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GSS创新的传感器技术为NASA提供了可穿戴式二氧化碳监测

导读: 在没有重力影响的情况下,空气混合不够充分,通过壁挂式传感器来准确反映机组人员接触二氧化碳的情况,已被证明是一种不适合的方法。 相反,真正需要的是可穿戴式二氧化碳传感器。

在一个只有人类呼吸的、自给自足的封闭系统中,随着时间的推移,二氧化碳浓度会逐渐积累到一个对人体有害的水平。 因此,在人类存在的任何形式的航天器中,需要执行去除二氧化碳和再生氧气的有效机制。

由于不受重力影响,空气在这些位置的移动方式不同。 气体热量不会上升,这反过来导致空气混合显着减少。 因此,国际空间站(ISS)上的乘客在飞船上的时间比我们其他人经历着更多的二氧化碳水平。 在地球上,它仅占空气含量的0.03%(相当于0.23 mmHg的分压)。 美国国家航空航天局设定的长航时航天器最大允许二氧化碳浓度是该数值的两倍多,为0.07%(分压为0.53毫米汞柱)。

GSS创新的传感器技术为NASA提供了可穿戴式二氧化碳监测

虽然广泛的陆地研究表明,这种增加的CO2的浓度对接触者的长期健康没有影响,但必须承认国际空间站上的船员仍然经常出现急性二氧化碳毒性症状——如头痛或嗜睡。

人们普遍认为,人类对微重力条件的适应将导致太空中的宇航员对二氧化碳浓度升高变得更加敏感。 这不仅会导致身体不适,还会影响他们的认知能力和反应时间——从而可能导致安全风险。平均而言,机组人员在国际空间站上停留约6个月,因此很好地掌握CO2浓度对人体的持续影响显然具有重要价值。

考虑到实际操作的可行性,这就意味着我们无法(在技术上或经济上说)除掉足够多的二氧化碳来复制一个和地球相同的环境条件,但国际空间站必须在空气中存在的相对较高的环境二氧化碳浓度下正常运行。 然而,它的居住者必须在可接受的环境中生活和工作。

多年来,美国宇航局的科学家们一直想彻底调查二氧化碳浓度升高如何影响国际空间站机组人员执行任务的能力,但是他们花了很长时间才找到一种方法来获取足够高精度的数据。 鉴于这一点,如前所述,在没有重力影响的情况下,空气混合不够充分,通过壁挂式传感器来准确反映机组人员接触二氧化碳的情况,已被证明是一种不适合的方法。 相反,真正需要的是可穿戴式二氧化碳传感器。

可穿戴式二氧化碳传感器必须满足几个关键标准。 这些如下:

1.它必须是低功耗从而保证电池长时间使用——这样可以在很长一段时间内持续运行而无需再充电。

2.为了佩戴者舒适和方便,传感器必须紧凑并且重量轻。

3.简单的数据接口也很重要,这样可以使获取的信息易于访问,同时使系统开发过程尽可能短且简单。

在对市场上的CO2传感器进行全面调查后,在美国宇航局技术转让计划中工作的科学家们做出来最终选择: 指定了苏格兰传感器制造商SST和气体传感解决方案GSS共同开发的解决方案。 这两家公司在原型设计阶段与NASA保持联系,提供行业领先的COZIR CO2传感器的详细性能信息,以便该设备可以在空间站的个人CO2监测器上最大限度地利用起来。

GSS创新的传感器技术为NASA提供了可穿戴式二氧化碳监测

负责执行该项目的NASA团队随后围绕COZIR传感器构建了一个定制设计的基板。该硬件提供了所有必要的功率调节,处理,数据存储和无线连接。 该团队还设计了一个可以3D打印的外壳,并且可以轻松地夹在机组人员的衣服上(传感器穿在他们的衣领背面)。

由于COZIR气体传感器采用了非常先进的光电子器件,这些低功率,高速非色散红外(NDIR)器件可以覆盖低至ppm CO2水平的测量范围(0至5000ppm量程和±3%的精度)。 它们可以支持10年以上的使用寿命。该传感器适用于此应用的关键是它们的省电功能——设备仅有3.5mW的功耗在每秒2次采样的频率下。 这意味着它们比目前市场上的标准NDIR传感器功耗低50倍。 另一个优点是易于连接 - 方便的串行连接便于数据传输。

通过这些个人二氧化碳监测器,可以在很长一段时间内对宇航员的个人二氧化碳接触进行简单而不显眼的跟踪。 宇航员将能够通过自定义iPad应用程序直接查看自己的数据。此外,从机组成员获得的所有数据集随后将汇总并由研究人员使用,以更好地了解太空旅行期间二氧化碳接触量增加的长期影响。 这不仅可以证明对国际空间站的工作人员非常有益,而且可以用于未来对火星的探测任务。

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