图1：VOC是工厂的必需品，但可能危害健康
要利用泵和风扇排气，将VOC浓度控制在容许浓度以下（图表由奥林巴斯的白石直规提供，下同） （点击放大）
图2：监控VOC的效果
通过优化控制排气系统，可以实现低功耗化 （点击放大）
VOC是有机溶剂的统称，大量吸入可能危害健康，因此受到法律管制（图1）。
对于工厂来说，VOC是必需物质。印刷工厂和半导体工厂等要使用VOC作为溶剂，在石油工厂中，石油本身就含有VOC。工厂一般使用由泵和风扇组成的排气系统，使环境中的VOC浓度保持在容许浓度以下。
容许浓度是1天8小时持续暴露在VOC环境中，也不会影响人体健康的水平。
但工厂的困扰是：在通过维持VOC浓度等保证施工人员安全的同时，还要降低运转成本。
在最大限度使用VOC时，目前的排气系统会在能够将作业环境的VOC浓度控制在容许浓度以下的设定下工作，不间断地以固定流量排气（图2）。
如果改变运转方式，只在预计VOC浓度可能超过容许浓度时以需要的排量运转，在其他时间减少排量，这样就能既保证安全、又使VOC浓度持续低于一定水平。
例如，将泵和风扇的使用控制在可确保安全的最低限度，便能够有效降低用电量和使用成本。
因此，白石等人认为，只要不是始终要以最大浓度利用VOC的环境，就可以利用传感器监控工厂环境，减少泵和风扇的使用，以降低工厂排气系统的功耗。
以节能为目的的检测方法
图3：VOC浓度的传感方式的比较
利用共振频率变化的方式适合小型和低功耗化 （点击放大）
为了在确保工厂安全的同时降低功耗，奥林巴斯考虑到工厂的功耗、维护费和传感器的引进成本，开发出了组合使用太阳能电池、无线终端的无线传感器网络用VOC传感器。
这种传感器不仅具备体积小和低功耗的特点，还实现了低环境负荷的制作工艺。传感方式是从众多方法中选出的（图3）。
使用氢火焰和紫外线等检测离子化的VOC的电荷的方法，利用光的反射和折射检测VOC吸附的高分子膜的厚度，或折射率的变化的方法都因为构成要素多，不适合小型化，没有得到采用。
还有一种方法是使用金属氧化物半导体，观察因为表面的氧气与VOC发生反应而发生改变的半导体的电阻值。这种方法为了在半导体的表面保持补充氧气的状态，需要使用加热器加热，因此不适合低功耗化，也没有得到采用。
最终采用的方法是，检测吸附VOC产生的振子共振频率的变化。这种方式最适合实现小型化、低功耗化。
奥林巴斯使用聚合物，开发出了这种共振式VOC浓度传感器（图4）。利用聚合物制成了振子、感应膜、振动检测部件等3个构件。
图4：使用聚合物制作VOC浓度传感器的3个构件
实现了制造工艺的低环境负荷化 （点击放大）
图5：聚合物制振子的性能评价
共振频率达到500kHz以上，Q值达到100以上 （点击放大）
感应膜吸附VOC后，振子的共振频率将发生变化。振动检测构件负责检测变化，无线收发检测数据。这些构件使用太阳能电池驱动。
通过聚合物成型制造振子
共振式VOC浓度传感器的性能取决于共振频率和Q值（表示振动状态的数值）。重点是聚合物制成的谐振器，能否达到工厂使用的共振式VOC浓度传感器的振子要求的性能。振子要求共振频率达到500kHz以上，Q值达到100以上。
在确立了利用热压印制作作为振子的小型悬臂的工艺后，奥林巴斯首先评估了制造出的振子（图5）。该工艺可以成型长度为500μm、厚度为10μm的小型悬臂。而且，聚合物制成的谐振器使共振频率达到了500kHz以上，Q值达到了100以上。
作为振子的悬臂由聚碳酸酯制成，振动检测构件由PVDF（聚偏氟乙烯）制成，感应膜由PBD制成（图6）。
图6：振子、振动检测构件、感应膜这三部分使用的是不同的聚合物
振子采用聚碳酸酯制作，振动检测构件采用PVDF，感应膜采用PBD （点击放大）
图7：集成了无线通信功能和太阳能电池
尺寸为20mm×50mm×30mm，平均功耗为30μW （点击放大）
使用该传感器，可以在流量为100sccm、180秒的条件下，检测出甲苯、辛烷和乙醇的容许浓度。
作为组合了无线通信、太阳能电池的终端，这种传感器在工厂的环境下接受了实际的检验（图7）。尺寸为20mm×50mm×30mm，平均功耗只有30μW。（记者：加藤伸一） ■日文原文
