技术

CMOSens® – Sensirion传感器解决方案的核心

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在一个微小芯片上融合传感器技术与评估元件

采用我们的微系统专利技术的专门处理步骤,在相应的半导体器件上构造微传感器结构,使传感器元件可以在极小的CMOS 硅芯片上与模拟和数字电子评估元件结合。

专利技术

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采用我们的微系统专利技术的专门处理步骤,在相应的半导体器件上构造微传感器结构,使传感器元件可以在极小的CMOS 硅芯片上与模拟和数字电子评估元件结合。

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CMOSens®技术确保了卓越的测量精度。使得我们的传感器模拟信号十分灵敏,可以现场放大并数字化,抗干扰性强,能够长期维持最高精度。该技术取消了板上故障多发的焊点,保证产品的长期稳定性,用户可以放心使用。

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CMOS作为半导体制造工艺的标准技术,针对大规模生产的可靠性进行了优化。与传统传感器相比,小型化设计令系统成本和封装尺寸得到相应降低。Sensirion传感器系统经过完全校准,无需额外昂贵费时的校准程序。

MOXSens®技术和PASens®技术

MOXSens®

MOXSens®技术将CMOSens® 平台与基于金属氧化物的传感技术结合,可对VOC进行高灵敏度和极其可靠的 测量。

PASens®

PASens®技术将CMOSens® 平台与用于CO₂ 测量的光声传感原理相结合,在进一步缩小传感器外形的同时,保证传感器性能。

适应不同测量原理的技术

电容测量原理

Sensirion相对湿度传感器采用电容式测量原理。传感器元件由聚合物基电介质电容器组成,它会根据相对环境湿度比例吸收或释放水分,由此产生的介电常数变化使电容器电容发生改变,电容变化可通过电子电路测量。温度测量则通过双极晶体管实现。

 

露点

将温度传感器与湿度传感器结合使用,即可精确计算出露点值,且不受任何由于测量信号的空间距离而产生的误差影响。CMOSens®技术实现将传感器元件与信号放大器单元、模数转换器、校准数据存储器和数字、以及总线兼容接口全部集成至仅几平方毫米的面积,且传感器外壳可使用标准表面贴装技术进行安装。

 

稳定性与性能

即使在恶劣环境下,湿度传感器也能正常运行,内在集成的ESD保护二极管也可直接操作。芯片设计将信号放大器置于传感器附近,既能提高信号强度又能保证长期可靠稳定性。模数转换器使得信号几乎不受干扰,从而表现出高电磁兼容性。信号传输过程中可额外生成校验以保证安全性,而存储的调整数据则确保每个传感器规格相同,便于替换使用。

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化学抗性测量原理

金属氧化物气体传感器的基础在于热板顶部两个电极之间的金属氧化物颗粒薄膜。加热金属氧化物会产生负电荷氧物种吸附在金属氧化物表面。表面的氧物种与环境中的目标气体发生反应,从而向金属氧化物薄膜释放电子,导致金属氧化物层的电阻率发生变化。电阻率变化在两个电极之间进行测量,其数值与环境中目标气体浓度有直接关系。

 

多像素气体传感平台

多像素气体传感平台集成了四个金属氧化物传感层(即“像素”),并采用微型DFN封装。在单个芯片上集成完整传感器系统,配备数字I2C接口,可直接与微控制器相连,实现快速经济的设计导入。四个独立的温控微热板可确保四个传感器像素稳定运行。像素传感器信号通过芯片搭载算法预处理为数字信号。

 

MOXSens®技术

升级金属氧化物传感层与Sensirion多像素气体传感平台相结合,形成对硅氧烷所致污染的抵抗性。Sensirion MOXSens®技术能以较高的气体灵敏度和可靠度测量空气污染物,如室内空气环境中的挥发性有机化合物(VOC)。

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光声测量原理

SCD4x系列产品采用光声测量原理,大幅减小光学测量单元的同时不影响传感器性能。向光学测量单元释放窄带光,光由CO2分子吸收,分子平动能增加,导致光声腔内压力增强。对光源进行调制引起光声腔内的压力产生周期性变化,形成光声信号,信号通过麦克风捕捉。


PASens® 技术

创新PASens®技术来源于Sensirion在实现环境传感器高度集成方面的经验:

  • Sensirion采用MEMS红外发射器,确保高能效和高水准的长期稳定性。集成湿度传感器,   可在较宽的相对湿度和温度范围内准确测量CO2
  • 优化信号处理器,确保精准度和信噪比的超高水平
  • 所有传感器组件均由金属帽覆盖,确保坚固性
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光学非分散红外(NDIR)

非分散红外(NDIR)测量原理基于目标气体对红外光的吸收,NDIR传感器由一个窄带红外光发射器和一个检测器组成。检测器用于测量被环境空气吸收的特定波长红外光数量,从而计算特定气体浓度。

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双通道

SCD30采用双通道测量原理。内置参考通道自动校正传感器偏差,从而保证长期稳定性。采用Sensirion CMOSens检测器,实现了极高的测量精度。将测量元件集成到PCB中,实现传感器超薄设计。SCD30既可以测量CO₂浓度,还通过集成的温湿度传感器测量环境湿度和温度。

