無(wú)論懷疑論者怎么說(shuō)，科學(xué)界都認(rèn)為我們的氣候正在發(fā)生變化。要測(cè)量和量化這一變化，需要對(duì)基礎(chǔ)指標(biāo)和生命體征進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，為我們提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以便預(yù)測(cè)將要發(fā)生的事情。

本文著眼于可以使用和將要使用的傳感器技術(shù)衡量和報(bào)告發(fā)生的微妙（而不是微妙）氣候變化。這包括用于測(cè)量實(shí)時(shí)條件的系統(tǒng)，以及用于跟蹤預(yù)示長(zhǎng)期趨勢(shì)的緩慢移動(dòng)指標(biāo)的系統(tǒng)。

CO2分析

大氣中的熱量捕獲CO2水平與全球平均值之間的相關(guān)性溫度已有很好的記錄。可追溯到80萬(wàn)年前的冰芯樣品使研究人員能夠測(cè)量冰凍時(shí)溶解在冰中的二氧化碳的相對(duì)量，以表明當(dāng)時(shí)大氣中有多少氣體。科學(xué)家指出，與樹(shù)木的環(huán)一樣，層狀冰的厚度和測(cè)量的相對(duì)CO2量可用于確定平均溫度（但是，二氧化碳水平變化與溫度變化之間存在時(shí)滯） 。歷史地質(zhì)數(shù)據(jù)（圖1）顯示了二氧化碳含量相對(duì)較高的異常時(shí)期，而溫度在統(tǒng)計(jì)上低于預(yù)期，但已知軌道模式，太陽(yáng)黑子周期，相對(duì)冰川表面積，火山活動(dòng)。和其他負(fù)面反饋因素影響了這些數(shù)據(jù)。

圖1：歷史地質(zhì)數(shù)據(jù)顯示半周期變化在二氧化碳水平，但目前我們檢測(cè)到大氣中的水平比以往更高。

從1950年到現(xiàn)在的二氧化碳水平來(lái)看，很明顯二氧化碳水平顯著高于以往我們強(qiáng)烈懷疑我們生活在全球之前的滯后時(shí)間的寬限期溫度開(kāi)始飆升。

傳感器解決方案

這意味著用于實(shí)時(shí)測(cè)量CO2水平的傳感器對(duì)于確定當(dāng)前水平和預(yù)測(cè)這種溫室氣體對(duì)溫度即將產(chǎn)生的影響至關(guān)重要。雖然可以使用光譜和射頻技術(shù)從軌道衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量，但是特定位置的地面和大氣傳感器對(duì)于幫助積累可以研究的數(shù)據(jù)庫(kù)非常有用。在每天都會(huì)影響健康的大城市中尤其如此。

非常適合這些任務(wù)的二氧化碳傳感器是Seeed Technologies的Grove 101020067。它是一種高靈敏度，高分辨率（1 ppm分辨率，0-2000 ppm范圍）設(shè)備，使用非色散紅外技術(shù)通過(guò)不同的濕度水平（相對(duì)濕度從0％到90％）測(cè)量空氣中的二氧化碳含量。集成溫度傳感器允許Grove傳感器補(bǔ)償溫度變化，簡(jiǎn)單的UART輸出幾乎可以與任何基于微控制器的系統(tǒng)連接。

其他競(jìng)爭(zhēng)解決方案也值得考慮用于此應(yīng)用，例如Amphenol T6713氣體傳感器也提供0-2000 ppm范圍，并使用I 2 C串行接口代替UART（圖2）。來(lái)自Amphenol的相應(yīng)T6713-EVAL套件也可以用于快速和低風(fēng)險(xiǎn)測(cè)試該技術(shù)。

圖2：此緊湊型，表面貼裝的CO2傳感器在-10°至+ 60°C的溫度范圍內(nèi)具有+/- 2％的精度，是測(cè)量大氣CO2濃度的理想的低重量，小尺寸解決方案。

甲烷：更大的罪魁禍?zhǔn)?/p>

甲烷是導(dǎo)致全球變暖的第二大流行氣體。在我們的有生之年，大約60％釋放到大氣中的甲烷來(lái)自人類活動(dòng)，例如基于化石燃料的設(shè)施，農(nóng)業(yè)，廢物管理等的泄漏（圖3）。

圖3：甲烷由各種來(lái)源排放，而二氧化碳占所有人類貢獻(xiàn)的溫室氣體的82％，甲烷含量為9％科學(xué)家們認(rèn)為，從全球變暖的角度來(lái)看，這一貢獻(xiàn)要差100倍。

雖然整體百分比較低，但甲烷在大氣中的熱量比在5年內(nèi)超過(guò)二氧化碳的熱量多100倍。 20年期間它可以捕獲72倍的熱量。好消息是甲烷的半衰期比二氧化碳短（甲烷為7年，二氧化碳為19至49年，合理平均值為31年，估計(jì)高達(dá)90年）。 2

