I slutet av januari visade Senseair upp sin nya sensorgeneration. Så intressant att japanska Asahi-Kasei – en jättekoncern som bland annat tillverkar den kompassensor som sitter i de alla flesta av dagens mobiler och även levererar olika komponenter till biltillverkare som Toyota – bara dagar efter lanseringen köper det svenska företaget.

AKM:s intention är tydlig. Senseair ska förbli svenskt. Produkterna ska även framöver säljas under eget varumärke och den japanska koncernen planerar att investera i både utveckling och tillverkning av sensorer i Sverige. Enligt ett färskt avtal går köpet i lås den 4 april, förutsatt att AKM kan ta över mer än 90 procent av aktierna.

Vad är det då som gör lilla Senseair så intressant för en jätte som AKM?

CO2-sensorn Sunrise

Jo, sannolikt resultatet som duon nått tillsammans: den nya CO2-sensorn Sunrise. Sunrise finns för tillfället tillgänglig i mindre provserier. Större leveranser kommer i mars, medan volymtillverkningen ska dra igång under årets fjärde kvartal. Det sker i takt med att produktionslinan i Delsbo expanderar.

Den som känner till Senseair vet att företaget står på två starka ben. Ett där extremt hög prestanda står i fokus och sensorerna i vissa fall konkurrerar med dagens laserinstrument. Ett annat som slåss med mycket enkla, ofta kinesiska, sensorer. Det är från lågkostnadssegmentet som merparten av företagets intäkter kommer, och hit hör Senseair Sunrise.

Henrik Rödjegård

– För att få ner priset har vi arbetat med plastoptik i cirka 20 år. Det här är första gången vi lyckats göra en riktig 3D White-cell för en lågkostnadssensor, säger Henrik Rödjegård, konstruktör på Senseair liksom professor på Mittuniversitetets avdelning för elektronikkonstruktion.

Just White-cellen är en central detalj i den nya arkitekturen – och grunden till att lysdioden kunnat putta ut glödlampan ur konstruktionen.

Namnet White-cell kommer av John White som uppfann en typ av optisk kavitet på 1940-talet. Tekniken liknar den som används för att skapa kaviteten i gaslasrar. I stort handlar det om att man stänger in ljuset mellan sfäriska speglar så att ljuset studsar fram och tillbaka mellan dem ett väl bestämt, men konfigurerbart, antal gånger.

Den nya sensorn är, likt de flesta gassensorer, konstruerade med NDIR-teknik (non diespersive infrared).

– Just för NDIR-sensorer skalar mätupplösningen linjärt med ljuskällans ljusstyrka och som roten ur duty-cyclen. Så ökar vi uteffekten tio gånger kan vi med samma mätprestanda minska duty-cyclen, eller tiden ljuskällan är tänd, hundra gånger, förklarar Henrik Rödjegård.

Det hela är klurigt, men faktum är att om man ska arbeta energioptimalt med dessa sensorer så är uteffekten viktigare än verkningsgraden. Ju starkare ljuskälla, desto mer energi kan sparas eftersom den kan vara tänd så mycket kortare tid.

Det betyder att en svag ljuskälla med hög verkningsgrad – likt en lysdiod – tidigare inte har kunnat konkurrera med den starka glödlampan. Det finns en konkurrent som redan använder LED, men den sensorn har enligt Senseair inte anständig prestanda.

– Med White-cellen kan vi utnyttja ljuset optimalt. Vi guidar det på ett fantastiskt bra sätt med mindre förluster. Det är en nyckel till att vi nu kan använda LED.

Finessen med White-cellen är just att ljuset kan styras mycket kontrollerat. Med ett litet knick på en av speglarna i cellen – den är uppdelad i två delar som pekar åt lite olika håll – går det att få ljuset att vandra extremt kontrollerat från en punkt, fram och tillbaka mellan speglarna ett stort antal gånger, för att sedan komma ut vid en annan väldefinierad punkt.

Genom att byta ut den knäckta spegeln kan ljusstrålens vägsträcka varieras. Samma sensor kan därmed i konstruktionsskedet enkelt konfigureras att anpassas för en viss situation genom att en enda detalj byts ut.

