国内气体传感器研究和产业化相对成熟的领域主要是半导体和催化燃烧传感器,上述两类气体传感器在国内市场的占有率较高,并具有较强的竞争力;国内厂商在电化学气体传感器、红外气体传感器等领域起步相对较晚,缺乏系统、深入的研究,相较于城市技术(City Technology)、安费诺(Amphenol)、森尔(Senseair)等厂商而言品牌影响力较弱。
当设备面对高温、火焰、烟雾等干扰时,可将影响降至最低,对于火灾救生场景中应用提出了有效的解决方案。检测对象的运动状态是设备反馈的主要依据,在测试对象保持移动状态时,WIDESEE可对其进行定位追踪;当测试对象挥手示意时,WIDESEE可以检测到有目标存在。
从具体分类来看,现如今气体传感器的种类越来越多。目前,市场上出现的气体传感器就不少于五种,分别有半导气体传感器、接触燃烧式气体传感器、固体电解质气体传感器、电化学气体传感器、光学气体传感嚣等。
此外,该成果还利用无线信号来感知具有微弱呼吸运动的静止目标,使WIDESEE可通过目标呼吸时胸部起伏造成的信号波动来感知目标的存在。
目前应用的气体传感器中,以光学、半导体、电化学、催化燃烧四大种类为主。其中,光学技术出现及应用时间较晚、价格较高、难度较大,目前所占市场份额较小。据数据显示:2017年气体传感器市场中电化学、红外、半导体技术共同占据了95%以上的市场份额,其中应用红外技术的气体传感器仅占有15%。
该成果论文通讯作者陈晓江教授介绍,同类型产品中,具备穿墙功能的设备可选方案不多,当面搜救对象和无人机同时移动,且距离较远的情况下,定位难度更大,同时满足多项指标较为困难。而WIDESEE综合多项优势,可以说是目前高层建筑火情搜救人员的“性价比优化解”。因此,该项成果不仅具有学术价值,而且具有一定社会意义。
在工业领域,气体传感器主要应用在石化工业中。一些二氧化碳传感器、氨气传感器、一氧化氮传感器等都能用在检测二氧化碳、氨气、等有害气体的具体应用中。另外,可用来检测半导体和微电子工业的有机溶剂和磷烷等剧毒气体;电力工业方面,氢气传感器能够检测电力变压器油变质过程中产生的氢气。
该成果实现了WIDESEE原型系统,并在真实场景下进行了系统测试。WIDESEE仅使用一套较为廉价的成本在千元左右的商用LoRa(远距离无线电信号)收发设备,在无人机搭载收发设备飞行的过程中,就能对外墙(钢筋混凝土)厚度为40cm的高层建筑物内目标进行穿墙感知,90%的定位精度在4.6m以内。
对于智能家居来说,如果没有了传感器,它的智能性、便捷性将无从体现,后期的数据也将缺乏可靠性。不过将传感器应用于生活领域,还需要进一步增强它的精度、一致性、稳定性等。
据悉,该团队的研究成果,解决了远距离下无线信号面临多径、噪声的问题,由无人机搭载的收发设备可对多个生物目标在空间上依次进行扫描,在一定范围内确定各个目标的位置(目标不需要携带任何信号发送装置,收发设备根据呼吸和运动寻找和定位目标)。同时,该成果消除了无人机抖动对于感知造成的影响,最终用单套收发设备实现了远距离、大范围非接触目标感知系统:WIDESEE。
车用气体传感器作为汽车电子控制系统的信息源,是汽车尾气后处理系统中的关键零部件,它直接或间接决定了汽车排放物的控制水平,有助于降低排放污染、汽车节能环保、提高能源使用效率。随着汽车自动化、电子化、联网化迅猛发展,车用气体传感器正面临飞速发展机遇期。
据悉,中国西北大学房鼎益、陈晓江教授团队与美国麻省大学、英国利兹大学专家的最新成果,或将为填补“生命的空白”提供一种有效解决方案。
有分析人士指出,未来五年,气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是未来的发展趋势之一。