Met die vinnige ontwikkeling van tegnologieë soos die Internet van Dinge en kunsmatige intelligensie, omarm gassensors, 'n belangrike sensortoestel bekend as die "vyf elektriese sintuie", ongekende ontwikkelingsgeleenthede. Van die aanvanklike monitering van industriële giftige en skadelike gasse tot die wye toepassing daarvan in mediese diagnose, slimhuis, omgewingsmonitering en ander velde vandag, ondergaan gassensortegnologie 'n diepgaande transformasie van 'n enkele funksie na intelligensie, miniaturisering en multidimensionaliteit. Hierdie artikel sal die tegniese eienskappe, die nuutste navorsingsvordering en die globale toepassingsstatus van gassensors omvattend analiseer, met besondere aandag aan die ontwikkelingstendense op die gebied van gasmonitering in lande soos China en die Verenigde State.
Tegniese eienskappe en ontwikkelingstendense van gassensors
As 'n omskakelaar wat die volumefraksie van 'n spesifieke gas in die ooreenstemmende elektriese sein omskakel, het die gassensor 'n onontbeerlike en belangrike komponent in moderne sensortegnologie geword. Hierdie tipe toerusting verwerk gasmonsters deur opsporingskoppe, wat tipies stappe insluit soos die uitfiltering van onsuiwerhede en steurende gasse, droogmaak of verkoelingsbehandeling, en uiteindelik die omskakeling van gaskonsentrasie-inligting in meetbare elektriese seine. Tans is daar verskeie tipes gassensors op die mark, insluitend halfgeleiertipe, elektrochemiese tipe, katalitiese verbrandingstipe, infrarooi gassensors en foto-ionisasie (PID) gassensors, ens. Elkeen van hulle het sy eie eienskappe en word wyd gebruik in siviele, industriële en omgewingstoetsvelde.
Stabiliteit en sensitiwiteit is die twee kernaanwysers vir die evaluering van die werkverrigting van gassensors. Stabiliteit verwys na die volharding van die basiese reaksie van 'n sensor gedurende sy hele werktyd, wat afhang van nul-drywing en interval-drywing. Ideaal gesproke, vir hoëgehalte-sensors onder deurlopende werkstoestande, moet die jaarlikse nul-drywing minder as 10% wees. Sensitiwiteit verwys na die verhouding van die verandering in die sensor se uitset tot die verandering in die gemete inset. Die sensitiwiteit van verskillende tipes sensors wissel aansienlik, hoofsaaklik afhangende van die tegniese beginsels en materiaalkeuse wat hulle aanneem. Daarbenewens is selektiwiteit (d.w.s. kruissensitiwiteit) en korrosiebestandheid ook belangrike parameters vir die evaluering van die werkverrigting van gassensors. Eersgenoemde bepaal die sensor se herkenningsvermoë in 'n gemengde gasomgewing, terwyl laasgenoemde verband hou met die sensor se toleransie in hoë-konsentrasie teikengasse.
Die huidige ontwikkeling van gassensortegnologie toon verskeie ooglopende tendense. Eerstens het die navorsing en ontwikkeling van nuwe materiale en nuwe prosesse steeds verdiep. Tradisionele metaaloksied-halfgeleiermateriale soos ZnO, SiO₂, Fe₂O₃, ens. het volwasse geword. Navorsers doteer, modifiseer en oppervlakmodifiseer bestaande gassensitiewe materiale deur chemiese modifikasiemetodes, en verbeter terselfdertyd die filmvormingsproses om die stabiliteit en selektiwiteit van sensors te verbeter. Intussen word die ontwikkeling van nuwe materiale soos saamgestelde en hibriede halfgeleier-gassensitiewe materiale en polimeer-gassensitiewe materiale ook aktief bevorder. Hierdie materiale toon hoër sensitiwiteit, selektiwiteit en stabiliteit vir verskillende gasse.
Die intelligensie van sensors is nog 'n belangrike ontwikkelingsrigting. Met die suksesvolle toepassing van nuwe materiaaltegnologieë soos nanotegnologie en dunfilmtegnologie, word gassensors meer geïntegreerd en intelligent. Deur multidissiplinêre geïntegreerde tegnologieë soos mikromeganiese en mikro-elektroniese tegnologie, rekenaartegnologie, seinverwerkingstegnologie, sensortegnologie en foutdiagnosetegnologie ten volle te benut, ontwikkel navorsers volledig outomatiese digitale intelligente gassensors wat in staat is om verskeie gasse gelyktydig te monitor. 'n Chemiese weerstandspotensiaal-tipe multiveranderlike sensor wat onlangs ontwikkel is deur die navorsingsgroep van medeprofessor Yi Jianxin van die Staatssleutellaboratorium vir Brandwetenskap aan die Universiteit van Wetenskap en Tegnologie van China, is 'n tipiese verteenwoordiger van hierdie tendens. Hierdie sensor realiseer die driedimensionele opsporing en akkurate identifikasie van verskeie gasse en brandkenmerke deur 'n enkele toestel 59.