 

电导率

传感器可通过测量气体热导率(TC)确定混合气体组成。STC31测量腔内置由透气膜保护的加热器和温度传感器,可测量空气热导率。由于CO2热导率低于空气,CO2浓度增加会导致温度传感器检测到的温度下降。基于我们在热式流量传感器方面的丰富了解,Sensirion开发出一款气体模型,可将上述温度变化精确计算为空气中的CO2浓度。

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宽量程

STC31基于CMOSens®技术,经完全校准,是Sensirion CO2传感器系列的延伸产品。它结合热导率测量原理,可测量空气中浓度高达100% 的CO2。由于热导率取决于气体环境条件,STC3内置补偿算法。只需提供正确的气体温度、湿度和环境压力,传感器即可对这些影响因素进行补偿,确保测量值准确可靠。

 

超快响应速度/低功耗模式

传感器形状经过优化后,只需让少量气体在加热器和温度传感器之间扩散即可触发温度变化,从而极大缩短响应时间。同时,将所有功能集成至单个芯片的设计,以及温度传感器的高灵敏度使传感器得以实现“低功耗模式”,电池供电式设备也能使用。

光学激光测量原理

此测量方法以激光散射为基础,借助风扇在传感器内部产生气流,气流将环境空气中的微粒物质从传感器入口带到出口。靠近光电二极管时,气流中的颗粒穿过聚焦的激光束,散射激光光线。光电二极管将散射光转换为电信号,随即在内部微控制器上通过算法转换为物质质量和浓度输出值。

 

抗尘

基于过去20余年为众多市场和应用设计流量传感器的经验,Sensirion工程师再度创新,开发出独特的流量引导技术。该技术可避免光学元件积灰积污,有助于实现超长稳定性。

 

性能

Sensirion专有算法以创新理念为基础,可确定任何颗粒物类别的大小等级,从而显著改进质量浓度测量方法。气溶胶区分精准度更高,适用于各种环境条件下的高精度测量。

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电化学测量原理

SFA30采用安培电化学测量原理,避免交叉敏感性的同时实现高度长期稳定性。甲醛在工作电极上分解,电流在反电极和工作电极之间流动,电流与甲醛浓度成正比。Sensirion传感器可针对甲醛特定化学特性有选择性地测量甲醛,因此对其它VOC无交叉敏感性。

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热式测量原理

液体流量测量采用热式测量原理。将可控加热元件置于稳压膜中心,再将温度传感器沿液体流动方向对称安装在加热元件上下游两端。液体流过薄膜导致热量传递至下游温度传感器,产生温差从而形成可测量的精确信号。采用蚀刻方式将此稳压型玻璃钝化膜安装至硅芯片从而集成热式流量传感器。

 

温度补偿和完全校准

芯片包含一个温度传感器,其信号可以补偿可能出现的任何温度影响,而无需额外安装校正传感器。因此,Sensirion技术解决方案既节省空间又具有超高的成本效益。另外,数字芯片上还集成一个数字处理电路和一个存储单元用于存储校正数据。所有Sensirion传感器均在生产过程中单独进行校准,以确保信号始终经完全校准、线性化和温度补偿。

 

高度稳定性和可靠性

基于CMOSens®技术的液体传感器具有多重优势,其中以稳定性、可靠性和可重复性最为理想。经校准的传感器运行稳定,可快速精准测量低至100ml/min甚至nl级别的超低速流量,适用于广泛领域。

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热式测量原理

质量流量测量采用热式测量原理。将可控加热元件置于稳压膜中心,再将温度传感器沿液体流动方向对称安装在加热元件上下游两端。液体流过薄膜导致热量传递至下游温度传感器,产生温差从而形成可测量的精确信号。采用蚀刻方式将此稳压型玻璃钝化膜安装至硅芯片从而集成微热流量传感器。

 

高灵敏度和双向测量

相比起传统压阻薄膜传感器,CMOSens®气体流量传感器在低速流量和差压灵敏度、偏离漂移和滞后、位置敏感性、抗冲击性和温度波动等方面更具优势,且支持双向测量。

 

温度补偿和完全校准

芯片包含一个温度传感器,其信号可以补偿可能出现的任何温度影响,而无需额外安装校正传感器。因此,Sensirion技术解决方案既节省空间又具有超高的成本效益。此外,数字芯片上还集成一个数字处理电路和一个存储单元用于存储校正数据。所有Sensirion传感器均在生产过程中单独进行校准,以确保信号始终经完全校准、线性化和温度补偿。

 

不同传感器解决方案

Sensirion利用热式测量原理开发出多种气体流量传感器解决方案,包括流量传感器、质量流量控制器和差压传感器,不同解决方案的区别在于与客户系统的集成方法不一样。液体流量传感器(甚至控制器)解决方案尤其适用于中小批量项目,即插即用型解决方案在这类应用中占优势,因为它有助于缩短开发周期。对于大批量应用或对传感器形状有特殊要求的应用,旁路配置的差压传感器则是理想选择。

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