博世PM2.5和VOC感测器技术打造个性化的空气质量测量

近些年，随着人们对环境保护更加重视，并不断追求提升自身健康，空气质量已成为热点话题。然而，目前所能察看到的空气检测数据都是基於较大范围的测量，而非个性化的。

Bosch Sensortec光学传感业务项目总监Alexander Herrmann及产品组合经理Richard Fix博士表示，空气污染测量有两个重要指标，也就是2.5微米或更小的微粒物质（PM2.5）和挥?性有机化合物（VOC）。例如，壁炉和腊烛在燃烧过程中便会在室内空间释放这类物质。日常物品，例如清洁用品、家具或纺织品也可能排放VOC。

他们指出，透过全新PM2.5和VOC传感技术，就能实现个性化空气质量监测，从而改善人们的健康。

个性化PM2.5监测

暴露在颗粒物环境中会导致严重的健康问题。世界卫生组织（WHO）表示：「通过改善空气质量，各国可以降低中风、心脏病、肺癌，以及慢性和急性呼吸系统疾病，包括哮喘的?病率。」

虽然所有粒径的颗粒物都具有危害性，但对人类健康影响最大的依然是PM2.5范围内，即直径小於2.5μm的颗粒物。这些微小的PM2.5颗粒很容易进入肺部深处，并导致严重的健康问题。尽管研究仍在进行中，但有证据表明，暴露在PM2.5环境中可能与对病毒性疾病（包括SARS-CoV-2在内）的敏感性有关，像是哈佛大学最近的一项研究便如此表示。

官方空气质量监测站仅提供室外环境的合并或平均数据，而并不包含相应的室内空气质量数据。这些检测站无法生成个性化信息，仅会测量一段时间内所在地附近的平均空气质量，因此缺乏实时效应，无法用於跟踪周围多变的环境状况，或监测当地PM水平的波动。

Bosch Sensortec光学传感业务项目总监Alexander Herrmann及产品组合经理Richard Fix博士表示，用於空气污染测量的便携式空气质量测量设备或剂量计（例如装於智慧手机或可穿戴设备中）可以解决此问题。到目前为止，对於移动设备而言，PM2.5感测器的尺寸依然过大。Bosch Sensortec最近开发了一种感测器技术，可监测个人暴露在空气污染中的程度。

借助全新博世PM2.5技术，如今能够将PM2.5感应功能集成於移动设备中，以测量一个人每天的PM暴露量。用户可以查看自身所在地空气污染水平的数据和趋势。通过例如智慧手机监控个人在空气污染环境中的暴露程度，用户可获得可靠、透明的信息，从而采取行动，并根据WHO空气质量准则将其PM2.5暴露程度降至最低。

例如，博世与BreezoMeter公司合作打造的PM2.5剂量计演示应用程序。Dosimeter App通过将使用博世PM 2.5感测器技术在本地测量的PM数据，与BreezoMeter空气污染数据彼此结合，来计算个人每天的PM暴露量。

微粒感测器技术

常规的光学消费电子PM感测器依靠内置风扇将空气抽吸通过一个测量单元，由此记录颗粒数，并计算每单位体积的颗粒浓度。这种方法的问题在於，此类感测器的物理尺寸非常大，通常近??火柴盒大小，因此无法应用在平板便携式设备，诸如智慧手机中。

Bosch Sensortec最近开发的独特PM感测器技术，仅需自然的环境气流即可展开测量。其原理类似照相机，在一个玻璃盖後侧集成了三个1级人眼安全雷射器，与智慧手机中的照相机十分相似。

这种新颖的方法使Bosch Sensortec能够开?出物理尺寸大大缩小的PM感应解决方案，体积约是市场上其他解决方案的五百分之一（0.2 %）。其尺寸已缩减至类似火柴头大小，这使此项新技术非常适合消费类设备中的个性化PM2.5测量。它具有低功耗、免维护的特点，并可集成到防水应用中。

挥挥性有机化合物（VOC）是另一个必须关注的空气污染问题，这是可在任何房间出现的一组范围广泛的化学反应性气体。人们通常90%的时间都在室内度过，因此室内环境空气中VOC的浓度会对我们的健康造成巨大影响。

VOC感测器可以检测建筑物内和室外的各种气体，包括（氢）碳化合物（例如酒精或CO）、硫化物（会引起难闻的气味，例如H2S）和溶剂（例如丙??）。这些可能来自油漆、清漆或清洁剂。在智慧家居中，VOC信息可帮助操控多种设备，例如打开和关闭厨房抽油烟机或启动空气茈化器。另外，这些信息可用於生成警报，例如火灾检测，甚至是识别冰箱中的食物变质。VOC数据也可以与其他物联网（IoT）应用配合使用，例如基於空气质量数据优化办公楼的通风。

为测量VOC，博世开发出一款紧凑型高性能气体感测器。BME680是世界上最小的解决方案，提供4合1空气质量监测功能。它可以测量环境温度、大气压力、相对湿度和气体，并拥有3x3x0.93mm³尺寸封装，可在低於0.1mA的超低功率范围内运行。

该感测器能够区分新鲜空气（即清洁空气，主要是氮气、氧气和湿气）和使用过的带有其他污染物的空气。通常，如果有人在房间中，呼气是造成空气质量下降的最重要原因之一。了解周围空气中的呼气量有助於优化通风，从而降低诸如SARS-CoV-2等病毒的空气传播机率。

智慧软件将收集到的感测器数据转换为对用户有用的信息输出。通过将现代气体传感技术与人工智慧（AI）相结合，可以识别和分类不同的环境条件，从而实现众多全新应用。

以森林气候测绘和早期森林火灾风险评估为例进行说明。首先，感测器网络通过实时监测所有环境活动测绘整个区域。其次，机器学习以原始数据为基础创建数学模型，由此对不同情况进行分类和预测，并评估各自风险。最後，终端人工智慧使最终产品能够匹配各个用户的特定区域条件，并降低功耗。

另一个用例为确定何时需要为婴儿更换尿布。感测器硬件可以测量温度、压力、湿度和气体，但父母并不需要如此详细的信息，他们只需要知道何时应采取行动。由於20岁以上的人囗中约有19%患有??觉障碍，因此这些基本信息可以帮助他们在一定程度上提升生活质量。通过机器学习开?的数学模型能够用於将原始感测器数据转换为简单的状态指示，并通过人工智慧对模型进行微调。

博世正在进一步扩展气体感测器的范围，以增加新功能并实现新用例。全新气体传感技术将包括更先进的软件和更广泛的气体检测功能。例如，气体感测器可以检测不同的气体成分，通过与叁考数据进行对比，识别单独气味。潜在的用例包括监视公共场所的清洁状况、对囗臭进行分类，或监测食物变质。

Bosch Sensortec光学传感业务项目总监Alexander Herrmann及产品组合经理Richard Fix博士表示，通过生成准确、即时、个性化的空气质量数据，全新感测器技术将改变我们评估周围空气质量的方式，帮助做出回应。我们将能够更好地规划何时出门，调整通勤或户外体育活动的时间，或通过控制通风并避免产生颗粒来调节室内的空气质量。

Alexander Herrmann与Richard Fix补充，如加以调整，这项技术也将有助於我们做出明智的决定，例如搬迁至哪个地区或决定去哪里度假。随着人们对环境和自身健康关注意识的提升，对空气质量应用的需求在未来将继续增长。