Die Umgebung elektronisch erfühlen

Auf Tuchfühlung mit der Umwelt: Die Sensoren von Sensirion zählen zu den kleinsten und genauesten Messfühlern.Sensirion

Mittlerweile könnte man Häuser auch als Wohnmaschinen bezeichnen: Es gibt Automatisierungen für Lüftung, Heizung und Kühlung. Das verbessert das Raumklima, senkt die Betriebskosten und schont die Umwelt. Damit ein Steuerungssystem optimal läuft, braucht es Umweltsensoren. Wie warm und feucht ist es drinnen und draußen? Wie viele Personen halten sich im Gebäude auf? Wie steht es um die Luftqualität? Und wie verlaufen die Luftströme?

Sensoren sind zwar Massenware, aber trotzdem Hightech-Produkte. Eine Spezialität des Schweizer Unternehmens Sensirion waren bisher Sensoren für Flüssigkeiten, Gase, Differenzdruck sowie Temperatur und Feuchte. Auf dem Mobile World Congress 2015 in Barcelona präsentierte Sensirion zwei Neuigkeiten aus Forschung und Entwicklung: den nach eigenen Angaben weltweit ersten Multipixel-Gassensor und einen knapp 1,5 mm² großen, hochpräzisen barometrischen Drucksensor. Trotz aller Miniaturisierung gehören diese Messfühler zu den genauesten ihrer Klasse. Sie ermitteln die Luftqualität (IAQ) und Atemgase sowie den barometrischen Luftdruck.

Feine Nase

Dank Multipixel-Technologie nimmt der Sensirion-Gassensor seine Umgebung über verschiedene Rezeptoren wahr. Mithilfe komplexer Algorithmen und Mustererkennung lassen sich anschließend sowohl der Gastyp als auch die Gaskonzentration bestimmen. Dabei ist er nur 2,45 × 2,45 × 0,75 mm³ groß.

Anwendungsbereiche für diesen Sensor gibt es viele. Beispielsweise kann er in einem Sitzungszimmer die Luftqualität messen und warnen, wenn es Zeit für eine Pause ist. Gemessen werden flüchtige organische Verbindungen (VOC), welche zum Beispiel von Kunststoffen, Baumaterialien, Möbeln oder Teppichen stammen. Steigt die VOC-Konzentration in einem Raum zu stark an, kann das zu Kopfschmerzen, Müdigkeit und verminderter Leistungsfähigkeit führen. Auch Allergiker könnten einst vom Multipixel-Gassensor profitieren: Da er einmal gespeicherte Düfte wiedererkennt, kann der Sensor warnen, wenn eine Mahlzeit oder ein Getränk Komponenten enthält, welche eine allergische Reaktion auslösen.

Im Gebäude navigieren

Mit seinen 1,4 × 1,0 × 0,6 mm³ ist der barometrische Sensor kleiner als ein Reiskorn. Die relative Messgenauigkeit liegt bei ±1 Pa: Damit unterscheidet der Baustein Höhendifferenzen von einzelnen Treppenstufen. Mit dieser Genauigkeit eröffnet der Drucksensor eine neue Dimension im Fitnessbereich oder für die Navigation im Inneren von Gebäuden. GPS-Systeme funktionieren hier nur schlecht oder gar nicht.

Sensirions Sensoren basieren auf der bewährten CMOSens-Technologie, die das Sensorelement sowie die analoge und digitale Auswertungselektronik auf einem einzigen CMOS-Siliziumchip vereint. Beim bisher kleinsten Feuchte- und Temperatursensor SHTW1 (1,3 × 0,7 × 0,5 mm³) wendete Sensirion die Wafer-Level-Chip-Scale-Packaging-Technologie an. Damit ist das Gehäuse nur noch so groß wie der eigentliche Chip.

Komplettlösung

Bei allen Projekten und Produkten verfolgt Sensirion einen Lösungsansatz: Neben den Sensoren stellen die Schweizer auch Software und Treiber bereit. Dazu gehören Algorithmen zur Signalverarbeitung, Szenarien für mögliche Anwendungsbereiche und eine Cloud-Anbindung.

(lei)