基于光声效应的MEMS气体传感器模块解析

出处:电子工程世界 发布于:2020-11-04 14:17:41

  光声效应(photoacousTIceffect)在19世纪被发现,它可以将光转换成声音。当物质受到周期性强度调制的光照射时,产生声信号的现象。用光照射某种媒质时,由于媒质对光的吸收会使其内部的温度改变从而引起媒质内某些区域结构和体积变化;当采用脉冲光源或调制光源时,媒质温度的升降会引起媒质的体积涨缩,因而可以向外辐射声波。这种现象称为光声效应。

  光声效应被应用于非分散性红外吸收光谱(NDIRNon-DispersiveInfraRed)等设备中,NDIR是   个利用这种效应检测气体的商用设备。NDIR是一种基于气体吸收理论的方法。红外光源发出的红外辐射经过一定浓度待测的气体吸收之后,与气体浓度成正比的光谱强度会发生变化,因此求出光谱光强的变化量就可以反演出待测气体的浓度。

  调制光强度会产生周期性的压力变化,这种变化可通过像麦克风这样的声音检测设备来测量的。比较光声效应不同实现方式的标准包括选择性、灵敏度和尺寸。

  随着当今人们对建筑效率的不断提高,空气流动性也随之降低。可能会导致氧气减少以及二氧化碳(CO2)浓度的累积。通过检测有害气体水平可以预防健康问题。基于光声光谱(PAS),英飞凌公司开发了XENSIVPAS环境传感器,就用于检测CO2浓度。微型化传感器克服了现有的尺寸、成本和性能挑战。

  使用一个高灵敏度的MEMS麦克风作为探测器和集成印刷电路板(PCB)的设计比商用的CO2传感器减少了75%以上的空间需求。PCB上的集成(在14x13.8x7.5mm?模块中)了包括PAS传感器和探测器、红外光源和光学滤波器、用于信号和算法处理的微控制器以及驱动红外源的MOSFET芯片。

  传感器中的IM69D130MEMS麦克风以69dB(a)的信噪比(SNR)检测CO2分子产生的压力变化。

  除了智能家居和楼宇自动化应用,如按需控制的通风系统、空气净化器和恒温器,PAS传感器具有体积小、成本低等特点,适用于车内空气质量监测。


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