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解读机器嗅觉爆发时代:掘金氣體傳感器未来9.2亿美元市场

時間:2019-12-09 10:31來源:傳感器專家網 作者:鄭州u9彩票科技 點擊:

摘要:如今,氣體傳感器被廣泛應用到工業、醫療、環保、化工等領域,近幾年更是迅速向民用領域普及,尤其是在環保與健康方面,迎來爆發式發展。

隨著全球工業化進程的推進,環境空氣汙染加劇,人類對健康生活環境的追求越發強烈......而人類嗅覺的延伸——機器嗅覺,在此背景下,迎來爆發式發展機遇。

机器嗅觉起源:氣體傳感器诞生

機器嗅覺是一種模擬生物嗅覺工作原理的新穎仿生檢測技術,機器嗅覺系統通常由交叉敏感的化學傳感器陣列和適當的計算機模式識別算法組成,可用于檢測、分析和鑒別各種氣味。

氣體傳感器是机器嗅觉的主角,因为气味是物质的外部特征,氣體傳感器通过检测气味能准确地获取物质的相关信息,将各种气体体积分数转化成对应电信号,得到相应数据。

氣體傳感器的发展可追溯到50多年前,20世纪60年代,世界上首个氣體檢測器诞生。Wickens和Hatman利用气体在电极上的氧化还原反应研制出了世界上第一个氣體檢測器,而后八十年代年英国Persaud等人提出了利用氣體檢測器模拟生物嗅觉,这是氣體傳感器的雏形。

直到70年代,氣體傳感器的理论才传入我国。80年代我国开始研制氣體傳感器,整個技術主要繼承于德國。

之後隨著各種天然氣、煤制氣、液化氣的開發和使用,國內外開始深入研究可燃氣體的檢測方法和控制方法,並産生了多種用于氣體檢測與分析的傳感器、儀器儀表等,並大量應用于生産生活中的氣體檢測與成分分析中。

氣體傳感器作为人类嗅觉的延伸,是感知空气及环境不可或缺的核心。如今,氣體傳感器被廣泛應用到工業、醫療、環保、化工等領域,近幾年更是迅速向民用領域普及,尤其是在環保與健康方面,迎來爆發式發展。

 

机器嗅觉发展:空气污染催生多种氣體傳感器应用场景

过去氣體傳感器广泛应用于工业领域,因为众多工业气体毒性较强,泄露将对人体健康产生危害,还有一些易燃气体,存在爆炸风险。所以通过氣體傳感器可盡快檢測出氣體泄漏等問題,避免安全問題升級到緊急危險的情況發生。

現在隨著工業規模逐漸擴大,産品的種類不斷增多,氣體原料和生産過程中産生的氣體種類和數量不斷境加,氣體汙染範圍快速擴大,我們日常生活的環境已經受到嚴重汙染,甚至我們的生存都遭受到威脅。據2016年世界衛生組織對疾病揭露與負擔的全球評估,迄今爲止,空氣汙染是對健康最大的環境風險,會對人體産生不良影響甚至可能引發疾病,每年約有九分之一的死亡均由此引起,只有十分之一的人生活在符合世界衛生組織空氣質量指南的城市中。

因此,通過機器嗅覺技術來先一步感知所處環境的空氣質量狀況,從而進行改善及治理,維護人體的健康是非常有必要的。例如,用相應的氣體傳感器检测酸雨气体/温室效应气体、甲醛等有毒气体和PM 2.5等。

如今機器嗅覺市場正在發生巨大變化,主要由大量的消費類應用驅動發展,催生多種氣體傳感器應用場景。

隨著生活水平的提高和環保意識的加強,人們對各種有毒、有害氣體的探測,對大氣汙染、工業廢氣的監控以及對食品和人居環境質量的檢測都提了更高的要求。例如應用于物聯網領域的各種智能家居和可穿戴設備,實現周圍環境空氣質量的監測或空氣質量的提高。

室內裝修有害氣體檢測

新裝修居室90%以上的有害氣體都嚴重超標,以甲醛爲例,新居初裝完成時含量都在2.5ppm以上,有的高達十幾甚至幾十ppm(GBT18883-2002室內空氣質量標准規定甲醛含量最高不超過0.1mk/m3,即0.074ppm)。

将氣體傳感器应用于家庭生活环境,针对甲醛、苯、甲苯等挥发性有机物添加独立的气体检测产品,或将氣體傳感器与空调、空气清新机、空气净化器等融为一体,达到内室污染检测与治理相结合的目的,既可对久居家中的老、弱、妇、孺等低抵抗力人群起到最大的保护作用,又可让在外拼搏的亲人安心。

