利用光散射原理的低成本粉尘传感器的应用

2015-07-26季康乐青田县环境监测站浙江青田323900

山东工业技术 2015年7期

关键词：应用实例

季康乐（青田县环境监测站,浙江青田323900）

利用光散射原理的低成本粉尘传感器的应用

季康乐
（青田县环境监测站,浙江青田323900）

摘要：本文介绍了几种利用光散射原理的低成本粉尘传感器，探讨了其工作原理，系统组成，应用实例。关键词：光散射；粉尘传感器；应用实例

0 引言

近年来，空气质量成为人们关注的热点话题，很大程度上是由于各地“雾霾”天气时有发生，严重影响了公众的生活出行和身体健康。粉尘是形成“雾霾”天气的主要成因，其中直径小于等于10μm的颗粒物称为可吸入颗粒物（PM10），直径小于等于2.5μm的颗粒物称为细颗粒物（PM2.5）[1]。这些微小的粉尘会吸附大量毒有害化学物及细菌病毒等微生物，并能随呼吸进入人体呼吸道，刺激人的鼻黏膜、支气管黏膜等敏感部位，甚至会被吸入到肺部，会引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病[2]，对人们的身体健康产生极大影响。所以对粉尘特别是PM10和PM2.5的准确快速测量对环境监测工作有着重大意义。

本文介绍的几种利用光散射原理的粉尘传感器，体积小巧，结构较为简单，成本低廉，并具有较好的准确性和稳定性。可广泛应用于各种家用粉尘监测设备、空气净化器、空调等设备之上，使其能够提供粉尘浓度监控的功能，使用户更加实时直观地了解室内空气质量情况。

1 常见粉尘传感器介绍

目前市面上常见的光散射原理粉尘传感器有：通用电气公司的SM-PWM-01A粉尘传感器、神荣公司的PPD4NS灰尘传感器、Syhitech公司的DSM501灰尘传感器、夏普公司的GP2Y1010AUOF粉尘传感器等。上述传感器模块设计体积约为60mm×45mm×20mm，内置加热器实现自动吸入空气，可以检测粒径大于1μm的粉尘颗粒，采用直流供电，PWM脉宽调制输出，可以得到粉尘颗粒浓度（pcs/ ml）或质量浓度(mg/cm3)。

2 工作原理

光散射粉尘传感器是根据微粒在光源照射下会产生光散射的原理进行工作的，首先加热系统会加热传感器腔体中的空气，使环境空气连同其中的粉尘颗粒以一定的流速缓缓通过传感器腔体内的通道，形成一个均匀的粉尘颗粒场，同时光源以一束平行单色光入射到腔体内的颗粒场，受到颗粒周围散射和吸收的影响，一部分入射光线的照射角度会发生偏移，进而被与入射光源有一定角度的检测器所检测到，由于散射光的量较少，一般检测器前端会安装滤镜，使更多的散射光会聚到检测器上，而检测器后端则可加入信号放大器，进一步加强信号。检测器检测到的光信号经转化输出电信号，而颗粒物浓度和电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以计算粉尘颗粒的浓度。其结构和原理图见图2。

3 应用实例

由于光散射原理粉尘传感器的体积小巧，成本低廉，外围硬件要求少，开发门槛低，可嵌入到其他设备等优良特征，使其可广泛应用于环境空气质量监测相关的各个领域。如一些高端空气净化器和空调设备产品中，可嵌入该类粉尘传感器构成的实时PM2.5浓度监测系统，直观反映空气净化设备的净化效果，并根据监测数据调节控制空气净化器和空调设备的运行状态[3]。光散射原理粉尘传感器还可以配合温湿度传感器、有机废气传感器、甲醛传感器等，开发出小型家用空气质量监测仪，可作为新装修房屋、厨房、卧室等场所空气质量监测的便携设备，为用户实时提供室内空气质量信息。段广运[4]等还利用夏普GP2Y1010AU0F粉尘传感器和单片机，设计了一套能智能检测粉尘浓度，并据此自动控制环卫扫路车洒水量的系统，该系统能极大程度的减少清扫过程中的扬尘，提高了扫路车的清扫能力和清扫效果。