[实用新型]微电子气体分析器、微电子装置、室内夹具和移动单元

说明书

技术领域

本公开涉及用于监测室内空气质量的小型传感器以检测气相分子，如，二氧化碳和挥发性有机化合物。

相关技术

人们认为由于空气污染每年发生多达七百万的过早死亡[世界卫生组织报告，2014年3月25日]。空气污染包括室外污染与封闭空间(如例如，家庭、工厂、办公建筑以及高密度公寓建筑)中较差的室内空气质量二者。一些专家认为室内空气污染是比室外空气污染更大的健康危害。与室内空气污染相关联的许多疾病和死亡可归因于第三世界国家中对用于取暖和烹饪的固体燃料的使用。然而，使用更清洁形式能源的工业社会继续遭受室内污染对健康的影响。在典型的一天中，每个办公室工作者吸入并处理约十五立方米的空气，呼出约350升的二氧化碳(CO₂)。高水平的挥发性有机化合物(VOC)存在于使用工程材料建造的许多建筑中，这些工程材料包含胶水、染料、粘结剂、粘合剂等。此外，清洁产品、溶剂、油漆和其他涂层、家具、地毯以及其他室内化学源也贡献VOC污染物。VOC包括诸如乙醇、甲苯、苯、甲醛、三氯乙烯(TCE)以及二氯甲烷等化合物。

随着建筑物的加热效率提高以及结构变得更加密闭，空气循环更少并且从室外到室内的空气交换减少。随着封闭空间内不新鲜的空气累积，二氧化碳和VOC的浓度可能升高至有害水平。在一些情况下，心肺再循环功能可能受损，从而增加心脏病发作和中风的风险。由于持续暴露于较差空气质量中，随着时间推移，这种气载毒素可能引发癌症。此外，较差空气质量的更微妙且更普遍的结果是大脑变得缺氧气并且生产力降低。由国立卫生研究院(NIH)资助的哈佛研究表明： 约950ppm的典型室内CO₂水平损害认知能力，最终降低工人生产力。[J.G.艾伦(J.G.Allen)等人，“办公室工作者的认知功能评分与二氧化碳、空气流通和挥发性有机化合物暴露的关联：绿色与传统办公室环境的控制暴露研究(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)”，环境与健康展望期刊，DOI:10.1289/ehp.1510037，2015年10月26日]。因此，已经将绿色建筑实践引入试图限制VOC的使用中，并且在一些情况下，需要更高的室外空气流通率以防止VOC与CO₂二者的累积。

维持对室内空气中存在的VOC与CO₂水平的意识颇具挑战性。尽管一些人对VOC特别敏感并且在高VOC环境中将经历过敏反应，如，头痛、晕眩以及眼鼻喉刺激，但大部分人无法检测污染的危险水平。由于VOC和CO₂都是无味的，因此它们通常很难被检测，并且如今大部分建筑没有配备多种类气体传感器。可以获得一些包含CO₂与VOC传感器的便携式空气质量警报装置，例如，AirVisual Node^TM、Alima^TM、Atmotube^TM、Cube Sensor^TM等，然而，这种装置倾向于是笨重的并且能够监测暴露的个人范围的每个单元将花费数百美元。

实用新型内容

实现为微传感器装置的气体分析器检测周围空气中的VOC以监测室内空气质量。气体分析器还包括温度和湿度传感器，该温度和湿度传感器与VOC传感器形成在同一集成电路芯片上，提供第二信息以校准VOC传感器。VOC检测器是固态的基于半导体金属氧化物(SMO)-的传感器，该传感器形成在半导体衬底上，如在诸位发明人的代理人卷号为851663.632的题为“集成空气质量传感器(Integrated Air Quality Sensor)”的共同未决专利申请中所描述的。被配置成用于检测不同气体的多种类气体传感器芯片可以结合至室内夹具(如，台式计算机或显示器)中以监测个人的工作环境。另外， 集成传感器芯片可以结合至移动装置(如，膝上型计算机、智能电话、衣服、手表以及其他配件)中以起到个人空气质量监测装置的作用。这种监测器可以利用固态的基于SMO的材料连续地测量空气质量指标，该空气质量指标包括VOC水平或其他可检测气体的水平。