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22 Elektronik 22 2020 Sensorik berechnen sie mit Algorithmen einen äquivalenten CO2 -Wert Diese Sensoren liefern daher nur Richtwerte Wie können CO2-Messungen nun präzise aber gleichzeitig kosteneffizient ermöglicht werden sodass sie für uns alle zugänglich werden? Mit diesem Ziel hat Infineon einen zuverlässigen Sensor entwickelt der auf einer ganz neuen Technologie basiert Dank umfangreicher Erfahrung in der MEMS-Technologie hat man einen CO2 -Sensor auf Basis der photoakustischen Spektroskopie kurz PAS realisiert Die PAS-Methode Bild 2 basiert auf dem photoakustischen Effekt der erstmals 1880 von Alexander Graham Bell entdeckt wurde Die Methode beschreibt das Prinzip dass Gasmoleküle Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbieren und sich dadurch ausdehnen Bei Kohlenstoffdioxid ist das beispielsweise die Wellenlänge 4 2 µm In schneller Folge wird durch eine Infrarotquelle Licht ausgestrahlt Über einen optischen Filter gelangt nur Licht mit der Wellenlänge von 4 2 µm in die Sensorkammer Die CO2 -Moleküle in der Sensorkammer absorbieren die Energie Durch schnelle Erwärmung und Abkühlung kommt es zu thermischer Ausdehnung und Kontraktion Dies erzeugt ein Drucksignal das mit einem hochempfindlichen akustischen Detektor wahrgenommen wird Je höher die CO2 -Konzentration in der Kammer desto stärker auch das Signal Die Signalverarbeitung erfolgt durch einen integrierten Mikrocontroller der das Ergebnis in Echtzeit als ppm Parts Per Million ausgibt Dieses innovative Prinzip ermöglicht eine signifikante Miniaturisierung des CO2 -Sensors Bild 3 bei hoher Genauigkeit und Verlässlichkeit der Daten Damit werden genaue CO2 -Messungen auch für kleinere IoT-Geräte oder Covid-19-Messstationen ermöglicht Connected-Sensor-System Neue kleine CO2 -Sensoren und deren Integration in CO2 -Ampeln und IoTGeräte sind also ein probates Mittel um das Ansteckungsrisiko zu minimieren Allerdings muss für eine langfristige Lösung noch ein Schritt weiter gedacht werden Durch sogenannte Connected Sensors können die erfassten Daten in eine Cloud übermittelt und in übersichtlichen Dashboards dargestellt werden Durch Analyse der Informationen können anschließend geeignete Maßnahmen abgeleitet werden Was versteht man nun unter einem Connected Sensor? Im dargestellten Beispiel Bild 4 erfasst der Xensiv-PAS-CO2-Sensor in Echtzeit die CO2 -Konzentration Diese Sensordaten werden anschließend von einem Mikrocontroller hier PSOC6 aufbereitet und verarbeitet Der PSOC6 bietet den Vorteil dass er mit zwei Rechenkernen arbeitet Das ermöglicht eine Aufteilung der Aufgaben Partitionierung So kann der Cortex M4-Core für die Verarbeitung der Sensordaten im Hinblick auf die Applikation genutzt werden während der Cortex M0+ Core als Netzwerkprozessor für die Interaktion zwischen dem Applikationskern und dem WLAN-Netzwerk bzw Router agiert Der Netzwerkkern kommuniziert über eine sichere Verbindung mit einem Low-Power-WLAN-Controller nach IEEE 802 11x Mit einem Connected Sensor können zahlreiche Funktionen des Sensors über die Cloud gesteuert werden Der größte Vorteil besteht darin dass der Status mehrerer installierter Sensoren zentral beobachtet und die Luftqualität über ein gesamtes Sensornetzwerk hinweg effizient gehandhabt werden kann Ein Anwendungsbeispiel für den effizienten Einsatz eines Connected-IoTSensorsystems ist das Fitnessstudio Sind zu den Stoßzeiten viele Menschen beim Training steigt auch schnell die CO2 -Konzentration an Sobald die CO2 - Grenzwerte in bestimmten Bereichen überschritten wurden erhält der Trainer einen Alarm auf sein Handy oder Laptop und kann entsprechend reagieren Gerade in größeren weitläufigen Räumen bringt dieser Ansatz einen Vorteil mit sich da die Alarme übersichtlich und zentral angezeigt werden Die Sensoren können in einem umfassenden Sensornetzwerk verbunden werden auch über mehrere Studios hinweg So kann der Eigentümer der Fitnesskette beispielsweise die Raumluft durch bedarfsgesteuerte Lüftungsanlagen optimal und kosteneffizient in seinen Studios verbessern Zusätzlich können Sportler vor ihrem Training die Luftqualität in ihrem Lieblingstudio auf der Webseite prüfen Selbstverständlich ist dieses Beispiel auch auf weitere Anwendungsfälle wie Bürogebäude Universitäten Hotels und Schulen übertragbar Verbesserung der Luftqualität Wir alle achten vermehrt darauf dass wir uns gesund ernähren und Bild 3 Die Probenkammer des Xensiv-PAS-CO2-Sensors wurde deutlich verkleinert Bild Infineon Technologies Bild 2 Das Prinzip der photoakustischen Spektroskopie PAS Bild Infineon Technologies