ROBOT之鼻金属氧化物半导体气体传感器静电浪涌防护技术

 

一、 解密 “电子鼻”

 

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电子鼻的工作原理

 

      金属氧化物半导体（MOS）气体传感器构成的 “电子鼻”，核心原理是利用金属氧化物（如 SnO₂、ZnO 等）表面对气体的吸附 - 脱附特性。当目标气体与金属氧化物表面接触时，会发生化学吸附反应，导致材料的电导率发生变化。传感器通过检测这种电导率的变化，经过信号放大、模数转换等处理，最终实现对气体种类和浓度的识别。例如，在检测一氧化碳时，一氧化碳分子与 SnO₂表面的氧离子结合，释放出电子，使 SnO₂的电导率升高，通过电路将这一变化转化为可识别的电信号，从而完成对一氧化碳的检测。

 

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电子鼻的应用领域

 

     工业安全：在化工、石油等行业，“电子鼻” 可实时监测车间内的易燃易爆气体（如甲烷、丙烷）和有毒气体（如硫化氢、氯气），一旦浓度超标，立即发出警报并联动设备停机，保障生产安全。
     环境监测：用于大气质量监测站、污水处理厂等场景，检测空气中的挥发性有机物（VOCs）、二氧化硫、氮氧化物等污染物，为环境治理提供数据支持。
     智能家居：集成在空调、空气净化器等设备中，感知室内甲醛、苯等有害气体浓度，自动调节设备运行状态，改善室内空气质量。
     医疗健康：通过检测人体呼出气体中的特殊成分（如丙酮可反映糖尿病状况），辅助疾病的早期诊断和监测。
     农业：农业种植中在大棚、大田场景，监测作物释放的乙烯、萜类气体，为植保措施提供数据支撑。农产品仓储中，识别粮库霉菌挥发物（如苯甲醛）、坚果仓虫害代谢 VOCs，预警霉变、虫害风险。
    汽车行业：在车内座舱，监测甲醛、TVOC 等挥发物，浓度超标自动启动净化系统。在油路、气路周边，检测汽油蒸气、甲烷泄漏，触发声光报警。

 

 

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核心结构

 

    半导体气体传感器通常集成多种关键功能模块，核心结构包括：
    加热单元（heater/hotplate）：为传感器提供高温工作环境，确保金属氧化物敏感材料处于活性状态，维持表面氧化还原反应的持续进行；
    金属氧化物敏感层（MOx material）：作为气体检测的核心，其电阻率随与目标气体的接触发生显著变化，是实现气体浓度转化的关键载体；
    信号处理模块：包含模拟信号采集与数字信号处理单元，可对传感器输出的电阻变化信号进行放大、滤波等处理，并集成湿度补偿功能，减少环境湿度对检测精度的干扰；
    控制与接口组件：配备控制器（controllers）及数字/模拟接口（如 SDA、SCL），实现对加热单元的温度调控、传感器工作状态的监测以及检测数据的传输。
     在智能制造与物联网深度融合的今天，气体传感器作为设备的 “嗅觉神经”，其稳定运行离不开可靠的防护方案。雷卯电子基于十余年技术积累，为金属氧化物半导体（MOS）气体传感器量身定制全链路防护方案，从信号到电源构建立体屏障，确保 “电子鼻” 在复杂电磁环境中精准感知。

二、金属氧化物半导体

 

气体传感器的防护方案

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BOSCH的气体传感器BME688开发套件：

 

 

  3.3V防护：雷卯采用SD03C(SOD-323封装)/
ESDA33CP30（DFN1006封装），IEC61000-4-2，等级4，接触放电30KV，空气放电30KV，箝位电压≤13V，低于 MOS 栅极耐压阈值（＜30V），避免静电击穿。
  IO信号保护：雷卯采用ESDA33CP30（DFN1006）针对传感器信号静电防护，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电30KV，空气放电30KV。
  SD卡静电防护方案: 雷卯采用集成器件SR33-04A/USRV05-4保护，结电容小于1PF，可以保证信号完整性的同时，通过静电测试。满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电8kV，空气放电15kv.

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通信与电源防护：多维度筑牢安全防线

通信接口：UART 接口采用 ESDA33CP30（3.3V），结电容≤3pF 兼容 115200bps 速率；CAN 总线选用 SMC24，±30kV 空气放电防护满足工业级需求。

电源系统：12V电源入口增加TVS器件，抵御静电浪涌，满足 IEC 61000-4-5 浪涌测试（1.2/50μs）。

 

雷卯针对金属氧化物半导体（MOS）气体传感器常见端口防护推荐料号
类型	品牌	型号	描述	封装	应用
ESD	Leiditech	SD03C	3.3V,Bi,50PF,5A	SOD-323	3.3V电源口防静电
ESD	Leiditech	ESDA33CP30	3.3V,Bi,8PF,8A	DFN1006	IO口防静电
ESD	Leiditech	SR33-04A	3.3V,Uni,0.6PF,11A	SOT-26	SD卡防静电
ESD	Leiditech	USRV05-4	5V,Uni,0.6PF,4.5A	SOT-26	SD卡防静电
ESD	Leiditech	SMC24	24V,Bi,25PF,5A	SOT-23	CAN接口防静电
ESD	Leiditech	ULC3311CDN	3.3V,Bi,0.45PF,4A	DFN1006	SD卡接口静电防护
ESD	Leiditech	ULC0542C	5V,Bi,0.3PF,4A	DFN1006	SD卡接口静电防护
ESD	Leiditech	SMBJ15CA	15V,Bi,600W,24.6A	SMB	12V电源口浪涌防护

雷卯电子（Leiditech）致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应ESD、TVS、TSS、GDT、MOV、MOSFET、Zener、电感等产品。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。