυνατότητα αντι-παρεμβολής PID
Παρακαλούμε επικοινωνήστε με την Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Ιστότοπος εταιρείας:www.hondetechco.com
Τηλ.: +86-15210548582
Ώρα δημοσίευσης: 11 Ιουνίου 2025