利用光散射原理的低成本粉塵傳感器的應(yīng)用

季康樂（青田縣環(huán)境監(jiān)測站,浙江 青田323900）

利用光散射原理的低成本粉塵傳感器的應(yīng)用

季康樂
（青田縣環(huán)境監(jiān)測站,浙江 青田323900）

摘 要：本文介紹了幾種利用光散射原理的低成本粉塵傳感器，探討了其工作原理，系統(tǒng)組成，應(yīng)用實例。關(guān)鍵詞：光散射；粉塵傳感器；應(yīng)用實例

0 引言

近年來，空氣質(zhì)量成為人們關(guān)注的熱點話題，很大程度上是由于各地“霧霾”天氣時有發(fā)生，嚴重影響了公眾的生活出行和身體健康。粉塵是形成“霧霾”天氣的主要成因，其中直徑小于等于10μm的顆粒物稱為可吸入顆粒物（PM10），直徑小于等于2.5μm的顆粒物稱為細顆粒物（PM2.5）[1]。這些微小的粉塵會吸附大量毒有害化學物及細菌病毒等微生物，并能隨呼吸進入人體呼吸道，刺激人的鼻黏膜、支氣管黏膜等敏感部位，甚至會被吸入到肺部，會引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病[2]，對人們的身體健康產(chǎn)生極大影響。所以對粉塵特別是PM10和PM2.5的準確快速測量對環(huán)境監(jiān)測工作有著重大意義。

本文介紹的幾種利用光散射原理的粉塵傳感器，體積小巧，結(jié)構(gòu)較為簡單，成本低廉，并具有較好的準確性和穩(wěn)定性?？蓮V泛應(yīng)用于各種家用粉塵監(jiān)測設(shè)備、空氣凈化器、空調(diào)等設(shè)備之上，使其能夠提供粉塵濃度監(jiān)控的功能，使用戶更加實時直觀地了解室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。

1 常見粉塵傳感器介紹

目前市面上常見的光散射原理粉塵傳感器有：通用電氣公司的SM-PWM-01A粉塵傳感器、神榮公司的PPD4NS灰塵傳感器、Syhitech公司的DSM501灰塵傳感器、夏普公司的GP2Y1010AUOF粉塵傳感器等。上述傳感器模塊設(shè)計體積約為60mm×45mm×20mm，內(nèi)置加熱器實現(xiàn)自動吸入空氣，可以檢測粒徑大于1μm的粉塵顆粒，采用直流供電，PWM脈寬調(diào)制輸出，可以得到粉塵顆粒濃度（pcs/ ml）或質(zhì)量濃度(mg/cm3)。

2 工作原理

光散射粉塵傳感器是根據(jù)微粒在光源照射下會產(chǎn)生光散射的原理進行工作的，首先加熱系統(tǒng)會加熱傳感器腔體中的空氣，使環(huán)境空氣連同其中的粉塵顆粒以一定的流速緩緩?fù)ㄟ^傳感器腔體內(nèi)的通道，形成一個均勻的粉塵顆粒場，同時光源以一束平行單色光入射到腔體內(nèi)的顆粒場，受到顆粒周圍散射和吸收的影響，一部分入射光線的照射角度會發(fā)生偏移，進而被與入射光源有一定角度的檢測器所檢測到，由于散射光的量較少，一般檢測器前端會安裝濾鏡，使更多的散射光會聚到檢測器上，而檢測器后端則可加入信號放大器，進一步加強信號。檢測器檢測到的光信號經(jīng)轉(zhuǎn)化輸出電信號，而顆粒物濃度和電信號強弱成正比，通過測得電信號就可以計算粉塵顆粒的濃度。其結(jié)構(gòu)和原理圖見圖2。

3 應(yīng)用實例

由于光散射原理粉塵傳感器的體積小巧，成本低廉，外圍硬件要求少，開發(fā)門檻低，可嵌入到其他設(shè)備等優(yōu)良特征，使其可廣泛應(yīng)用于環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測相關(guān)的各個領(lǐng)域。如一些高端空氣凈化器和空調(diào)設(shè)備產(chǎn)品中，可嵌入該類粉塵傳感器構(gòu)成的實時PM2.5濃度監(jiān)測系統(tǒng)，直觀反映空氣凈化設(shè)備的凈化效果，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)控制空氣凈化器和空調(diào)設(shè)備的運行狀態(tài)[3]。光散射原理粉塵傳感器還可以配合溫濕度傳感器、有機廢氣傳感器、甲醛傳感器等，開發(fā)出小型家用空氣質(zhì)量監(jiān)測儀，可作為新裝修房屋、廚房、臥室等場所空氣質(zhì)量監(jiān)測的便攜設(shè)備，為用戶實時提供室內(nèi)空氣質(zhì)量信息。段廣運[4]等還利用夏普GP2Y1010AU0F粉塵傳感器和單片機，設(shè)計了一套能智能檢測粉塵濃度，并據(jù)此自動控制環(huán)衛(wèi)掃路車灑水量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能極大程度的減少清掃過程中的揚塵，提高了掃路車的清掃能力和清掃效果。

4 結(jié)論

利用光散射原理的低成本粉塵傳感器憑借其優(yōu)良的特征，應(yīng)用于空氣凈化設(shè)備、室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測、除塵灑水設(shè)備的智能控制等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]GB3095-2012.環(huán)境空氣質(zhì)量標準[S].

[2]肖德玲,袁琪,岳銳.可吸入顆粒物的危害及其凈化技術(shù)[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2011.

[3]孫濱,姜傳林,陳元勇. 基于光學粉塵傳感器的車載空氣凈化裝置設(shè)計[J].電子技術(shù),2013.

[4]段廣云.環(huán)衛(wèi)掃路車粉塵含量的智能檢測與控制[J].青海大學學報(自然科學版) ,2013.