PM 2.5粉尘检测 

中國目前城市的環境已經進入霧霾高發期,人們開始慢慢體會到“呼吸之痛”。加上室內吸煙、炒菜時的油煙以及不完全燃燒的煤氣等情況,均會增加空氣中PM2.5粉塵的濃度,容易導致多種疾病的發生,對于老人、兒童、嬰兒或者是原本就有呼吸、心血管系統疾病的人來說,傷害尤其嚴重。

PM2.5粉塵傳感器通過紅外光在灰塵顆粒物的散射作用統計空氣中的顆粒數量,可以靈敏檢測直徑1um以上的粒子,內置加熱器可實現自動吸入空氣,減少測量誤差,並且體積小,易于安裝使用。

 

還有空氣淨化器也是室內常用的含氣體傳感器(净化器空气质量传感器)的電器。集成到諸如安全網絡攝像頭或智能揚聲器之類的中央設備中的氣體傳感器甚至可以實時遠程監控房間中的家庭環境,遠程控制通風,並確保無論何時人們進入房間,室內空氣都是清潔的和新鮮的。

高檔智能汽車空氣安全監測

據調查,93.6%的新車室內空氣汙染嚴重超標,而車內空氣汙染源主要來自車體本身、裝飾用材等,其中甲醛、二甲苯、苯等有毒物質汙染後果最爲嚴重,可能誘發癌變。

另一種屢見報端的車內危害氣體,是被稱爲“沈默的殺手”的一氧化碳,其主要來源是汽車發動機和汽車尾氣,因停車時開啓空調而産生,若聚集于車內時,車內人員會因吸入這種無色無味的毒氣而在不覺中中毒身亡。

采用适合的氣體傳感器,不仅可监测车内甲醛、二甲苯、苯等挥发性有机物,也可以监测车内一氧化碳浓度,起到安全预警的作用,提醒车主采取有效的改善措施,防止悲剧的发生。

另外,在智慧大樓、智慧場館、智慧學校、智慧停車場、智慧公廁、智慧養殖場等应用场景里,根据不同应用场景的要求,配置所需的氣體傳感器,从而结合长期的监测数据,进行恰当的治理措施,改善室内的空气及环境质量。

還有在無創呼氣檢測,全球溫室氣體監測網絡,天然氣生産工藝檢測等领域,氣體傳感器也大有可为。

机器嗅觉爆发:掘金氣體傳感器9.2亿美元市场

目前,在國內市場中,國內環境監測市場需求越來越大。隨著生態治理措施的不斷加強,空氣監測將迎來更爲廣闊的市場前景。同時,國家正從宏觀層面加強對空氣監測設備行業的引導,以充分發揮本土優勢,提升國産監測設備的競爭力,實現行業良性發展。

在全球市場中,隨著全球氣候變暖,極端天氣氣候事件的出現頻率發生變化,呈現出增多增強的趨勢,氣體傳感器的市场需求也随之在不断增长,预计到2021年,全球氣體傳感器市场规模将达到9.2亿美元。

而随着终端消费市场崛起,全球消费领域氣體傳感器需求保持高速增长。2015年,全球消费用氣體傳感器出货量为130万颗左右,2018年迅速提升至1亿颗,预计到2020年其需求将增长至3.5亿颗,氣體傳感器行业迎来新一轮发展机遇。

从技术角度来看,未来氣體傳感器前景可期。

一方面,智能技术的发展,推动着氣體傳感器走向智能化。氣體傳感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能氣體傳感器将是未来的发展趋势之一。

另一方面,新材料的研究,将实现氣體傳感器的创新。納米、石墨烯、薄膜技術等新材料研制技術已成功應用在氣體傳感器上,大大提高氣體傳感器的性能。比如,在石墨烯中加入硼原子,开发出的氣體傳感器,其灵敏度极高,能“嗅”出空气中浓度极低的有害气体,在人们还未察觉时发出警报。

結語:

未來是機器的世界,但是現在大家的注意力都在語音識別、機器視覺、人臉識別、機器語言,卻忽略了另一個很重要的感知,嗅覺——機器對環境分子的感知能力。

其實無論是檢測我們每天呼吸的空氣品質,還是危化物品的巡檢、有毒氣體探測等,都需要機器具備對環境分子的感知能力,去檢測環境中有沒有危害的氣體分子。

總之,重視及發展氣體傳感器,不僅是一場市場機遇,更是一場“保命”智舉。