Det är även så sensorns mätområde väljs. Noggrannheten beror av längden på vägsträckan, som emellertid också måste anpassas till hur koncentrerad gasen är. Vill man mäta låga koncentrationer, typiskt 400 ppm som är friskluft, ska vägsträckan vara lång. Runt en halv meter. Då mäter sensorn bra upp till 700 ppm, sedan går den i mättnad. Vill man mäta bra vid 5 000 ppm måste vägsträckan vara mycket kortare – ungefär tre centimeter, för att inte gå i mättnad.

– I samarbetet med AKM har vi optimerat systemet med ljuskälla, detektor och optik för att maximalt utnyttja tillgängligt ljus.

– Tillsammans med oss har AKM även utvecklat en asic som tillåter optimal styrning av ljuskällan och synkron detektion av ir-signalen, säger Henrik Rödjegård.

Asicen anpassar detektorns förstärkning och AD-omvandling till optikens konfigurering. Olika vägsträcka ger olika ljusintensitet, vilket en programmerbar förstärkare (PGA) måste hantera. Kretsen innehåller även funktioner för att kompensera för de drifter som annars skulle påverka mätprestanda negativt.

– Det här är ett verkligt genombrott! Den nya sensorn har bättre prestanda är vår tidigare lågeffektssensor med lampa, LP8.

Denna artikel har tidigare publicerats i magasinet Elektronik­tidningen. För dig som jobbar i den svenska elektronik­branschen är Elektronik­tidningen gratis att prenumerera på – våra annonsörer betalar kostnaden. Här ansöker du om prenumeration (länk).

Sex gånger lägre effektförbrukning än LP8 hävda Senseair att nykomlingen har. Då ska man komma ihåg att LP8, lanserad 2016, är en verkligt strömsnål sensor som kan mäta luftkvaliteten i exempelvis ett rum under flera år utan krav på batteribyte.

Sunrise passar likt LP8 för att mäta luftkvaliteten i uppkopplade så kallade IoT-tillämpningar. Traditionellt har CO2-sensorer använts för att styra luftflödet i kommersiella fastigheter. En nyare trend är att mäta utomhusluften i starkt förorenade områden med billigare CO2-sensorer – exempelvis i vissa kinesiska städer, men också europeiska städer som Warszawa och Paris. Här har en stor marknad poppat upp på senare tid.

Men för AKM är det fordonsindustrin som attraherar.

– Fordonsindustrin är drivande. Den tycker att det är obehagligt med glödlampor och anser att det är ett kvalitetsproblem att behöva byta dem. Även om vi konstruerar in en glödlampa som har en livstid på 100 000 år vill de inte ha med glödlampor att göra.

Samtidigt vill fordonstillverkarna ha denna typ av sensor av två skäl. Ett är att kunna upptäcka eventuella läckor i samband med att de av miljöskäl byter ut freoner i sina kylsystem mot CO2. Ett läckage kan ge förödande konsekvenser, därför krävs ett larmsystem.

Ett annat skäl är att spara energi. I varma länder använder många återcirkulationsfunktionen när AC:n är på för att inte släppa ut för mycket kyla. Här kommer en CO2-sensor väl till pass för att kontrollera luftkvaliteten, på samma sätt som görs i många konferensrum. Ytterligare en fördel är att en LED-sensor kan mäta ofta. Det hänger ihop med att den är mycket snabb och man kan minska duty-cyclen utan att det blir för lång tid mellan mätpunkterna. Det kan räcka med att ljuskällan är tänd någon procent av tiden.

Medan en glödlampa typiskt kräver 50 millisekunder för att bli varm, tänds LED:en omedelbart.

– Det betyder att med en LP8 får vi 20 till 60 sekunder mellan mätpunkterna, medan en LED kan mäta kontinuerligt. Det är en fördel inom bilindustrin, där sensorn måste reagera snabbt. Nästa utmaning är således att få sensorn fordonskvalificerad – främst då att klara fordonsindustrins temperaturområde.

En del av arbetet är att utveckla ännu mer avancerade kalibreringsalgoritmer.

– Vi går mot mer och mer komplex temperaturkompensering. Det är rättframt ingenjörsarbete och inte det jag ser som den största utmaningen, säger Henrik Rödjegård.

Istället pekar han på två andra detaljer. Dels att LED:en ska fungera över hela temperaturområdet – där är japanerna på gång. Dels att få optiken stabil över hela temperaturområdet.

– Då handlar det om hur man monterar optiken. Hur man sammanfogar plastbitar och därigenom skapar en verkligt stabil konstruktion.

Planen är att en fordonsspecificerad sensor ska vara framme innan årets slut.