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翻译文献1：
摘要 - 本文提出了一种用于个人暴露监测设备的高灵敏度环境颗粒物质PM2.5颗粒探测器。提出的高灵敏度环境PM2.5粒子检测器紧凑地结合了商用灰尘传感器和互补金属氧化物半导体传感器。测得的PM2.5浓度范围为6.64〜55.12mu;g/ m3，该粒子检测器的相应输出频率范围为0.63〜4.03MHz。灵敏度为70.287 kHz /（mu;g / m3），与现有技术相比，大大提高了灵敏度。所提议的用于个人暴露监控设备的粒子探测器的所有功能和性能都通过测量得到了正确的验证和证明。工业园区PM2.5浓度监测的露天试验也成功进行。 提出的高灵敏度环境PM2.5粒子探测器的设计适用于个人暴露监测设备。
关键词：PM2.5; 空气质量监测; 尘埃传感器; CMOS传感器
- 介绍
最近颗粒物质（“粉尘”）的问题变得越来越重要。特别是直径为0.1mm的尘埃颗粒2.5微米或更少，这些也被称为细颗粒，可以每天观察。已经进行了有关灰尘传感器的研究。例如，[1]，[2]，[5]和[6]之后是光学原理。参考文献[3]和[4]基于电离原理。参考文献[8]基于隐马尔科夫模型导向的统计方法。氧化锌基固体谐振器（SMR）采用参考文献[9]。虽然对这些研究进行了深入的讨论，但是一种合适的CMOS传感器可以很容易地与尘埃传感器结合，并且可以构建高灵敏度，低线性误差（lt;1％）的PM 2.5粒子探测器，用于个人暴露监测设备尚未讨论。具有高灵敏度和低线性误差，可大大提高PM2.5浓度检测能力。另一方面，各种灰尘传感器的非线性始终存在。然而，如[1] - [2][3] [4][5][6][7][8][9][10][11][12]所述，通常难以灵活调整用于校准非线性的系统参数;此外，为了顺畅地与后端数字系统进行通信，总是需要数字化输出。如所指出的，所提出的粒子检测器可以提供优异的灵敏度和较低的线性误差。在这里，整个设计方法将全面呈现给读者，这是本文的主要贡献。
在本文中,新设计了用于个人暴露监测设备的高灵敏度环境PM2.5粒子探测器。 基于0.35微米的器件参数，微米采用3V电源的2P4M CMOS技术，测得的PM2.5浓度范围从6.64到
55.12微克/ m3，并且所提出的粒子检测器的相应输出频率范围为0.63至4.03MHz。 灵敏度为70.287 kHz /（微克/ m3），最大线性误差为0.39％。 总之，所提出的高灵敏度环境PM2.5粒子检测器适用于智能空气质量监测设备。
在第二节中，讨论了系统架构和仿真结果。 实验测量结果显示在第三节。最后，第四部分提供了结论并为未来的研究提供了建议。
- 整体解决方案
所提出的包括一个灰尘传感器和设计的CMOS传感器的高灵敏度环境PM2.5粒子检测器的系统架构如图1所示.CMOS传感器由一个电压 - 电流转换器，两个比较器，如图2所示的由两级OP（DC增益，相位裕量和单位增益带宽为83.1 dB，61°和32 MHz）实现的运算放大器（OP）和一组校准电路。当更多的颗粒物质进入灰尘传感器时，灰尘传感器的输出电压在5V以下，后来被电阻器RB1和RB2分开并通过电压 -电流转换器转换成电流。 MOS中号0P至中号17N是一系列电流镜，其目的是产生电流一世乙。 SR锁存器最初预设输出Q和Q分别到逻辑高和低。
图1所提出的高灵敏度环境PM2.5粒子检测器的系统结构
首先，C1电容器由电流B充电。当比较器Vcap的输入端的电压达到比较器的阈值电压VH时，比较器输出变为逻辑低，SR锁存器分别将输出信号Q和Qtologic分别转换为低电平和高电平。 接下来，当C1电容器放电时，将当前IBis转换为对C2电容器进行充电直到达到电压VL，该电压VL是外部输入电压。 类似地，当电压Vcap达到阈值电压时比较器的VH，SR锁存器的输出反转原始状态。 最后，执行一个连续的操作[13]。 输出频率fout与IBis之间的关系推导为：
图2所用运算放大器的电路原理图
C1和C2为设计电容值为1.5 pF，CFET为寄生电容，包括比较器的输入电容，金属线电容和开关的扩散电容。 IB推导为：
所有电阻（RB1，RB2和Rbias）均为100kOmega;，误差导出为：
当（1），（2）和（3）组合时，输出频率因此可以修改为：