Skikking en algoritme-optimering kry ook toenemende aandag. As gevolg van die breëspektrum-responsprobleem van 'n enkele gassensor, is dit geneig tot interferensie wanneer verskeie gasse gelyktydig bestaan. Die gebruik van verskeie gassensors om 'n skikking te vorm, het 'n effektiewe oplossing geword om die herkenningsvermoë te verbeter. Deur die afmetings van die opgespoorde gas te vergroot, kan die sensorskikking meer seine verkry, wat bevorderlik is vir die evaluering van meer parameters en die verbetering van die vermoë van beoordeling en herkenning. Namate die aantal sensors in die skikking egter toeneem, neem die kompleksiteit van dataverwerking ook toe. Daarom is die optimalisering van die sensorskikking veral belangrik. In skikkingsoptimering word metodes soos korrelasiekoëffisiënt en trosanalise wyd aangeneem, terwyl gasherkenningsalgoritmes soos Hoofkomponentanalise (PCA) en kunsmatige neurale netwerke (ANN) die patroonherkenningsvermoë van sensors aansienlik verbeter het.
Tabel: Prestasievergelyking van hooftipes gassensors
Sensortipe, werkbeginsel, voordele en nadele, tipiese lewensduur
Halfgeleier-tipe gasadsorpsie het lae koste in die verandering van die weerstand van halfgeleiers, vinnige reaksie, swak selektiwiteit, en word grootliks beïnvloed deur temperatuur en humiditeit vir 2-3 jaar.
Elektrochemiese gas ondergaan REDOX-reaksies om stroom te genereer, wat goeie selektiwiteit en hoë sensitiwiteit het. Die elektroliet het egter beperkte slytasie en 'n lewensduur van 1-2 jaar (vir vloeibare elektroliet).
Katalitiese verbranding tipe brandbare gasverbranding veroorsaak temperatuurveranderinge. Dit is spesifiek ontwerp vir die opsporing van brandbare gas en is slegs van toepassing op brandbare gas vir ongeveer drie jaar.
Infrarooi gasse het hoë akkuraatheid in die absorpsie van infrarooi lig van spesifieke golflengtes, veroorsaak nie vergiftiging nie, maar het 'n hoë koste en 'n relatief groot volume vir 5 tot 10 jaar.
Foto-ionisasie (PID) ultraviolet foto-ionisasie vir gasmolekule-opsporing van VOS'e het hoë sensitiwiteit en kan nie die tipes verbindings vir 3 tot 5 jaar onderskei nie.
Dit is opmerklik dat hoewel gassensortegnologie aansienlike vordering gemaak het, dit steeds voor 'n paar algemene uitdagings te staan kom. Die lewensduur van sensors beperk hul toepassing in sekere velde. Byvoorbeeld, die lewensduur van halfgeleiersensors is ongeveer 2 tot 3 jaar, dié van elektrochemiese gassensors is ongeveer 1 tot 2 jaar as gevolg van elektrolietverlies, terwyl dié van vastetoestand-elektroliet-elektrochemiese sensors 5 jaar kan bereik. Daarbenewens is drywingsprobleme (veranderinge in sensorrespons oor tyd) en konsekwentheidsprobleme (prestasieverskille tussen sensors in dieselfde bondel) ook belangrike faktore wat die wye toepassing van gassensors beperk. In reaksie op hierdie probleme is navorsers enersyds daartoe verbind om gassensitiewe materiale en vervaardigingsprosesse te verbeter, en andersyds kompenseer of onderdruk hulle die invloed van sensordrywing op meetresultate deur gevorderde dataverwerkingsalgoritmes te ontwikkel.
Die gediversifiseerde toepassingscenario's van gassensors
Gassensortegnologie het elke aspek van die sosiale lewe deurdring. Die toepassingsscenario's daarvan het lankal die tradisionele industriële veiligheidsmoniteringsgebied oortref en brei vinnig uit na verskeie velde soos mediese gesondheid, omgewingsmonitering, slimhuise en voedselveiligheid. Hierdie tendens van gediversifiseerde toepassings weerspieël nie net die moontlikhede wat deur tegnologiese vooruitgang meegebring word nie, maar beliggaam ook die groeiende sosiale vraag na gasopsporing.
