[發明專利]小型氣體分析器

在審

• 申請號: 201710289201.1
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107632044A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: O·勒內爾;R·山卡爾;甘先耀;羅天周
• 申請（專利權）人: 意法半導體有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本公開涉及用于監測室內空氣質量的小型傳感器以檢測氣相分子，如，二氧化碳和揮發性有機化合物。

相關技術

人們認為由于空氣污染每年發生多達七百萬的過早死亡[世界衛生組織報告，2014年3月25日]。空氣污染包括室外污染與封閉空間(如例如，家庭、工廠、辦公建筑以及高密度公寓建筑)中較差的室內空氣質量二者。一些專家認為室內空氣污染是比室外空氣污染更大的健康危害。與室內空氣污染相關聯的許多疾病和死亡可歸因于第三世界國家中對用于取暖和烹飪的固體燃料的使用。然而，使用更清潔形式能源的工業社會繼續遭受室內污染對健康的影響。在典型的一天中，每個辦公室工作者吸入并處理約十五立方米的空氣，呼出約350升的二氧化碳(CO₂)。高水平的揮發性有機化合物(VOC)存在于使用工程材料建造的許多建筑中，這些工程材料包含膠水、染料、粘結劑、粘合劑等。此外，清潔產品、溶劑、油漆和其他涂層、家具、地毯以及其他室內化學源也貢獻VOC污染物。VOC包括諸如乙醇、甲苯、苯、甲醛、三氯乙烯(TCE)以及二氯甲烷等化合物。

隨著建筑物的加熱效率提高以及結構變得更加密閉，空氣循環更少并且從室外到室內的空氣交換減少。隨著封閉空間內不新鮮的空氣累積，二氧化碳和VOC的濃度可能升高至有害水平。在一些情況下，心肺再循環功能可能受損，從而增加心臟病發作和中風的風險。由于持續暴露于較差空氣質量中，隨著時間推移，這種氣載毒素可能引發癌癥。此外，較差空氣質量的更微妙且更普遍的結果是大腦變得缺氧氣并且生產力降低。由國立衛生研究院(NIH)資助的哈佛研究表明：約950ppm的典型室內CO₂水平損害認知能力，最終降低工人生產力。[J.G.艾倫(J.G.Allen)等人，“辦公室工作者的認知功能評分與二氧化碳、空氣流通和揮發性有機化合物暴露的關聯：綠色與傳統辦公室環境的控制暴露研究(Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide,Ventilation,and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers:A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments)”，環境與健康展望期刊，DOI:10.1289/ehp.1510037，2015年10月26日]。因此，已經將綠色建筑實踐引入試圖限制VOC的使用中，并且在一些情況下，需要更高的室外空氣流通率以防止VOC與CO₂二者的累積。

維持對室內空氣中存在的VOC與CO₂水平的意識頗具挑戰性。盡管一些人對VOC特別敏感并且在高VOC環境中將經歷過敏反應，如，頭痛、暈眩以及眼鼻喉刺激，但大部分人無法檢測污染的危險水平。由于VOC和CO₂都是無味的，因此它們通常很難被檢測，并且如今大部分建筑沒有配備多種類氣體傳感器。可以獲得一些包含CO₂與VOC傳感器的便攜式空氣質量警報裝置，例如，AirVisual Node^TM、Alima^TM、Atmotube^TM、Cube Sensor^TM等，然而，這種裝置傾向于是笨重的并且能夠監測暴露的個人范圍的每個單元將花費數百美元。

發明內容

實現為微傳感器裝置的氣體分析器檢測周圍空氣中的VOC以監測室內空氣質量。氣體分析器還包括溫度和濕度傳感器，該溫度和濕度傳感器與VOC傳感器形成在同一集成電路芯片上，提供第二信息以校準VOC傳感器。VOC檢測器是固態的基于半導體金屬氧化物(SMO)-的傳感器，該傳感器形成在半導體襯底上，如在諸位發明人的代理人卷號為851663.632的題為“集成空氣質量傳感器(Integrated Air Quality Sensor)”的共同未決專利申請中所描述的。被配置成用于檢測不同氣體的多種類氣體傳感器芯片可以結合至室內夾具(如，臺式計算機或顯示器)中以監測個人的工作環境。另外，集成傳感器芯片可以結合至移動裝置(如，膝上型計算機、智能電話、衣服、手表以及其他配件)中以起到個人空氣質量監測裝置的作用。這種監測器可以利用固態的基于SMO的材料連續地測量空氣質量指標，該空氣質量指標包括VOC水平或其他可檢測氣體的水平。