家电类产品对传感器的应用

家电类产品随着消费者对检测可视化及便于感知的需求，对于不同类型的传感器的应用也各有不同，此文重点展示现有应用比较广泛的家电类产品所涉及到的传感器，传感器包括PM2．5粉尘传感器，甲醛传感器，VOC传感器，温湿度传感器，CO2传感器等等，对传感器的发展情况、技术原理和技术水平现状、现有主要厂家、主要产品和应用情况等进行汇总总结。

1．PM2．5激光粉尘传感器

1．1 检测技术原理

激光器的定时开关（一般为200ms－500ms之间）形成两个电流信号值，此电流信号值通过信号转换器转化为电压信号，通过电压放大器把电压信号放大，然后通过MCU端计算两个电压信号的差值计算出对应的粉尘个数n与基准PM2．5检测设备输出值的对应关系。最终形成检测2．5值P与粉尘个数n之间的线性关系：

P＝K＊n＋b

其中P为检测设备输出的2．5数值（检测设备一般选用TSI8530作为基准），K值为对应的P与离子个数n之间的线性相关性，即斜率；b为对应的截距。

通过反复拟合输出PM2．5值与离子个数n的关系，最终形成相应的线性关系，烧录到对应的传感器MCU中，形成传感器对应的数字输出值。

PID控制器可以理解为通过计算反馈风扇额定设定转速与实际转速的差值对应的占空比的差值变化进行相应的补偿，使风扇转速尽可能的接近设定额定转速，从而保证传感器对应的进气量恒定，从而保证单位时间内气流的稳定。

1．2 传感器组成

PM2．5激光粉尘传感器主要由激光模组，风扇，MCU等组成；激光膜组行业主流产品为：罗姆，QSI和索尼为主，同时对于民用产品一般激光膜组的温度选择多为50℃的，而对于车规级别的多数为70℃；风扇多选用DC直流风扇，包括风普利，永诚创，台达，建准等，风扇转速一般控制在4000r／min左右，各家产品略有差异；产品的差异性主要体现在测试系统的稳定性及一致性方面。

1．3 传感器的性能技术指标

目前此行业相对技术比较成熟，技术指标基本上都控制在100μg／m？以内为±10μg／m？，100μg／m？以上标称都为±10％的偏差！

但同时不可避免的存在着因为各家传感器标定筛选过程的差异，会导致产品及品牌的认知度存在不小的差异！

传感器验证四步法：demo板接10pcs传感器，然后正常使用情况下连续工作1个月左右（过程中可一段时间用香烟刺激一次，看传感器数据的变化！），然后听传感器是否有异音等问题，看传感器数据一致性是否有变化，摸传感器震动是否超标或过大；对于正常的传感器来说，只需要保证传感器本身的一致性就可以，无需去强调判断传感器的准确性（准确性是相对的，而且根据传感器所装结构的差异，也会存在测试调试过程）；部分传感器存在正常使用很难到0的问题，这个跟传感器厂家本身对传感器的设定有关，验证方法为：用手堵住传感器进气口后观察传感器能否在3－5s内到0。

另：用此类家用级别的激光粉尘传感器测试PM10，此数据的来源大多数厂家通过比例系数换算的方式获取，所以用2．5传感器显示PM10准确性很差，这也跟PM10在空气中的运行方式及不均匀性有关。

1．4 PM2．5传感器推荐

日本figaro 激光颗粒物传感器 PM2．5传感器 － TF－LP01是利用散射原理对空气中粉尘颗粒进行检测的小型模组，具备体积小、检测精度高、重复性好、一致性好、实时响应可连续采集、抗干扰能力强、采用超静音风扇，传感器出厂100％检测和标定等优点。

日本figaro 激光颗粒物传感器 PM2．5传感器TF－LP01特点：

检测精度高

响应时间短

产品小型化

日本figaro 激光颗粒物传感器 PM2．5传感器TF－LP01应用：

空气净化器、便携式空气质量检测设备、智能家居等场所。

2 甲醛传感器

2．1 甲醛传感器的种类划分

①甲醛氧化物气体传感器，灵敏度和恢复－响应特性也都达到了一定的高度，但选择性不高，主要是甲醇、乙醇、苯、甲苯、硫化氢、氨气、酒精、液化气、汽油等的干扰，但不同的气敏元件的干扰气体不同，可采用复合掺杂的方法提高其选择性。另外，适当利用传感器的电阻－温度特性可提高甲醛气体氧化物传感器的选择性，减小材料颗粒、增大比表面积和改善气敏材料的制备工艺从而提高气敏材料的质量可以使气敏元件的灵敏度和响应－恢复特性进一步提高。

②可视化荧光甲醛传感器的选择性较好，线性响应也较好，它不需要借助任何光谱仪器就能进行可视化测定，但其恢复－响应特性和灵敏度都有待进一步提高。可用于定性和半定量的可视化的检测甲醛。 ③声表面波甲醛气体传感器受温度、湿度影响，要进行温度、湿度补偿，选择性和灵敏度都不高。寻找对甲醛选择性更好，吸附力更强，敏感度更高的敏感薄膜和提高薄膜涂覆的质量是提高其气敏性能的两个方向。

④甲醛气体分子筛传感器的选择性和灵敏度都有待进一步研究，恢复－响应特性也还有待进一步提高。如果能找到新的、对甲醛吸附能力更强的吸附剂，则能提高传感器的性能。

⑤甲醛气体电子鼻（组合传感器）的抗干扰能力强，响应专一，灵敏度高，测量结果精确，检测下限低，恢复－响应特性佳，是多种传感器和计算机技术的综合应用。甲醛气体电子鼻是多种甲醛传感器复合，综合性能较好，是将来甲醛气体传感器研究的重点方向。

甲醛传感器的检测方式包括两种方式，一种为半导体方式，一种为电化学方式，两种检测机理各有优缺点，根据不同的使用场景，具有不同的应用方式；

半导体类型甲醛传感器：主要以MOX等金属氧化物为甲醛敏感材料，主要金属氧化物包括：有半导体氧化铟、氧化锡和氧化锌等。半导体甲醛传感器在一定温度下对甲醛高度敏感，其电阻率随甲醛浓度的升高而降低。通过测量传感器的电阻变化就能检测出室内甲醛含量，但半导体传感器普遍存在灵敏度低和选择性差的不足；但同时存在寿命长的优势，因为半导体金属氧化物几乎无损耗情况，行业内统称为半永久型传感器。

电化学类型甲醛传感器：目前甲醛传感器行业的主流类型，具有一致性好，灵敏度高，响应时间和恢复时间短等特点，但也存在寿命短的问题。

对于电化学甲醛传感器，又包含两种类型，一种为选用固态电解质方案的如EC－Sence的，可以有效的解决温湿度对传感器的零点漂移影响，但同样存在因固态电解质导致的反应不均匀而出现的信号灵敏度差的问题，正常对于低浓度的检测精度不高，但对高浓度环境检测性能较好，所以也决定了此类型的传感器不太适合应用于民用环境。