Industriële veiligheid en gevaarlike gasmonitering
Op die gebied van industriële veiligheid speel gassensors 'n onvervangbare rol, veral in hoërisiko-bedrywe soos chemiese ingenieurswese, petroleum en mynbou. China se "14de Vyfjaarplan vir die Veilige Produksie van Gevaarlike Chemikalieë" vereis duidelik dat chemiese industriële parke 'n omvattende moniterings- en vroeë waarskuwingstelsel vir giftige en skadelike gasse moet vestig en die konstruksie van intelligente risikobeheerplatforms moet bevorder. Die "Industriële Internet Plus Werkveiligheidsaksieplan" moedig parke ook aan om Internet van Dinge-sensors en KI-analiseplatforms te ontplooi om intydse monitering en gekoördineerde reaksie op risiko's soos gaslekkasie te bewerkstellig. Hierdie beleidsoriëntasies het die toepassing van gassensors op die gebied van industriële veiligheid grootliks bevorder.
Moderne industriële gasmoniteringstelsels het 'n verskeidenheid tegniese roetes ontwikkel. Gaswolkbeeldtegnologie visualiseer gaslekkasie deur gasmassas visueel voor te stel as die veranderinge in pixelgrysvlakke in die beeld. Die opsporingsvermoë daarvan hou verband met faktore soos die konsentrasie en volume van die gelekte gas, agtergrondtemperatuurverskil en moniteringsafstand. Fourier-transform infrarooi spektroskopietegnologie kan kwalitatief en semi-kwantitatief meer as 500 soorte gasse monitor, insluitend anorganiese, organiese, giftige en skadelike gasse, en kan gelyktydig 30 soorte gasse skandeer. Dit is geskik vir die komplekse gasmoniteringsvereistes in chemiese industriële parke. Hierdie gevorderde tegnologieë, wanneer dit gekombineer word met tradisionele gassensors, vorm 'n multivlak-industriële gasveiligheidsmoniteringsnetwerk.
Op die spesifieke implementeringsvlak moet industriële gasmoniteringstelsels voldoen aan 'n reeks nasionale en internasionale standaarde. China se "Ontwerpstandaard vir die opsporing en alarm van vlambare en giftige gasse in die petrochemiese industrie" GB 50493-2019 en "Algemene tegniese spesifikasie vir veiligheidsmonitering van groot gevaarbronne van gevaarlike chemikalieë" AQ 3035-2010 verskaf tegniese spesifikasies vir industriële gasmonitering 26. Internasionaal het OSHA (Occupational Safety and Health Administration of the United States) 'n reeks gasopsporingsstandaarde ontwikkel wat gasopsporing vereis voor operasies in beperkte ruimtes en verseker dat die konsentrasie van skadelike gasse in die lug onder die veilige vlak van 610 is. Die standaarde van NFPA (National Fire Protection Association of the United States), soos NFPA 72 en NFPA 54, stel spesifieke vereistes vir die opsporing van vlambare gasse en giftige gasse 610.
Mediese gesondheid en siektediagnose
Die mediese en gesondheidsveld word een van die mees belowende toepassingsmarkte vir gassensors. Die uitgeasemde gas van die menslike liggaam bevat 'n groot aantal biomerkers wat verband hou met gesondheidstoestande. Deur hierdie biomerkers op te spoor, kan vroeë sifting en deurlopende monitering van siektes bereik word. Die handtoestel vir die opsporing van asemhalingasetoon, ontwikkel deur dr. Wang Di se span van die Zhejiang Laboratorium se Superpersepsie-navorsingsentrum, is 'n tipiese verteenwoordiger van hierdie toepassing. Hierdie toestel gebruik 'n kolorimetriese tegnologieroete om die asetooninhoud in menslike uitgeasemde asem te meet deur die kleurverandering van gassensitiewe materiale op te spoor, waardeur vinnige en pynlose opsporing van tipe 1-diabetes verkry word.
