如何使用MEMS辅助解决空气污染


空气污染是困扰世界各地许多城市的一个主要问题,因为它对健康有不利影响。什么是空气污染,如何检测,MEMS传感器在未来将扮演什么角色?


什么是空气污染?


空气污染是人类活动(包括在发电站和汽车上燃烧化石燃料)排放的颗粒物和气体(但是,空气污染也可能是由火山爆发和森林火灾等自然事件造成的)。构成空气污染的例子包括烟尘、二氧化碳、一氧化二氮和一氧化碳。这些化合物一旦进入空气中,就需要时间消散,正是空气污染造成了城市周围常见的烟雾(烟雾这个名字来源于烟雾)。


空气污染的含义是什么?


许多活动家、科学家和研究人员敦促政府限制工厂和发电站向空气中排放污染物,因为这会对健康造成不利影响。例如,煤烟对生物是危险的,因为纳米颗粒可以很容易地通过肺部进入血液循环,到达身体的各个部位,包括大脑。这可能会导致潜在的呼吸问题(尤其是那些已有肺部疾病,如哮喘)、大脑功能恶化和癌症。例如一氧化碳和一氧化氮的摄入也会阻止红细胞呼吸困难。城市往往是受污染影响最严重的地区,因为它们缺乏树叶,大量集中的汽车,以及高密度的人口,使得对人口的影响最大化。总的来说,空气污染会导致过早死亡,一个极端的例子是1952年伦敦的大烟雾,据估计,这场烟雾造成的死亡人数高达12000人。


什么是空气污染传感器?


空气污染传感器,顾名思义,就是那些能够检测到普通空气污染物的部分或全部成分的传感器。烟灰和其他固体颗粒通常使用一端带有红外发光二极管、另一端带有红外接收器的空气通道进行检测。外界空气通过通道的一端,从另一端排出。空气中的微粒越多,到达接收器的光就越少,这与空气中微粒的数量相对应。一氧化碳和二氧化硫等挥发性气体可以用传感器探测到,这种传感器会将诸如氧化锡之类的材料加热并产生电流通过。氧化锡层有助于氧化空气中的挥发性化合物,这是由传感器检测到的。


MEMS传感器如何检测空气污染?


MEMS代表微电子机械系统,用于制造各种不同的设备,包括加速度计、计数器、振荡器、计时器和探测器。然而,由剑桥大学的一组研究人员开发了一种能够检测烟尘纳米颗粒的压电式MEMS传感器,MEMS在空气污染检测方面有着潜在的应用。根据研究人员的说法,与典型的基于光的粒子探测器不同,MEMS设备能够探测到难以置信的小颗粒并确定其质量,从而深入了解存在的污染物类型。压电式传感器采用振动模式定位,传感器以已知频率振动,当纳米烟尘颗粒落在传感器上时,振动频率发生变化。这种传感器具有高灵敏度、高分辨率和高稳定性,可以为烟尘检测提供巨大的好处。然而,研究人员需要确定一种清除传感器烟尘的方法,以便传感器可以重新用于新的读数。

如何使用MEMS辅助解决空气污染

物联网和智能城市如何帮助控制空气污染?


MEMS传感器通常易于制造,成本低廉,这使得MEMS成为物联网应用的理想选择。由于空气污染直接关系到人们的健康和城市,物联网设备可以为智能城市提供未来应对和减少空气污染对人口影响的方法。例如,放置在主要道路周围关键位置的物联网传感器可以主动监测污染物水平,如果污染水平过高,交通可以通过替代路线分流。这有助于防止主要道路产生大量的空气污染,这些空气污染将对那些在主要道路上生活或工作的人产生负面影响。


在智能城市中使用物联网和MEMS传感器也可以帮助研究人员更好地了解健康与空气污染之间的关系。例如,关于空气污染的长期数据收集可以显示潜在的检测热点区域,并且可以检查热点区域与该地区报告的健康状况之间的关系。在智能城市中使用物联网传感器还可以改善未来的城市规划,并显示建筑物和道路的位置如何影响空气污染在大气中聚集和移动的方式。这种传感器还可以为当局提供交通监控,以及确定有多少旧车辆在运行。


总的来说,在物联网设备中使用MEMS可以为未来的城市提供有关空气污染、以及如何更好地管理空气污染的广泛信息。

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