基于光声传感原理的新型二氧化碳传感器SCD40

随着智慧家庭、智慧办公概念逐渐深入人心，楼宇正变得越来越节能，但是其内部空气质量正在加速恶化。人处于密闭空间时，二氧化碳的浓度将会增加，随之下降的空气质量会引发嗜睡、注意力下降以及头痛等症状，严重影响人正常的工作学习。CO₂传感器可以集成在室内空气质量监测仪、空气净化器和智能温控器中，在室内空气质量监测中发挥着至关重要的作用，商业区和住宅区的新风机和智能通风系统通常使用二氧化碳传感器进行调节通风。

日前，盛思锐（Sensirion）推出了基于光声传感原理的新型二氧化碳传感器SCD4X，为智能家居、汽车等领域的应用场景开辟了更多可能性。得益于其小体积、高集成度的优势，相比于传统的红外气体检测技术（NDIR）传感器方案，SCD4X在性能和价格上取得了空前突破，特别适合大批量和对成本高敏感的应用需求。

传统的二氧化碳传感器大都是仅仅起到室内空气质量监测的作用，通过监测室内环境的二氧化碳含量，向客户展示空气质量是好的；如果二氧化碳浓度过高，需要客户自己打开窗户进行通风。新型二氧化碳传感器可用于启动通风的触发器，以确保舒适度、健康水平和生产力，通过移动APP或者LED显示二氧化碳浓度，当二氧化碳浓度超过临界阈值时，引导用户使用触发装置，更加智能化和人性化。

作为智慧家庭室内场景中的一环，新型CO₂传感器的出现为其他芯片模块、传感器厂商提供了全新的思路，只有从技术创新出发，才能真正降低成本；在打破规则之前，首先要精通并掌握它们。那么新型二氧化碳传感器的技术优势又在哪里呢？二氧化碳传感器是气体传感器的一种，让我们来简单认识一下气体传感器的种类。

一、气体传感器种类介绍

气体传感器类型多样，主要包括粉尘传感器、二氧化碳传感器、有毒气体传感器等。粉尘传感器可以检测周围空气中粉尘颗粒浓度的大小，主要有家用空气净化器，空气品质检测仪，新风系统空调，消费类电子产品等；二氧化碳传感器是用于检测二氧化碳浓度的仪器，主要有新风系统，农牧业二氧化碳监控，空气品质检测仪，车载净化器等；有毒气体传感器是用于检测一氧化碳、臭氧浓度的仪器，主要有甲醛检测仪，煤气探测器，恶臭检测仪，乙烷检测器等；其他还有运用于检测可燃气、氧气、酒精的传感器。

二、气体传感器应用领域介绍

三、气体传感器市场规模与竞争格局

全球气体传感器规模持续增长。2020年，全球气体传感器总体规模约为11-12亿美元，预计到2026年将达到22亿美元规模，年复合增长率约为10.9%。

Ø 海外气体传感器行业参与者：城市技术（CityTechnology）、费加罗（Figaro）、安费诺（Amphenol）、博世（Bosch）、盛思锐（Sensirion）、森尔（Senseair）等。

Ø 国内气体传感器行业参与者：汉威科技（炜盛电子）、四方光电、攀藤科技、北京益杉、深圳蓝月等。其中，根据Yole统计数据，2020年汉威与子公司炜盛的气体传感器在全球市占率约为4%。

四、气体传感器技术路径介绍

不同技术路线的气体传感器有望并行发展，光学技术传感器市场份额不断上升。由于对于高精度测量的需求不断增加，光学传感器成本不断下降，光学传感器市场份额占比不断走高。根据市场咨询公司Yole Development和Mordor Intelligence统计，全球气体传感器市场中电化学、红外、半导体技术共同占据了95%以上的市场份额，其中，应用电化学、半导体技术的气体传感器占比分别达44.2%、38.3%，应用红外技术的气体传感器占有15.1%。2018年应用电化学、红外和催化燃烧技术的气体传感器市场份额提升，而应用半导体技术的气体传感器份额显著下降。

五、新型二氧化碳传感器的技术优势

盛思锐在传感器微型化方面深厚的专业知识，使其在二氧化碳传感器方面迈出了突破性一步。新型的SCD40于美国圣何塞传感器展上斩获2019年最佳传感器大奖（Best of Sensors Awards 2019），主要得益于以下几个关键的技术优势：1、盛思锐的CMOSens专利技术——尺寸小；2、采用LGA贴片封装：可回流焊接；3、光声传感原理造就高机械稳定性；4、集成最佳的湿度和温度（RH/T）传感器。

SCD40的尺寸为10mm*10mm*7mm，与前一代的SCD30相比，尺寸缩小了5倍；利用光声学传感原理，在不影响传感器性能的前提下，SCD40光学共振腔的尺寸得以大幅度减小。这有利于最大自由度的设计和应用开发，通过最小的组件有效整合成本和空间，造就超高的性价比。

▲新型SCD40二氧化碳传感器在尺寸上 几乎是原来方案的1/5 目前市场上的二氧化碳传感器主要是应用NDIR红外气体方案，其工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。

以SCD30为例，红外光源发射出一段范围的红外光，通过一个4.2um波长的窄带滤波片后，由红外传感器监测透过4.2um波长红外光（其他波长）的强度，以此表示CO₂气体的浓度。而SCD40的光声传感方案则不同，传感器信号由4.2um处的光声转换信号表征，CO₂浓度越高，声音信号越大。

光声传感原理已经推出几十年，但是到目前为止都仅仅是作为昂贵的实验室场景的仪器；通过规模经济和高比例的自制零部件降低价格，CMOSens专利技术使得光声传感的应用迈出了突破性的一步。