Wanneer die insulienvlak in die menslike liggaam laag is, kan dit nie glukose in energie omskakel nie en eerder vet afbreek. As een van die neweprodukte na vetafbraak word asetoon deur respirasie uit die liggaam uitgeskei. Dr. Wang Di het verduidelik 1. In vergelyking met tradisionele bloedtoetse, bied hierdie asemtoetsmetode 'n beter diagnostiese en terapeutiese ervaring. Boonop ontwikkel die span 'n "daaglikse vrystelling"-pleister-asetoonsensor. Hierdie laekoste-draagbare toestel kan outomaties die asetoongas wat deur die vel vrygestel word, 24 uur per dag meet. In die toekoms, wanneer dit gekombineer word met kunsmatige intelligensietegnologie, kan dit help met die diagnose, monitering en medikasiebegeleiding van diabetes.
Afgesien van diabetes, toon gassensors ook groot potensiaal in die bestuur van chroniese siektes en die monitering van respiratoriese siektes. Die koolstofdioksiedkonsentrasiekurwe is 'n belangrike basis vir die beoordeling van die pulmonale ventilasiestatus van pasiënte, terwyl die konsentrasiekurwes van sekere gasmerkers die ontwikkelingstendens van chroniese siektes weerspieël. Tradisioneel het die interpretasie van hierdie data die deelname van mediese personeel vereis. Met die bemagtiging van kunsmatige intelligensietegnologie kan intelligente gassensors egter nie net gasse opspoor en kurwes teken nie, maar ook die graad van siekte-ontwikkeling bepaal, wat die druk op mediese personeel aansienlik verminder.
In die veld van draagbare gesondheidstoestelle is die toepassing van gassensors nog in die vroeë stadium, maar die vooruitsigte is breed. Navorsers van Zhuhai Gree Electric Appliances het daarop gewys dat hoewel huishoudelike toestelle verskil van mediese toestelle met siektediagnosefunksies, gassensor-skikkings in die veld van daaglikse tuisgesondheidsmonitering voordele het soos lae koste, nie-indringing en miniaturisering, wat veroorsaak dat hulle na verwagting toenemend in huishoudelike toestelle soos mondversorgingstoestelle en slim toilette as hulpmonitering- en intydse moniteringsoplossings sal verskyn. Met die toenemende vraag na tuisgesondheid, sal die monitering van menslike gesondheidstatus deur middel van huishoudelike toestelle 'n belangrike rigting word vir die ontwikkeling van slimhuise.
Omgewingsmonitering en besoedelingsvoorkoming en -beheer
Omgewingsmonitering is een van die velde waar gassensors die wydste toegepas word. Namate die wêreldwye klem op omgewingsbeskerming steeds toeneem, groei die vraag na die monitering van verskeie besoedelstowwe in die atmosfeer ook daagliks. Gassensors kan skadelike gasse soos koolstofmonoksied, swaeldioksied en osoon opspoor, wat 'n effektiewe instrument bied vir die monitering van omgewingsluggehalte.
Die UGT-E4 elektrochemiese gassensor van die British Gas Shield Company is 'n verteenwoordigende produk op die gebied van omgewingsmonitering. Dit kan die inhoud van besoedelingstowwe in die atmosfeer akkuraat meet en tydige en akkurate data-ondersteuning vir omgewingsbeskermingsdepartemente bied. Hierdie sensor, deur integrasie met moderne inligtingstegnologie, het funksies soos afstandmonitering, data-oplaai en intelligente alarm bereik, wat die doeltreffendheid en gerief van gasopsporing aansienlik verbeter. Gebruikers kan die veranderinge in gaskonsentrasie enige tyd en enige plek dophou, eenvoudig deur hul selfone of rekenaars, wat 'n wetenskaplike basis bied vir omgewingsbestuur en beleidsvorming.
Wat die monitering van binnenshuise luggehalte betref, speel gassensors ook 'n belangrike rol. Die EN 45544-standaard wat deur die Europese Komitee vir Standaardisering (EN) uitgereik is, is spesifiek vir die toetsing van binnenshuise luggehalte en dek die toetsvereistes vir verskeie skadelike gasse 610. Algemene koolstofdioksiedsensors, formaldehiedsensors, ens. op die mark word wyd gebruik in siviele wonings, kommersiële geboue en openbare vermaaklikheidslokale, wat mense help om 'n gesonder en gemakliker binnenshuise omgewing te skep. Veral tydens die COVID-19-pandemie het binnenshuise ventilasie en luggehalte ongekende aandag gekry, wat die ontwikkeling en toepassing van verwante sensortegnologieë verder bevorder het.
