摘要：如今，气体传感器被广泛应用到工业、医疗、环保、化工等领域，近几年更是迅速向民用领域普及，尤其是在环保与健康方面，迎来爆发式发展。

随着全球工业化进程的推进，环境空气污染加剧，人类对健康生活环境的追求越发强烈......而人类嗅觉的延伸——机器嗅觉，在此背景下，迎来爆发式发展机遇。

机器嗅觉起源：气体传感器诞生

机器嗅觉是一种模拟生物嗅觉工作原理的新颖仿生检测技术，机器嗅觉系统通常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的计算机模式识别算法组成，可用于检测、分析和鉴别各种气味。

而气体传感器是机器嗅觉的主角，因为气味是物质的外部特征，气体传感器通过检测气味能准确地获取物质的相关信息，将各种气体体积分数转化成对应电信号，得到相应数据。

气体传感器的发展可追溯到50多年前，20世纪60年代，世界上首个气体检测器诞生。Wickens和Hatman利用气体在电极上的氧化还原反应研制出了世界上第一个气体检测器，而后八十年代年英国Persaud等人提出了利用气体检测器模拟生物嗅觉，这是气体传感器的雏形。

直到70年代，气体传感器的理论才传入我国。80年代我国开始研制气体传感器，整个技术主要继承于德国。

之后随着各种天然气、煤制气、液化气的开发和使用，国内外开始深入研究可燃气体的检测方法和控制方法,并产生了多种用于气体检测与分析的传感器、仪器仪表等，并大量应用于生产生活中的气体检测与成分分析中。

气体传感器作为人类嗅觉的延伸，是感知空气及环境不可或缺的核心。如今，气体传感器被广泛应用到工业、医疗、环保、化工等领域，近几年更是迅速向民用领域普及，尤其是在环保与健康方面，迎来爆发式发展。

 

机器嗅觉发展：空气污染催生多种气体传感器应用场景

过去气体传感器广泛应用于工业领域，因为众多工业气体毒性较强，泄露将对人体健康产生危害，还有一些易燃气体，存在爆炸风险。所以通过气体传感器可尽快检测出气体泄漏等问题，避免安全问题升级到紧急危险的情况发生。

现在随着工业规模逐渐扩大，产品的种类不断增多，气体原料和生产过程中产生的气体种类和数量不断境加，气体污染范围快速扩大，我们日常生活的环境已经受到严重污染，甚至我们的生存都遭受到威胁。据2016年世界卫生组织对疾病揭露与负担的全球评估，迄今为止，空气污染是对健康最大的环境风险，会对人体产生不良影响甚至可能引发疾病，每年约有九分之一的死亡均由此引起，只有十分之一的人生活在符合世界卫生组织空气质量指南的城市中。

因此，通过机器嗅觉技术来先一步感知所处环境的空气质量状况，从而进行改善及治理，维护人体的健康是非常有必要的。例如，用相应的气体传感器检测酸雨气体/温室效应气体、甲醛等有毒气体和PM 2.5等。

如今机器嗅觉市场正在发生巨大变化，主要由大量的消费类应用驱动发展，催生多种气体传感器应用场景。

随着生活水平的提高和环保意识的加强，人们对各种有毒、有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监控以及对食品和人居环境质量的检测都提了更高的要求。例如应用于物联网领域的各种智能家居和可穿戴设备，实现周围环境空气质量的监测或空气质量的提高。

室内装修有害气体检测

新装修居室90%以上的有害气体都严重超标，以甲醛为例，新居初装完成时含量都在2.5ppm以上，有的高达十几甚至几十ppm（GBT18883-2002室内空气质量标准规定甲醛含量最高不超过0.1mk/m3，即0.074ppm）。

将气体传感器应用于家庭生活环境，针对甲醛、苯、甲苯等挥发性有机物添加独立的气体检测产品，或将气体传感器与空调、空气清新机、空气净化器等融为一体，达到内室污染检测与治理相结合的目的，既可对久居家中的老、弱、妇、孺等低抵抗力人群起到最大的保护作用，又可让在外拼搏的亲人安心。

