Jste zde

Senzor CO2 založený na fotoakustické spektroskopii

Libor Michalec, 21. Září 2021 - 8:32

Při vyšších hladinách CO₂lidé začínají pociťovat ospalost a mají potíže se soustředěním. Proto je nutné udržovat hladinu CO₂v mezích, které vyhovují lidskému organismu, a k tomu nám pomůže spolehlivý a rychlý senzor CO2 XENSIV PAS.

Silně izolované budovy nejsou vždy dobré pro lidské zdraví. Špatná ventilace může mít za následek nižší hladiny kyslíku a tvorbu oxidu uhličitého. Vyšší hladina CO₂ může mít negativní dopad na zdraví a produktivitu. Už při 1000 ppm lidé začínají pociťovat ospalost a mají potíže se soustředěním. V důsledku toho roste poptávka po inteligentních čidlech kvality vnitřního vzduchu, které detekují rostoucí hladinu CO₂. Na základě této informace dochází k upozornění uživatele nebo se rovnou spustí adekvátní reakce systému a hladina CO₂se vrátí do příslušných mezí.

V poslední době roste povědomí o kvalitě vnitřního vzduchu, a k tomuto účelu slouží snímač CO2 XENSIV PAS. Účinné větrání a zajištění čerstvého vzduchu efektivně přispívá ke zdraví lidského organismu. Ukázalo se, že existuje korelace mezi koncentrací CO₂ a aerosoly, které jsou jednou z přenosových cest virů (jako je COVID-19 nebo chřipka). Z toho vyplývá, že pokud dokážeme spolehlivě měřit hladinu CO₂ ve vnitřním prostoru, můžeme aktivně řídit riziko přenosu viru.

Rozsáhlé rozšíření senzorů CO₂ dosud brzdila jejich velikost, výkon a vysoká cena. Senzor XENSIV PAS CO2 využívá technologii fotoakustické spektroskopie (PAS) a přináší znatelné zmenšení, snížení ceny a dostatečnou rychlost a přesnost měření, a to i v reálném čase. Jeho bezprecedentně malá velikost (14 x 13,8 x 7,5 mm) s technologií SMD (Surface Mounted Device) umožňuje bezproblémovou velkoobjemovou montáž a snadnou integraci v systému. Senzor poskytuje vynikající přesnost (± 30 ppm +3%) a poskytuje přímé odečítání skutečné úrovně CO₂ , nikoli pouze korelaci.

XENSIV PAS CO2 má integrovaný fotoakustický snímač (PAS), detektor infračerveného zdroje, optický filtr, mikrokontroler pro zpracování signálu a algoritmů a čip MOSFET pro řízení infračerveného zdroje. Integrovaný mikrokontroler spouští výpočty ppm a pokročilé kompenzační a konfigurační algoritmy.

Senzor používá akustický detektor MEMS. Jeho výjimečná citlivost ve spojení s konstrukcí PCB snižuje prostorové nároky o více než 75 procent ve srovnání s dostupnými senzory CO₂. Senzor CO2 XENSIV PAS proto svou velikostí a cenou překonává nejmodernější senzory NDIR, aniž by byla ohrožena jeho citlivost a přesnost.

Princip fotoakustické spektroskopie (PAS)

Pulzy světla z infračerveného zdroje procházejí optickým filtrem vyladěným na vlnovou délku absorpce CO₂ (λ = 4,2 µm). Molekuly CO₂ uvnitř měřicí komory absorbují filtrované světlo, a to způsobí, že se molekuly otřásají a generují tlakovou vlnu s každým pulsem. Tomu se říká fotoakustický efekt. Vysoce citlivý akustický detektor MEMS detekuje změnu tlaku generovanou molekulami CO₂ v dutině senzoru a mikrokontroler převádí tento výstup na CO₂koncentraci. Aby bylo dosaženo co nejpřesnějšího odečtu ppm, je akustický detektor optimalizován pro nízkofrekvenční provoz a absorpční komora je akusticky izolována od vnějšího hluku.

Vlastnosti:

Výjimečně malý rozměr (14 x 13,8 x 7,5 mm)
Přesnost: ± (30 ppm +3%) čtení mezi 400 ppm a 5000 ppm
Pokročilé kompenzační a samokalibrační algoritmy
Různé možnosti konfigurace (např. Vzorkovací frekvence, základní kalibrace)
Rozhraní UART, I2C, PWM
Provozní rozsah: 0 ppm až 10 000 ppm
Životnost: 10 let při 1 měření/minutu
Provozní teplota: 0-50 ° C
Provozní relativní vlhkost: 0% až 85% (nekondenzující)
Napájecí napětí: 12,0 V pro vysílač a 3,3 V pro ostatní komponenty
Průměrná spotřeba energie: Obvykle 30 mW při 1 měření za minutu
Balíček SMD dodáván v pásku i kotouči

Výhody:

Úspora místa v koncových produktech
Vysoce kvalitní data a soulad se standardy inteligentních budov
Cenově výhodná velkoobjemová montáž a snadná integrace systému
Plug & play pro rychlé uvedení na trh
Flexibilita díky různým možnostem konfigurace

Potenciální aplikace:

Automatizace budov: Řízená ventilace, jednotky pro manipulaci se vzduchem, výměník vzduchu
Domácí spotřebiče: čističky vzduchu, klimatizace

Inteligentní domácí zařízení IoT: termostat, reproduktor, dětské chůvičky, osobní asistentky, Monitor kvality vnitřního vzduchu, chytré osvětlení.

Řízení města/ kontrola emisí CO2: venkovní osvětlení, zastávky autobusů, reklamní billboardy.
Monitorovací jednotka kvality vzduchu v kabině

Vývojové desky:

PAS CO2 Mini Evaluation Board XENSIV umožňuje rychlé prototypování a design. Pomocí standardního hřebínkového konektoru jej lze velmi snadno zapojit do cílové aplikační desky, a to návrhářům poskytuje značnou flexibilitu. Poskytuje snadné připojení k aplikační desce se standardním 2,54 mm kolíkovým konektorem. Přes tento konektor získáme přístup ke všem signálům a funkcím produktu.

Vývojová sada XENSIV PAS CO2 Sensor2Go byla vyvinuta s cílem umožnit rychlé a snadné nasazení snímače CO₂ na prinicpu Photo Acoustic Spectroscopy (PAS). Sadu Sensor2Go lze použít v kombinaci s PAS CO2 Mini Evaluation Board. Součástí této vývojové desky je Micro-USB kabel, grafické uživatelské rozhraní (GUI) a příslušný software, který naleznete na Infineon toolbox.