在日常生活中，我们感知外界靠眼睛、耳朵和鼻子，在信息化时代、物联网时代、智能化时代，我们通过传感器连接世界。在工业生产、环境、安全、智能生活中，气体的监测是必不可少的环节，气体传感器在其中扮演了重要的角色。
随着经济的发展、技术的进步，气体传感器的应用更加广泛，逐渐向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展。这些年，随着MEMS（微机电系统）技术的进步，以MEMS技术为基础的气体传感器逐步被开发出来，应用到各种场合。
MEMS全称是Micro Electromechanical System，即微机电系统，是指在尺寸几毫米甚至更小的材料上构建一个独立的智能系统，满足一定的使用功能。MEMS涉及物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术，为智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。
图：各类MEMS传感器及模组产品示例
MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器等在我们日常生活中经常用到。MEMS气体传感器是近些年兴起的一项先进技术，用于探测气体浓度的MEMS传感器。
一、MEMS气体传感器的原理
a) 气敏材料: MEMS气体传感器采用特殊的气敏材料，能与目标气体发生特定的化学反应。这种反应会导致材料的电阻、容抗或其他电性质的变化。
b) 微电子机械系统: 传感器芯片上的微机械结构能够引起气敏材料的变形或位移。当目标气体与材料发生反应时，产生的压力或力量将改变微机械结构的状态。
c) 电学测量: MEMS气体传感器通过测量材料电阻、电容等电性质的变化来检测气体浓度。这些电性质的变化与目标气体的浓度呈正相关关系。
二、MEMS气体传感器的优点
（1）微型化：MEMS器件体积小，一般单个 MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。MEMS更高的表面体积比(表面积比体积)可以提高表面传感器的敏感程度。
(2)硅基加工工艺，可兼容传统 IC生产工艺：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。
(3)批量生产：以单个 5mm×5mm尺寸的 MEMS传感器为例，用硅微加工工艺在一片 8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约 1000个 MEMS芯片，批量生产可大大降低单个 MEMS的生产成本。
(4)集成化：一般来说，单颗 MEMS往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC芯片，控制 MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。同时不同的封装工艺可以把不同功能、不同敏感方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。
(5)多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。
MEMS气体传感器体积小、成本低的特点为我们的生活提供了无限的想象，随着技术的日益进步，可以实现各种各样的应用。
三、MEMS气体传感器应用
1、民用燃气安全监测
天然气在我国的普及越来越高，燃气泄漏的安全问题一直受到广泛重视，但也时有事故发生。为保证生活、生产、加工、运输、使用环节的安全，国家相关单位制定了相应的监控标准，要求对各个环节的燃气泄漏、防爆等进行检测、监控。如《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013规定了选择可燃气体探测器的场所和要求。《城镇燃气设计规范》GB50028-2006（2020版）规定了居民和商业用气安装燃气浓度检测报警器的要求。各级地方也有相应的法规出台，加强用气单位和个人的燃气气体报警器监控。
目前的可燃气体报警器多采用催化燃烧、红外、激光等技术原理，各有优劣。采用MEMS气体传感器的最大优势是成本低，适合大面积的联网，在局部区域或整个城市形成燃气监测网络，实时了解和监控各终端的燃气泄漏情况，实现预警和采取相应防护措施。智能家居里面，也可根据燃气报警情况实时联动一些防护措施。
2、现代农业气体监测
随着物联网技术的进步，科学种植和养殖成为可能。农作物的生长与生长环境的温度、湿度、气体浓度、土壤水分等有着密切关系。如农作物光合作用与CO2浓度有很大关系，通过控制CO2的浓度，有利于作物的生长发育。通过实时监控种植场所的环境条件，自动控制，提高作物产量，也降低人工成本。
同样，牲畜的成长与养殖环境有很大关系，通过传感器感知养殖环境和牲畜的生长变化，上传至科学养殖平台，养殖人员可以做针对性调整，让牲畜的生长环境保持最佳状态，实现远程监控、自动化控制，从而大大降低人工成本和原料成本。养殖环境主要包括空气质量、温湿度、气压等，那么空气质量的监测可以靠MEMS气体传感器实现。
3、气味识别
人工智能嗅觉是一项前沿科技，通过人工智能嗅觉可以在智能家居、环境检测、健康监测等方面应用。如基于冰箱内不同食物在新鲜和腐败时的特征气味差异，建立相应的模型，通过气体传感器监测数据，判断冰箱内食物的新鲜程度。一旦发现有腐败的蔬菜和水果，可以将报警信息显示在冰箱面板或者推送到业主手机APP。
4、空气质量监测
随着居民生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高，公共场所和家庭的空气质量状况是大家关注的焦点。如2021年2月，浙江一电影院CO浓度超标致63人送医这条新闻在朋友圈成为焦点。所以，大型商场和超市、高档宾馆、商务楼、停车场、影剧院、体育馆、图书馆、娱乐场等公共场所安装有空气质量监测系统，并联动相应的净化设施或防护措施，将会对该场所的档次有很大提升。住宅也是一样，MEMS气体传感器可以内置于净化器、空调或其它智能家居环境，形成一套完善的智能家居方案，极大地提高住户生活品质和幸福指数。
公共厕所的空气质量同样受到关注，城市智慧公厕通过监测厕所空气质量并上传至监控平台，有利于厕所科学管理，提高监管效率。通过报警器实时报警和语音警示，还可对违规在厕所抽烟行为进行劝阻，起到一定的监管作用。
5、智能产品气体监测
MEMS气体传感器体积小、功耗低、成本低的特点，使得该传感器在移动终端、可穿戴设备上配置具有可行性。如智能手机、智能手表、运动手环、平板电脑等移动端产品除了配置MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS陀螺仪等，还可以配置MEMS气体传感器，随时随地的感知周围的环境是否安全、舒适。
当然，汽车、火车、飞机等交通工具作为一个封闭的空间，空气质量的监控也很重要，如果有传感器实时监控空间的空气质量，会让司乘人员更放心、更有满足感。
*来源：道合顺传感
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