PM 2.5粉尘检测 

中国目前城市的环境已经进入雾霾高发期，人们开始慢慢体会到“呼吸之痛”。加上室内吸烟、炒菜时的油烟以及不完全燃烧的煤气等情况，均会增加空气中PM2.5粉尘的浓度，容易导致多种疾病的发生，对于老人、儿童、婴儿或者是原本就有呼吸、心血管系统疾病的人来说，伤害尤其严重。

PM2.5粉尘传感器通过红外光在灰尘颗粒物的散射作用统计空气中的颗粒数量，可以灵敏检测直径1um以上的粒子，内置加热器可实现自动吸入空气，减少测量误差，并且体积小，易于安装使用。

 

还有空气净化器也是室内常用的含气体传感器（净化器空气质量传感器）的电器。集成到诸如安全网络摄像头或智能扬声器之类的中央设备中的气体传感器甚至可以实时远程监控房间中的家庭环境，远程控制通风，并确保无论何时人们进入房间，室内空气都是清洁的和新鲜的。

高档智能汽车空气安全监测

据调查，93.6%的新车室内空气污染严重超标，而车内空气污染源主要来自车体本身、装饰用材等，其中甲醛、二甲苯、苯等有毒物质污染后果最为严重，可能诱发癌变。

另一种屡见报端的车内危害气体，是被称为“沉默的杀手”的一氧化碳，其主要来源是汽车发动机和汽车尾气，因停车时开启空调而产生，若聚集于车内时，车内人员会因吸入这种无色无味的毒气而在不觉中中毒身亡。

采用适合的气体传感器，不仅可监测车内甲醛、二甲苯、苯等挥发性有机物，也可以监测车内一氧化碳浓度，起到安全预警的作用，提醒车主采取有效的改善措施，防止悲剧的发生。

另外，在智慧大楼、智慧场馆、智慧学校、智慧停车场、智慧公厕、智慧养殖场等应用场景里，根据不同应用场景的要求，配置所需的气体传感器，从而结合长期的监测数据，进行恰当的治理措施，改善室内的空气及环境质量。

还有在无创呼气检测，全球温室气体监测网络，天然气生产工艺检测等领域，气体传感器也大有可为。

机器嗅觉爆发：掘金气体传感器9.2亿美元市场

目前，在国内市场中，国内环境监测市场需求越来越大。随着生态治理措施的不断加强，空气监测将迎来更为广阔的市场前景。同时，国家正从宏观层面加强对空气监测设备行业的引导，以充分发挥本土优势，提升国产监测设备的竞争力，实现行业良性发展。

在全球市场中，随着全球气候变暖,极端天气气候事件的出现频率发生变化,呈现出增多增强的趋势，气体传感器的市场需求也随之在不断增长，预计到2021年，全球气体传感器市场规模将达到9.2亿美元。

而随着终端消费市场崛起，全球消费领域气体传感器需求保持高速增长。2015年，全球消费用气体传感器出货量为130万颗左右，2018年迅速提升至1亿颗，预计到2020年其需求将增长至3.5亿颗，气体传感器行业迎来新一轮发展机遇。

从技术角度来看，未来气体传感器前景可期。

一方面，智能技术的发展，推动着气体传感器走向智能化。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。

另一方面，新材料的研究，将实现气体传感器的创新。纳米、石墨烯、薄膜技术等新材料研制技术已成功应用在气体传感器上，大大提高气体传感器的性能。比如，在石墨烯中加入硼原子，开发出的气体传感器，其灵敏度极高，能“嗅”出空气中浓度极低的有害气体，在人们还未察觉时发出警报。

结语：

未来是机器的世界，但是现在大家的注意力都在语音识别、机器视觉、人脸识别、机器语言，却忽略了另一个很重要的感知，嗅觉——机器对环境分子的感知能力。

其实无论是检测我们每天呼吸的空气品质，还是危化物品的巡检、有毒气体探测等，都需要机器具备对环境分子的感知能力，去检测环境中有没有危害的气体分子。

总之，重视及发展气体传感器，不仅是一场市场机遇，更是一场“保命”智举。