为了降低由CFET引起的频率偏差，校准电路随后被添加以调整电容器上的放电电压并校准输出频率。随后（4）修改为：
其中En是使能信号，V1和V2是外部输入电压，Rtotal是总电阻，Rcell是100kOmega;的单位电阻。数字校准代码是用于控制校准电路的开关。一旦校准电路完成启用时，电压Vcali可通过分压电阻设置为执行（5）。例如，应用更大的校准码，将获得更高的Vcali。之后，输出频率因此增加。使用5位解码器的数字代码A0至A4可轻松调节电压Vcali。最后，整个电路都建成了。图3显示了校准之前和之后设计的CMOS传感器的模拟结果。计算得到的线是从（1）中获得的，没有增加寄生电容CFET，并且在提出的校准电路执行之后，获得了良好的线性和灵敏度。通过SPICE仿真成功验证了CMOS传感器的所有功能和性能。
在校准之前和之后，所设计的CMOS传感器的模拟结果在0到4.8V的Vpm下。VH = 1.5V，VL = 0V，V1 = 0.26V，V2 = 0.195V。
- 测量结果
设计的CMOS传感器的具有面积为1.15times;1.15mm2。测量装置包括电源，HAL-HPC300 PM2.5仪表，LeCroy-WaveAce2034示波器，Agilent-34410A数字万用表，Agilent-33522A函数发生器以及设计的CMOS传感器。
图3 CMOS传感器的模拟结果
首先，在图4（a）中验证了商用粉尘传感器SHARP GP2Y1010AU0F 的性能。 测得的PM2.5浓度范围为6.64〜55.12mu;g/ m3，其相应的电压范围为0.75〜4.85 V.值得注意的是，灰尘传感器的输出电压与PM2.5浓度成线性比例关系，输入的最大浓度 美国环境保护局的空气质量指数[15]中描述的“危险”类别。 图6（b）显示了设计的CMOS传感器的测量结果，揭示了其结果。 灵敏度为833.33 kHz / V。 线性误差由下式导出：
线性误差=（理论误差-真实误差）/理论误差*100%
下图分别为（a）商用灰尘传感器SHARP GP2Y1010AU0F，（b）设计的CMOS传感器，以及（c）与设计的CMOS传感器配合使用的商用灰尘传感器的测量结果。
图4商用传感器的性能
最后，在台湾麦寮乡的工业园区进行PM2.5空气质量露天实验，测量结果如图5所示。空气颗粒通过吸入器以1L / min的流速吸入。吸入器的输出与粉尘传感器紧密封闭。因此，所提出的粒子检测器的输出是从1个样本/分钟的速率记录的。具体而言，所提出的粒子检测器的测量输出频率为3.52MHz，PM2.5浓度为52mu;g/ m3。如HALHPC300 PM2.5仪表所示，PM2.5浓度检测为50mu;g/ m3。两个值都很接近，这意味着商用灰尘传感器和设计的CMOS传感器紧凑地结合在一起。由于所提出的粒子检测器的直接数字输出，可以很容易地与后端数字系统进行通信。一旦将建议的高灵敏度环境PM2.5颗粒探测器安装在个人暴露监测设备上，人们可以随时方便地获取某个地点的环境PM2.5浓度。而且，通过灵活地执行校准电路，各种灰尘传感器可以很容易地与设计的CMOS传感器配合使用。
图5用于监测工业园区PM2.5空气质量的所提出的粒子检测器的测量输出频率
- 结论
最新提出了一种用于个人暴露监测设备的高灵敏度环境PM2.5粒子探测器。 值得注意的是，灰尘传感器和设计的CMOS传感器紧凑地结合在一起，并且所提议的高灵敏度环境PM2.5粒子检测器的所有功能和性能均通过测量成功地进行了测试和验证。 在未来的研究中，这一提议的设计将被自适应地应用于智能空气质量监测设备，如个人暴露监测设备。
翻译文献2:
摘要-现在由于硬件成本的降低，每个人家中至少拥有一台高科技设备来支持生活质量。本文提出了一种新的方法来分析室内空气质量的廉价和第三时代专用设备。一种称为家庭污染嵌入式系统（HOPES）的新原型被开发出来，以提供简单和可理解的信息，对于认知问题或不熟悉新技术的人也是易于理解的。该设备收集污染物数据并向用户显示不同的空气污染物浓度，从有毒气体直至爆炸物。此外，整体空气质量指数已详细阐述，由HOPES以灯光和数字信息显示。 HOPES是一种实时工作的物联网设备，可以连接到网络和地理信息系统平台，以添加每种污染物的空间信息。硬件架构采用一套气体半导体传感器和一个IR颗粒物质传感器。实验结果表明，HOPES具有准确的传感器响应，适用于所提出的指标。事实上，尽管选择性差的金属氧化物传感器，结果突出了如何用便宜的设备获得有用的空气质量信息。但是该系统需要更多的测试来验证具有不同物质的传感器阵列。