Koolstofvrystellingsmonitering is 'n opkomende toepassingsrigting van gassensors. Teen die agtergrond van globale koolstofneutraliteit het presiese monitering van kweekhuisgasse soos koolstofdioksied besonder belangrik geword. Infrarooi koolstofdioksiedsensors het unieke voordele in hierdie veld as gevolg van hul hoë presisie, goeie selektiwiteit en lang lewensduur. Die "Riglyne vir die Konstruksie van Intelligente Veiligheidsrisikobeheerplatforms in Chemiese Industriële Parke" in China het die monitering van brandbare/giftige gasse en die opsporing van lekkasies as verpligte konstruksie-inhoud gelys, wat die beleidsvlak se klem op die rol van gasmonitering in die omgewingsbeskermingsveld weerspieël.
Slimhuis en voedselveiligheid
Slimhuise is die belowendste verbruikerstoepassingsmark vir gassensors. Tans word gassensors hoofsaaklik in huishoudelike toestelle soos lugsuiweraars en vars lugversorgers toegepas. Met die bekendstelling van sensorreekse en intelligente algoritmes word hul toepassingspotensiaal in scenario's soos bewaring, kook en gesondheidsmonitering egter geleidelik ontgin.
Wat voedselbewaring betref, kan gassensors die onaangename reuke wat deur voedsel tydens berging vrygestel word, monitor om die varsheid van die voedsel te bepaal. Onlangse navorsingsresultate toon dat of 'n enkele sensor gebruik word om die reukkonsentrasie te monitor of 'n gassensorskikking gekombineer met patroonherkenningsmetodes aangeneem word om die varsheid van voedsel te bepaal, goeie effekte behaal is. As gevolg van die kompleksiteit van werklike yskasgebruikscenario's (soos steuring van gebruikers wat deure oopmaak en toemaak, kompressors aan en afskakel, en interne lugsirkulasie, ens.), sowel as die wedersydse invloed van verskeie vlugtige gasse van voedselbestanddele, is daar egter steeds ruimte vir verbetering in die akkuraatheid van voedselvarsheidsbepaling.
Kooktoepassings is nog 'n belangrike scenario vir gassensors. Daar word honderde gasvormige verbindings tydens die kookproses geproduseer, insluitend partikelmateriaal, alkane, aromatiese verbindings, aldehiede, ketone, alkohole, alkene en ander vlugtige organiese verbindings. In so 'n komplekse omgewing toon gassensor-skikkings meer voor die hand liggende voordele as enkele sensors. Studies toon dat gassensor-skikkings gebruik kan word om die kookstatus van voedsel te bepaal op grond van persoonlike smaak, of as 'n hulpmiddel vir dieetmonitering om gereeld kookgewoontes aan gebruikers te rapporteer. Kookomgewingfaktore soos hoë temperatuur, kookdampe en waterdamp kan egter maklik veroorsaak dat die sensor "vergiftig", wat 'n tegniese probleem is wat opgelos moet word.
Op die gebied van voedselveiligheid het die navorsing van Wang Di se span die potensiële toepassingswaarde van gassensors gedemonstreer. Hulle doel is om "dosyne gasse gelyktydig met 'n klein selfoon-inprop te identifiseer", en is daartoe verbind om voedselveiligheidsinligting geredelik beskikbaar te stel. Hierdie hoogs geïntegreerde reeks reuktoestelle kan vlugtige komponente in voedsel opspoor, die varsheid en veiligheid van voedsel bepaal, en intydse verwysings vir verbruikers verskaf.
Tabel: Hoofdetektiewe voorwerpe en tegniese eienskappe van gassensors in verskeie toepassingsvelde
Toepassingsvelde, hoofopsporingsvoorwerpe, algemeen gebruikte sensortipes, tegniese uitdagings, ontwikkelingstendense
Industriële veiligheid brandbare gas, giftige gas katalitiese verbranding tipe, elektrochemiese tipe, strawwe omgewingsverdraagsaamheid multi-gas sinchrone monitering, lekkasie bron opsporing
Mediese en gesondheid asetoon, CO₂, VOS halfgeleiertipe, kolorimetriese tipe selektiwiteit en sensitiwiteit, draagbare en intelligente diagnose
Langtermyn-stabiliteitsnetwerkontplooiing en intydse data-oordrag vir omgewingsmonitering van lugbesoedelingstowwe en kweekhuisgasse in infrarooi en elektrochemiese vorms
Slimhuiskos vlugtige gas, kookrook halfgeleiertipe, PID anti-interferensievermoë
Kontak asseblief Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Maatskappy webwerf:www.hondetechco.com
Tel: +86-15210548582
Plasingstyd: 11 Junie 2025