智能手機檢測VOC氣體 Cambridge CMOS Sensors

來源：東莞國弘環保作者：譚工發表時間：2015-11-17

提起voc大家一定不陌生，在噴漆、絲印移印等生產工序中，我們都能親密接觸到VOC氣體，VOC是揮發性有機化合物(volatile organic compounds）的英文縮寫。近年來，各地環保部門已經加強了VOC排放總量控制以及排放治理，根據十三五規劃的媒體報道，十三五期間VOC氣體治理仍是重點。那么對于普通民眾來說，為了防止voc對身體健康產生危害，應該如何輕松快捷地檢測出所處環境的voc含量呢? 最近網上有傳Cambridge CMOS Sensors （簡寫：CCS）的氣體傳感器用于智能手機的新聞。前幾天，CCS公司產品營銷總監Paul Wilson也要臨深圳，對公司的新一代氣體傳感器CC811數字氣體傳感器，做了一次專門的媒體發布會。
智能手機需要新技術，尤其要靠新的傳感器給智能手機帶來新的賣點。如果智能手機能夠檢測出VOC氣體（注：VOC是揮發性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫），確實會讓手機廠商們以此作為一個賣點。但氣體傳感器能夠為手機增加什么樣的功能，可以幫助手機用戶檢測室內的甲醛、苯、煤氣、CO或是酒精的濃度嗎？
首先我們來看看CCS的氣體傳感的技術和產品。CCS公司產品營銷總監Paul Wilson介紹，CCS成立于2008年，是一家IC設計公司，其總部位于英國劍橋。核心技術是MEMS CMOS Micro-hotplates（中文為微加熱盤）的技術應用。與其它氣體傳感器不同的是，CCS公司的微加熱盤采用了金屬鎢作為熱傳導反應載體，可以20微秒內完成加熱過程，而傳統的氣體檢測加熱盤，則需要5至10分鐘。因此在化學反應過程中，氣體的檢測只需要花耗6微瓦的功耗，在現有的三種檢測模式中最為省電。另外CCS的CMOS氣體傳感器的另一個優點是，在不接觸水的情況下，與空氣接觸的檢測行為，幾乎不會有任何的功能衰減。“我們做了700多萬次的測試，幾乎沒有衰減。它的有效使用時間可長達五年。” Paul Wilson表示。

通過這個專利技術，CCS公司發布了第一代的氣體傳感器是CC801。在一些手機配件、可穿戴設備以及消費電子上，出貨量達到了15萬片。但CCS801作為一個傳感器，它需要與MCU和其它外圍元件一起，設計成一個模組，才能與處理器一起做成產品。“CC801與不同的MCU搭配，每個工程師都要重新調試設置參數，我們的支持人員和客戶工程師都感到很辛苦。因此推出了這款內置Silab的8051核的MCU，ADC和以及I2C數字接口，所有這些功能都集成到一個尺寸為2.7mmx4.0mm的LGA封裝中，適應于低功耗與小尺寸的應用，例如在智能手機和可穿戴設備上，” Paul Wilson說。

CCS811可以有三種主動檢測模式：1秒一次，10秒一次以及60秒一次，主動測試時的功耗低于每分鐘1.2mW。另外還可設置為idle空閑模式，功耗低于6uW，它在不開啟使用時幾乎不會損害手機的待機時間。

它用在手機時，可以做到哪些檢測呢？

CCS公司產品營銷總監Paul Wilson表示，CCS811可以用于檢測酒精和危險氣體，例如CO和各種VOC。如果是將手機開啟氣體檢測模式，它可以檢測到家里的CO（煤氣）濃度，或是檢測VOC的濃度，并通過手機的APP，發出警報。下面是一家深圳的手機公司根據CCS801做出的手機樣機。里面的APP顯示出檢測的eCO2的濃度數據。eCO2是等效二氧化碳的等級或是總TVOC的指標，數據精確到了PPM級。

因此，如果是采用了CCS811的手機，在室內開啟檢測模式時，是可以迅速檢測到室內的煤氣的濃度是否超標，這算是一個很有用的功能。

但Paul也指出，CCS811或是CCS801都不能用于直接檢查室內裝修材料釋放的甲醛或是苯的濃度。雖然通過第三方在歐洲很多國家地區作過檢測，室內的eCO2數據與甲醛或是苯與有一個大概的換算關系，但依然不能作為檢測結果使用。因此，他認為采用CCS811的手機或可穿戴設備或是智能家居、物聯網的新產品，最好是采用區域數據劃分警示等級，而不宜直接向消費者給出數值作為檢測參考結果。

另外，由于PM 2.5是屬于微小顆粒物質，CCS801或CCS811，均不能檢測PM 2.5的數據。

CCS811的采購成本是一萬片起批量采購的價格單片5.82美金。現在CCS公司提供樣片和開發評估工具，明年1月量產。該芯片的晶圓代工TSMC，封裝在日月光。

最后的結論：

CCS811是一顆低功耗小尺寸功能強大的氣體傳感器，它比前一代的產品CCS801更適合用于手機，以及可穿戴設備、智能家居和物聯網設備上。當然，成本也不會低。