关键词：IAQ（室内空气质量）空气质量指数IoT（物联网）智能家居多气体传感器系统设计空气污染监测
- 介绍
近年来，通过降低硬件成本和开发新技术，开发出许多高科技设备来监测室内和室外环境状况，以支持人类生活质量。 此外，世界卫生组织（世界卫生组织）和欧盟委员会所表达的关于颗粒物和污染气体浓度的新规定和限制也引起了人们对这一主题的关注。
目前的研究已经在项目实践（通过创新蜂窝环境规划反思老龄化城市）中得到发展，该项目由意大利共和国与瑞典王国之间的合作框架提供资金，并由罗马的Sapienza大学和皇家技术研究所斯德哥尔摩（KTH）。该项目旨在重新考虑城市地区和建筑物，以改善老年公民的生活质量。 PRATICE从一项名为SoURCE（可持续城市细胞）的项目中阐述的方法开始，该项目侧重于考虑城市能源需求的城市地区重塑以及规划建筑和城市规模的能源消耗最小化策略。同样，实践项目包括考虑两种尺度的方法来改善老龄人口的生活质量：城市规划和单一建筑。处理第二个问题时，室内空气质量（IAQ）分析和空气变化率是焦点问题。它们是设计和管理建筑物以支持特定小气候条件的基础，例如在博物馆中，或者用于保证人们的幸福，例如在改善隔热性能会产生空气滞留的房屋中。此外，空气变化率不足会对健康有利，促进霉菌和酵母菌的生长和繁殖，以及建筑材料，家具和人类活动产生的污染物浓度的增加。开发廉价的探测器的重要性是发展中国家的根本，空气质量不好会导致儿童和老人等脆弱类别的健康问题。
老年人因健康脆弱而更容易受到这种空气质量不足的困扰。 根据世界卫生组织的空气质量准则，清洁空气是生命的基本要求。
过去几十年的生活方式变化导致居住在发达国家的人们在室内花费的时间增加，从而导致污染物增加（Fromme et al。2007）。 根据Herberger和Ulmer（2012）的说法，人们一生中有90％的时间在室内度过; 另外，如Almeida-Silva等人所述。 2014年，老年人将95％的时间花在卧室和起居室之间的室内，暴露于室内空气污染物对他们来说是一个实际问题。
意大利国家统计研究所（ISTAT）每年报告160,000例因过敏原引起的哮喘，其中国家卫生系统的直接费用为8,000万欧元，由于一氧化碳每年有200例死亡，直接费用为50万欧元。
就像在网络传感器可以支持环境控制的“智能建筑”中一样，污染物监测可以作为缓解措施，帮助减少长期健康风险。
Bitter等人 （2010年），用多气体传感器系统估计室内气味强度，宣称建筑材料的排放是室内空气质量的主要贡献者之一。
在欧洲管理委员会（CEN）活动框架内，国际标准化组织（ISO）和科学委员会SCHER（健康与环境风险科学委员会）制定了题为“关于室内空气质量风险评估的意见”的文件， 报告对较为脆弱的类别（如老年人）提出建议。
本文提出了一套专门用于低成本设备的新型空气质量指数和一种名为HOPES（家庭污染嵌入式系统）的廉价气体传感器原型，旨在分析室内污染物的浓度。
考虑到以前在文献中的室内空气质量研究，已经引入了最新的最新技术介绍，以考虑关于室内空气污染，人类健康，说服技术和公民科学的最新论文。
- 技术现状
Yao（2009）研究了一种微型电子鼻（E-nose）来检测室内VOCs浓度。 他开发了一种带有多路复用振荡器和阅读器的生物化学表面声波阵列。 表面声波（SAW）由复用技术控制。 进行双向层次聚类分析以检查所测量的数据，显示具有类似化学性质的气体和聚合物如何分组到相同的家族中。 总之，作者认为微型电子鼻有望用于实际的气体检测和识别应用。
Choi等人 （2009）开发了一种室外空气污染监测系统，该系统使用能够将数据传输到本地服务器的不同设备。 服务器根据数据库中记录的领域知识和管理规则对数据进行排序，执行计算，并将数据传输到警报系统，以在气体浓度超过设定的阈值时发出警告。
Mandayo等人 （2011）开发了一种室内空气污染监测系统，在同一块电路板上集成湿度，温度和VOCs传感器。 该系统通过WSN（无线传感器网络）接收数据。 基于树方法建立路由表的软件路由协议被实现为在应用的组件之间转发数据：负责传输数据的多跳中继，传感器控制器
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