PM2.5粉尘传感器多采用光散射法，与尘埃粒子计数器有什么区别？

导语

PM是“particulate matter（颗粒物）”的缩写，悬浮在空气中，直径小于等于2.5微米的称为PM2.5，又称细颗粒物。但PM2.5对人体健康威胁更大，极易富集于肺部深处，因此又被称作入肺颗粒物。与较粗大的颗粒物相比，富含更大量的有毒有害物质，而且能在大气中停留更长时间，输送距离也更远，对大气环境及人体健康的影响也更大，是导致黑肺和灰霾天的主要凶手。

空气中漂浮着各种大小的颗粒物，PM2.5是其中较细小的那部分。要想测定PM2.5的浓度，需要分两步走：

第一步：把PM2.5与较大的颗粒物分离；

第二步：测定分离出来的PM2.5的重量。

主要的微粒浓度检测法有：

1连续取样法

连续取样法中当可吸入气体经过气流通道时滤纸收集其中的微粒物，然后通过β射线照射滤纸以测得微粒的重量，根据重量分析计算出气流通道中微粒物的浓度。

通过天平称量滤纸可得到微粒物的重量这种方法称为过滤称重法。连续称重法具有较高的测量精度也是传统微粒浓度检测的方法之一，但是采样输送管由于使用过程中容易沉积微粒造成检测误差，β射线照射也会形成辐射并且滤纸要不断频繁地更换其中的缺点也是显而易见的。

2差分吸收光谱法

差分吸收光谱法由光源发射器、气流通道、光接收器等组成，光源发射器发送特定光谱的光束，光波通过气流通道时发生光吸收和光散射，因此光线到达接收器时会形成强度的衰减，接收器光谱通过光纤进行传输，通过光谱分析仪和计算机根据Lambert Beer 定律对进行计算得到粒子浓度。

由于差分吸收光谱法的特殊构造及分析原理对颗粒物浓度很低的情况会造成检测困难，因为颗粒物浓度低时光的衰减不够明显。另外光源发射器的可靠性也会影响检测结果，气体成分差异造成吸收光谱非常复杂，数学计算方法也变得复杂，易受客观因素的影响。

3微量震荡天平法

一头粗一头细的空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比。于是，根据振荡频率的变化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。

振荡天平法是基于航天技术的锥形元件微量振荡天平原理而研制的。通过测定系统频率的变化可测得对应时间颗粒物浓度。其优点是准确，灵敏度高，适应范围广，可连续监测 ，不过这个方法也存在设备体积大，价格昂贵等缺点。

4重量法

将PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称重。还有就是滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。只要滤膜对于0.3微米以上的颗粒有大于99%的截留效率，就算是合格的。损失部分极细小的颗粒物对结果影响并不大，因为那部分颗粒对PM2.5的重量贡献很小。

这也是国标测量方法，最直接也最可靠，同时也是验证其他方法是否准确的标杆，缺点也很明显，就是不能瞬时显示，只能计算平均值。

5摩擦起电法

物理学知识中两种不同材料相互摩擦的同时会伴随正负电荷的转移，摩擦起点法中在七六通道中插入不锈钢杆作为检测探头，刚杆外端连接导线，导线接地，当气流通过空气通道时会与检测探头发生摩擦形成微弱的电流，使用高性能放大器对此电流进行放大处理，根据电流与浓度的关系计算气流通道中的微粒浓度。

电流与浓度的关系如下式所示：

i=kWbV

式中 i 为摩擦产生的电流（安培），W 为颗粒物质量流速（千克/秒），V 为颗粒物与空气通道中的运动速度（米/秒），k,b 为常量系数由探头的材料和气流通道中的微粒性质决定。

由于计算过程与空气流动速度关系很大，因此摩擦起电法不适于大型气流管道及流速变化大的场合中应用。

6光散射法

光散射法是根据电磁波在传播过程中遇到大气颗粒物时将发生散射现象，多通过Mie 散射理论对散射光谱的分析得到颗粒分布情况及粒径浓度,当光照射在空气中悬浮颗粒物上时，会产生散射光，散射光的强度与其质量浓度成正比。通过测量散射光强度，应用质量浓度转换系数，得出颗粒物浓度值 。

从二十世纪八十年代我国的科学家就已经对其进行研究，是目前各种微粒检测技术中广为认可的检测技术，可实现区域内实时检测、连续测量、远距离测量，因此光散射法为目前最为流行的大气颗粒物浓度检测的方法之一。

微粒浓度测量技术经过漫长的发展与改进，期间形成了两百多种根据不同工作原理形成的测量方法，光散射法从 1980 年逐渐引发人们的关注和青睐，近年来得到了广泛的发展其生产实践技术也有了本质的提高，随着集成芯片功能的不断强大至今已初步形成了根据光散射理论的粉尘浓度传感器，该传感器体小质轻、反应灵敏、应用方便，随着物联网、智能时代的到来应用光散射原理结合激光技术、微电子技术研究实现轻便、可靠的传感器一直都是行业推崇和追求的目标。

粉尘传感器跟尘埃粒子计数器都是利用激光散射原理检测颗粒物的模块，但是两者的应用领域不同。粒子计数器用于无尘室，例如电子、精密机械等行业，确保产品质量。粉尘传感器主要用于测量大气环境或空气净化设备中。适用于各种环境研究机构，如室内场所、气象学、公共卫生、空气污染研究等，使用环境已应用于智能家居、疾病控制中心、环境在线监测等领域。

尘埃粒子计数器的工作原理：来自光源的光线被透镜组聚焦于测量腔内，当空气中的每一个粒子快速地通过测量腔时，便把入射光散射一次，形成一个光脉冲信号。这一光信号经过透镜组2被送到光检测器，正比地转换成电脉冲信号，再经过仪器电子线路的放大、甄别，拣出需要的信号，通过计数系统显示出来。

粉尘传感器的工作原理：激光粉尘传感器采用米氏Mie球形颗粒散射原理,即激光传感器使用激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生光散射，光电探测器在某一角度范围内收集散射光强，将得到散射光强线性地转换成电压，然后送入数据处理系统，数据处理系统按事先编制的程序根据米氏散射理论进行数据处理，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。

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