【奖励来也】室内空气质量传感器点兵点将：让谁来守护你的呼吸健康？

时下，随着健康意识的增强，人们对空气污染的关注度也在不断增加。不过，可能很多人并没有意识到，相较于室外的大气污染，室内空气质量的好坏，对于个人健康的影响更为关键。

究其原因，首先，人们大约有80%到90%的时间都是在室内空间（包括办公室、家庭、交通工具等）度过的，因此与室内空气“亲密接触”的机会更多；其次，如今的建筑有更强的密闭性，空气流动性弱，这也就使得一旦室内空气污染，就较难在短时间内消散；再有，对于室外空气质量有专业的机构进行监测和预报，而对于室内空气质量的监测，在很多场景下做得并不到位，这就导致普通人对于室内空气污染并不敏感——而实际上在我们身边，就存在着多种室内空气的污染源，它们对人体健康的危害往往更甚于室外的空气污染。

美国环保局 (EPA) 提供的数据显示，室内的空气污染物浓度可能会达到室外的2-5倍，而有超过50%的建筑正在受到空气质量问题困扰，在美国每年由于空气质量问题会导致超过1.25亿个教学日和1,000万个工作日的损失。室内空气质量的重要性，由此可见一斑。

室内空气污染溯源

仔细分析，造成室内空气污染的“元凶”有很多，其中常见的有以下几种：

01

颗粒物（PM2.5）

主要是指直径等于或小于2.5微米的细颗粒物，主要来自于烟雾和烹饪产生的气体等，可逃过鼻腔的阻挡深入肺部，导致呼吸道疾病，加剧基础疾病，甚至导致心脏病发作和癌症。

02

二氧化碳（CO₂）

生物的呼吸作用以及燃料的燃烧都会产生二氧化碳，室内二氧化碳浓度的提高，会导致头痛、困倦、嗜睡等症状，影响人的认知能力和健康。

03

挥发性有机化合物（VOC）

VOC是在室温或更高温度下蒸发的含碳物质的统称，由生物、自然源、化学品或燃烧过程产生，短期接触会导致眼睛、鼻子和喉咙刺激，以及头痛、头晕等不适，长期接触甚至会诱发肺癌，或使肝、肾或中枢神经系统受损。

04

甲醛

一种有机化学物质，存于家具和装修材料中，高浓度挥发刺鼻气味。室内空气中的高浓度甲醛对眼睛有刺激作用，甚至可能导致癌症。

05

氮氧化物（NOx）

主要由化石燃料燃烧产生，比如家庭燃气灶，也可能来由于室外空气流入，将室外大气污染（如汽车尾气）中含有的氮氧化物带入室内。高浓度的氮氧化物会损害人体呼吸系统。

06

霉菌

霉菌是一种可经空气传播的微生物，也是常见的过敏原，其与室内空气的相对湿度密切相关，通常70%以上的相对湿度会促使霉菌的生长。

07

受污染的气溶胶

人类呼出的气溶胶可能含有传染性病毒颗粒，并在空气中停留较长时间，我们所熟知的新冠肺炎和流感等呼吸道传染病，均可以通过气溶胶进行空气传播。

可见，上述这些室内空气的污染源实际上是常伴在我们左右的，让人避无可避，而且它们中很多是无臭无味的，在日常生活中难于察觉，人们对其大都处于“无感”的状态，而一旦“有感”，往往其已经对我们的身体造成了不良的影响和伤害。

想要改变这样的窘境，更有效的方式无疑就是对室内空气质量进行精准、实时地监测，一旦污染物超标，就触发警报或者启动相应的通风或净化装置，改善空气质量。完成这样的工作，就需要请出本文的主角——室内空气质量传感器了。

室内空气传感器中的“六边形战士”

如果将治理室内空气污染看做是一场战斗，那么室内空气质量传感器就是前哨部队。其重要的作用分为三个层次：一是直接侦测室内污染物的存在及其浓度，力求做到数据获取的及时、精准和可靠；二是与智能家居和楼宇自动化装置保持通信和联动，一旦污染物超过阈值，能够快速做出处置；三是这些由传感器获取的室内空气质量相关数据，可以汇聚到智能化的控制中枢，与其他数据一起建立起更深入地洞察，进而实现兼顾空气治理、能源效率、运营成本等多方面因素，更为均衡和优化的解决方案。

为了达成这样的目标，赢得最终的“战斗”，对于室内空气质量传感器的选取就有讲究了。考虑到室内应用环境的多样性和特殊性，这些传感器需要满足以下这些要求：

测得准

这是对于室内空气传感器的基本要求。这不仅需要传感器具有精巧的硬件架构，优化的软件算法也必不可少，温度湿度等环境补偿、快捷地校准等功能也是产品设计时要考虑的因素。

功能全

由于室内空气污染源多样，这就要求相应的传感器设计朝向高集成、多功能的方向发展，使用单一传感单元实现多种污染物的测量，是越来越多产品的追求。

体积小

室内空间有限，而且很多传感器是需要被集成到空气净化设备中的，因此对于产品的小型化有更高的要求。

功耗低

作为一个智能家居或楼宇自动化的传感器节点，低功耗意味着更长的续航能力和更低的维护需求，这有利于降低用户整体的拥有成本。

导入易

无论是新的室内环境设计，还是对原有室内空间的改造，都要求空气质量传感器能够被更容易地嵌入到整个系统中，高集成、小型化和灵活的数字/模拟接口，都有助于实现这个目标。

