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智能手机检测VOC气体 Cambridge CMOS Sensors

来源:东莞正通环保作者:谭工发表时间:2015-11-17

提起voc大家一定不陌生,在喷漆、丝印移印等生产工序中,我们都能亲密接触到VOC气体,VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写。近年来,各地环保部门已经加强了VOC排放总量控制以及排放治理,根据十三五规划的媒体报道,十三五期间VOC气体治理仍是重点。那么对于普通民众来说,为了防止voc对身体健康产生危害,应该如何轻松快捷地检测出所处环境的voc含量呢? 最近网上有传Cambridge CMOS Sensors (简写:CCS)的气体传感器用于智能手机的新闻。前几天,CCS公司产品营销总监Paul Wilson也要临深圳,对公司的新一代气体传感器CC811数字气体传感器,做了一次专门的媒体发布会。
智能手机需要新技术,尤其要靠新的传感器给智能手机带来新的卖点。如果智能手机能够检测出VOC气体(注:VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写),确实会让手机厂商们以此作为一个卖点。但气体传感器能够为手机增加什么样的功能,可以帮助手机用户检测室内的甲醛、苯、煤气、CO或是酒精的浓度吗?
首先我们来看看CCS的气体传感的技术和产品。CCS公司产品营销总监Paul Wilson介绍,CCS成立于2008年,是一家IC设计公司,其总部位于英国剑桥。核心技术是MEMS CMOS Micro-hotplates(中文为微加热盘)的技术应用。与其它气体传感器不同的是,CCS公司的微加热盘采用了金属钨作为热传导反应载体,可以20微秒内完成 加热过程,而传统的气体检测加热盘,则需要5至10分钟。因此在化学反应过程中,气体的检测只需要花耗6微瓦的功耗,在现有的三种检测模式中最为省电。另外CCS的CMOS气体传感器的另一个优点是,在不接触水的情况下,与空气接触的检测行为,几乎不会有任何的功能衰减。“我们做了700多万次的测试,几乎没有衰减。它的有效使用时间可长达五年。” Paul Wilson表示。

通过这个专利技术,CCS公司发布了第一代的气体传感器是CC801。在一些手机配件、可穿戴设备以及消费电子上,出货量达到了15万片。但CCS801作为一个传感器,它需要与MCU和其它外围元件一起,设计成一个模组,才能与处理器一起做成产品。“CC801与不同的MCU搭配,每个工程师都要重新调试设置参数,我们的支持人员和客户工程师都感到很辛苦。因此推出了这款内置Silab的8051核的MCU,ADC和以及I2C数字接口,所有这些功能都集成到一个尺寸为2.7mmx4.0mm的LGA封装中,适应于低功耗与小尺寸的应用,例如在智能手机和可穿戴设备上,” Paul Wilson说。
CCS811可以有三种主动检测模式:1秒一次,10秒一次以及60秒一次,主动测试时的功耗低于每分钟1.2mW。另外还可设置为idle空闲模式,功耗低于6uW,它在不开启使用时几乎不会损害手机的待机时间。
它用在手机时,可以做到哪些检测呢?
CCS公司产品营销总监Paul Wilson表示,CCS811可以用于检测酒精和危险气体,例如CO和各种VOC。如果是将手机开启气体检测模式,它可以检测到家里的CO(煤气)浓度,或是检测VOC的浓度,并通过手机的APP,发出警报。下面是一家深圳的手机公司根据CCS801做出的手机样机。里面的APP显示出检测的eCO2的浓度数据。eCO2是等效二氧化碳的等级或是总TVOC的指标,数据精确到了PPM级。
因此,如果是采用了CCS811的手机,在室内开启检测模式时,是可以迅速检测到室内的煤气的浓度是否超标,这算是一个很有用的功能。
但Paul也指出,CCS811或是CCS801都不能用于直接检查室内装修材料释放的甲醛或是苯的浓度。虽然通过第三方在欧洲很多国家地区作过检测,室内的eCO2数据与甲醛或是苯与有一个大概的换算关系,但依然不能作为检测结果使用。因此,他认为采用CCS811的手机或可穿戴设备或是智能家居、物联网的新产品,最好是采用区域数据划分警示等级,而不宜直接向消费者给出数值作为检测参考结果。
另外,由于PM 2.5是属于微小颗粒物质,CCS801或CCS811,均不能检测PM 2.5的数据。
CCS811的采购成本是一万片起批量采购的价格单片5.82美金。现在CCS公司提供样片和开发评估工具,明年1月量产。该芯片的晶圆代工TSMC,封装在日月光。
最后的结论
CCS811是一颗低功耗小尺寸功能强大的气体传感器,它比前一代的产品CCS801更适合用于手机,以及可穿戴设备、智能家居和物联网设备上。当然,成本也不会低。