雖然一些較早的研究?jī)A向于得出人造甲烷水平總體下降的結(jié)論，但最近的檢查顯示，有爭(zhēng)議的壓裂技術(shù)（水力壓裂或“壓裂”）的過(guò)度滲漏是鉆井和注入流體的過(guò)程。為了使頁(yè)巖巖石破裂并釋放天然氣，高壓地面可能釋放出更多的甲烷 - 因?yàn)樘烊粴庵饕羌淄?- 進(jìn)入大氣層。

此外，觀測(cè)結(jié)果顯示甲烷釋放量在世界各地的海洋中發(fā)生。 3

這意味著如果我們要有機(jī)會(huì)，監(jiān)測(cè)和控制甲烷是我們戰(zhàn)略的必要組成部分。應(yīng)對(duì)全球氣候變化。與二氧化碳監(jiān)測(cè)一樣，需要陸地和天基傳感器技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)和消除盡可能多的甲烷釋放源。

這里的好消息是已建立的基于傳感器的技術(shù)以及新的MEMs傳感器技術(shù)正在產(chǎn)生可用的解決方案，允許大量部署傳感器陣列以準(zhǔn)確收集必要的數(shù)據(jù)。

隨時(shí)可用的基于加熱器的傳感器，如Parallax 605-00008，根據(jù)使用錫的氣體濃度提供電阻變化三氧化鋁管中的二氧化硅層（圖4）。必須監(jiān)控溫度和濕度并將其作為傳感算法的一部分應(yīng)用，以更準(zhǔn)確地識(shí)別氣體水平并使此類傳感器有效工作，但一旦設(shè)計(jì)，該解決方案可提供快速響應(yīng)時(shí)間，高靈敏度，并使用相對(duì)簡(jiǎn)單的界面電路。

圖4：揮發(fā)性氣體檢測(cè)對(duì)于確定甲烷等溫室氣體的總量和持續(xù)時(shí)間至關(guān)重要。像Parallax 605-00008這樣的傳感器可以偏置以檢測(cè)各種揮發(fā)性氣體類型。

雖然適用于許多基于地面的設(shè)計(jì)，其尺寸和功率可能不受限制，但160 mA驅(qū)動(dòng)電流需要加熱器可能對(duì)基于氣球和環(huán)境隔離的設(shè)計(jì)有害，這些設(shè)計(jì)可能需要某種形式的能量收集以允許長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。從好的方面來(lái)說(shuō)，這個(gè)傳感器也可以偏向監(jiān)測(cè)液化石油氣，丁烷，丙烷，酒精和硫酸氫鹽。

另一種可以提供良好解決方案的揮發(fā)性氣體傳感器來(lái)自于ams并且基于更新的MEMs技術(shù)。 IAQ-CORE C是一種體積更小，功率更低，可表面安裝的揮發(fā)性氣體傳感器，主要用于室內(nèi)空氣質(zhì)量測(cè)量，但也可適用于機(jī)載測(cè)量系統(tǒng)（圖5）。傳感器可以使用MEMS金屬氧化物傳感器技術(shù)監(jiān)測(cè)CO2和揮發(fā)性氣體濃度。

圖5：基于現(xiàn)代MEMs的揮發(fā)性氣體傳感器需要功率更小，足夠小，功率低，足以在遠(yuǎn)程位置使用，作為大量傳感器網(wǎng)絡(luò)的一部分。

傳感器本身由塑料蓋和濾膜保護(hù)。傳感器模塊可以通過(guò)邊緣連接器通過(guò)選擇性或回流焊接直接焊接到主電路板。它受膜（不應(yīng)被除去）保護(hù)。該傳感器系統(tǒng)使用I 2 C作為串行通信機(jī)制，允許工程師指定幾乎任何低成本微控制器直接連接到它。在連續(xù)模式下，它耗散了67毫瓦，但可以使用低得多的9毫瓦功率在脈沖模式下工作。

總結(jié)

我們都在一起，并在爭(zhēng)論中沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)，溫室氣體對(duì)全球氣候的來(lái)源，原因和影響毫無(wú)意義。每個(gè)人都應(yīng)該能夠達(dá)成共識(shí)的是需要監(jiān)測(cè)這些氣體的所有來(lái)源，包括天然來(lái)源。正如我們?cè)诒疚闹兴故镜哪菢樱匾膫鞲衅鹘鉀Q方案可供從事開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的工程師使用，這些設(shè)計(jì)旨在測(cè)量實(shí)時(shí)條件以及決定長(zhǎng)期趨勢(shì)的緩慢移動(dòng)指標(biāo)。