寿命长

很多空气质量传感器都是被置于污染环境中，与污染源直接接触的，长时间的环境暴露会影响传感器测量的精度和性能，因此是否能够提供长期稳定性也是衡量相关产品性能的一个关键指标。

上面提到的这些要求，也是开发者在进行室内空气质量传感器选型时要考虑的要素。不过由于这些要素之间有的时候是彼此矛盾的，所以想要获得一个各方面表现都很出色，能够应对室内空气治理挑战的“六边形战士”并不容易。

空气质量传感器中的“超能战队”

好消息是，Sensirion公司作为一家高性能传感器的制造商，长期专注于空气质量传感领域，开发出了一系列优秀的传感器产品和方案，打造出了一支“超能战队”。今天我们就带大家认识几款“战斗力”超高的产品。

 

SCD4x

微型CO₂传感器

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Sensirion的SCD4x微型CO₂传感器一个显著的特点就是“小”——其表面贴装的封装“三围”仅有10.1mm x 10.1mm x 6.5mm，与上一代的SCD30产品相比，SCD4x的占位面积仅为前者的1/5！这主要得益于SCD4x采用了创新的光声感测技术，使得光学腔的尺寸大幅减小，与传统的NDIR CO₂传感器相比，传感器性能不减，而在外形、性价比、鲁棒性上却具有更为突出的优势。

图1：SCD4x与传统NDIR CO₂传感器比较

（图源：Sensirion）

SCD4x CO₂传感器具有2.4V至5.5V电源电压范围、完全校准的数字I²C输出，以及±(30ppm + 3%MV) 的精度标称值。其在使用时无需外部电路，因此无能量损耗。

特别值得一提的是，除了CO₂检测，SCD4x系列还集成了优质的温度和湿度传感器，输出温湿度的准确读数，实现室内空气质量（IAQ）中关键指标的监测。因此可以广泛应用于室内空气质量监测的各种场景。

图2：SCD4x传感器的典型应用场景

（图源：Sensirion）

 

SGP41

数字式空气质量传感器

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如果你想测量VOC和NOx两种污染物，只需一颗Sensirion的SGP41数字式空气质量传感器就能实现——这也是这款传感器的突出优势所在。

具体来讲，SGP41基于Sensirion的CMOSens/ MOXSens技术，并依托专门优化的算法，打造了一款完整、易于使用的单芯片传感器系统，其具有对空气中存在的污染气体的高鲁棒性，从而实现了长期稳定性和低漂移，使用寿命超过10年。同时其功耗极低，3.3V时仅为3.2mA

在单一封装中，SGP41集成了数字I²C接口和温控微热板，外形紧凑，非常适合于有限空间内的应用，可被轻松集成到空气净化器或按需控制的通风系统中。

图3：SGP41传感器的功能框图

（图源：Sensirion）

 

SFA30

甲醛传感器模块

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应对室内甲醛浓度的检测，Sensirion给出的解决方案是SFA30甲醛传感器模块。更好的抗干扰性、更长的使用寿命、更高的低浓度量程灵敏度是SFA30传感器模块三大亮点。

SFA30模块基于Sensirion的电化学技术，具有出色的甲醛传感性能，而且对其他VOC污染物的交叉灵敏度超低，其精度为±20ppb或测量值的±20%，测量范围为0ppb至1000ppb，具有出色的长期稳定性和长达6年使用寿命。

该传感器模块中还集成有板载SHT传感器，可提供精确的湿度和温度测量，并支持完全温度/湿度补偿和工厂校准的甲醛浓度输出。SFA30模块还提供可选的数字UART和I²C接口选项、标准电气连接器和多功能安装选项，可轻松集成到空气净化器、通风系统和室内空气质量监测器等目标应用中。

图4：SFA30甲醛传感器模块

（图源：Sensirion）

 

SEN5x

环境传感器模组

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如果你想要一种高集成、多功能、一体化的室内空气质量传感器解决方案，那么Sensirion的SEN5x环境传感器模组是个绝佳的选择。

SEN5x环境传感器模组在单一封装中，可同时精确测量颗粒物、VOC、NOx、湿度和温度等多种空气质量参数。其具有4.5V至5.5V电压范围，5V时平均电流消耗仅为63mA，使用寿命长，采用鞘流技术实现高防尘性能，并设有I²C接口，提供经完全校准的数字输出，是一个各方面表现都不俗、综合“战力”很强的解决方案。

图5：SEN5x环境传感器模组框图

（图源：Sensirion）

除了硬件，SEN5x环境传感器模组还集成了温度补偿、VOC指数计算、湿度补偿等先进的算法，使得将SEN5x集成到各种应用中变得更容易，大大节省开发者的资源和时间。同时，SEN5x环境传感器模组提供支持不同功能的产品型号，方便开发者根据实际应用进行选型和系统集成。

图6：SEN5x环境传感器模组产品功能一览

（图源：Sensirion）

福利时刻

随着人们生活水平和健康意识的增强，对于室内空气质量的关注度也在不断增加，这直接带来了室内空气质量监控和空气污染治理需求的快速发展。

面对室内空气污染物这些“无形”的敌人，想要有的放矢、高效防治，及时准确地识别它们、测量其浓度是防线的第一步，不容有失。

所以，在本文的最后，请大家“点兵点将”，从Sensirion的“超能战队”中挑选出，你认为能够在室内空气质量传感这道防线上委以重任的产品。快来VOTE，告诉我们你的选择吧~

• SCD4x微型CO₂传感器

• SGP41 CMOSens/MOXSens数字式空气质量传感器

• SFA30甲醛传感器模块

• SEN5x环境传感器模组

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