利用光散射原理的低成本粉塵傳感器的應用

季康樂（青田縣環境監測站,浙江 青田323900）

利用光散射原理的低成本粉塵傳感器的應用

季康樂
（青田縣環境監測站,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，系統組成，應用實例。關鍵詞：光散射；粉塵傳感器；應用實例

0 引言

近年來，空氣質量成為人們關注的熱點話題，很大程度上是由于各地“霧霾”天氣時有發生，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境監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，結構較為簡單，成本低廉，并具有較好的準確性和穩定性。可廣泛應用于各種家用粉塵監測設備、空氣凈化器、空調等設備之上，使其能夠提供粉塵濃度監控的功能，使用戶更加實時直觀地了解室內空氣質量情況。

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。上述傳感器模塊設計體積約為60mm×45mm×20mm，內置加熱器實現自動吸入空氣，可以檢測粒徑大于1μm的粉塵顆粒，采用直流供電，PWM脈寬調制輸出，可以得到粉塵顆粒濃度（pcs/ ml）或質量濃度(mg/cm3)。

2 工作原理

光散射粉塵傳感器是根據微粒在光源照射下會產生光散射的原理進行工作的，首先加熱系統會加熱傳感器腔體中的空氣，使環境空氣連同其中的粉塵顆粒以一定的流速緩緩通過傳感器腔體內的通道，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轉化輸出電信號，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。其結構和原理圖見圖2。

3 應用實例

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，開發門檻低，可嵌入到其他設備等優良特征，使其可廣泛應用于環境空氣質量監測相關的各個領域。如一些高端空氣凈化器和空調設備產品中，可嵌入該類粉塵傳感器構成的實時PM2.5濃度監測系統，直觀反映空氣凈化設備的凈化效果，并根據監測數據調節控制空氣凈化器和空調設備的運行狀態[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，開發出小型家用空氣質量監測儀，可作為新裝修房屋、廚房、臥室等場所空氣質量監測的便攜設備，為用戶實時提供室內空氣質量信息。段廣運[4]等還利用夏普GP2Y1010AU0F粉塵傳感器和單片機，設計了一套能智能檢測粉塵濃度，并據此自動控制環衛掃路車灑水量的系統，該系統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 結論

利用光散射原理的低成本粉塵傳感器憑借其優良的特征，應用于空氣凈化設備、室內空氣質量監測、除塵灑水設備的智能控制等方面有著廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]GB3095-2012.環境空氣質量標準[S].

[2]肖德玲,袁琪,岳銳.可吸入顆粒物的危害及其凈化技術[J].潔凈與空調技術,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計[J].電子技術,2013.

[4]段廣云.環衛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.