光散射法PM2.5的傳感器的工作原理


  目前測(cè)量PM2.5的傳感器光學(xué)方法有紅外和激光兩種方法，而激光又分為濁度法和粒子計(jì)數(shù)（激光切割）法。
1. 紅外法和濁度法：
  紅外由于光線強(qiáng)度不夠，只能用濁度法測(cè)量。所謂濁度法，就是一邊是發(fā)射光線，另一邊接收，空氣越渾濁光線損失掉的能量就越大，由此來判定目前的空氣濁度。實(shí)際上這種方法是不能夠準(zhǔn)確測(cè)量PM2.5的，甚至光線的發(fā)射、接收部分一旦被靜電吸附的粉塵覆蓋，就會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)量不。
這種方法做出來的傳感器只能定性測(cè)量（測(cè)出相對(duì)多少），不能定量測(cè)量（因?yàn)閿?shù)值會(huì)飄）。更何況這種方法也區(qū)分不出顆粒物的粒徑來，所以凡是用這種傳感器的性能都不會(huì)好。目前這一類的傳感器有夏普（一代二代都一樣）、神榮的（小米二代凈化器用的就是這款）、三贏等。
2.激光法和粒子計(jì)數(shù)法：
  相關(guān)的論文很多，就是激光散射的方法，并不是直接測(cè)量濁度，這一類的傳感器共同的特點(diǎn)就是離不開風(fēng)扇（或者用泵吸），因?yàn)檫@種方法空氣如果不流動(dòng)是測(cè)量不到空氣中的懸浮顆粒物的，而且通過數(shù)學(xué)模型大致推算出經(jīng)過傳感器氣體的例子直接大小，空氣流量等，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，終得到比較真實(shí)的PM2.5數(shù)值，這一類傳感器是激光散射，對(duì)靜電吸附的灰塵免疫，當(dāng)然如果用灰塵吧傳感器堵死了，自然也不可能測(cè)到。
缺點(diǎn)是激光的壽命較短，如果連續(xù)運(yùn)行的話基本上也就一年多的壽命而已，這還是廠家優(yōu)化算法之后能夠達(dá)到的壽命，但在絕大多數(shù)場(chǎng)合已經(jīng)夠用了，而且如果不連續(xù)運(yùn)行，激光的壽命還能夠更長。
3.Beta射線法
  Beta射線儀則是利用Beta射線衰減的原理，環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管，經(jīng)過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當(dāng)β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時(shí)，Beta射線的能量衰減，通過對(duì)衰減量的測(cè)定便可計(jì)算出顆粒物的濃度。 
  Beta射線法顆粒物監(jiān)測(cè)儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、樣品動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機(jī)組成。流量為1m3/h的環(huán)境空氣樣品經(jīng)過PM10采樣頭和PM2.5切割器后成為符合技術(shù)要求的顆粒物樣品氣體。在樣品動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)中，樣品氣體的相對(duì)濕度被調(diào)整到35%以下，樣品進(jìn)入儀器主機(jī)后顆粒物被收集在自動(dòng)更換的濾膜上。在儀器中濾膜的兩側(cè)分別設(shè)置了Beta射線源和Beta射線檢測(cè)器。隨著樣品采集的進(jìn)行，在濾膜上收集的顆粒物越來越多，顆粒物質(zhì)量也隨之增加，此時(shí)Beta射線檢測(cè)器檢測(cè)到的Beta射線強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減弱。由于Beta射線檢測(cè)器的輸出信號(hào)能直接反應(yīng)顆粒物的質(zhì)量變化，儀器通過分析Beta射線檢測(cè)器的顆粒物質(zhì)量數(shù)值，結(jié)合相同時(shí)段內(nèi)采集的樣品體積，終得出采樣時(shí)段的顆粒物濃度。配置有膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)后，儀器能準(zhǔn)確測(cè)量在這個(gè)過程中揮發(fā)掉的顆粒物，使終報(bào)告數(shù)據(jù)得到有效補(bǔ)償，理接近于直實(shí)值。
4.微量振蕩天平法 
  TEOM微量振蕩天平法是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個(gè)振蕩空心錐形管，在其振蕩端安裝可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特征和其質(zhì)量。當(dāng)采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜的質(zhì)量變化導(dǎo)致振蕩頻率的變化，通過振蕩頻率變化計(jì)算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再根據(jù)流量、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度和氣壓計(jì)算出該時(shí)段顆粒物標(biāo)志的質(zhì)量濃度。 
  微量振蕩天平法顆粒物監(jiān)測(cè)儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、濾膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機(jī)組成。流量為1m3/h環(huán)境空氣樣品經(jīng)過PM10采樣頭和PM2.5切割器后，成為符合技術(shù)要求的顆粒物樣品氣體。樣品隨后進(jìn)入配置有濾膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（FDMS）的微量振蕩天平法監(jiān)測(cè)儀主機(jī)，在主機(jī)中測(cè)量樣品質(zhì)量的微量振蕩天平傳感器主要部件是一支一端固定，另一端裝有濾膜的空心錐形管，樣品氣流通過濾膜，顆粒物被收集在濾膜上。在工作時(shí)空心錐形管是處于往復(fù)振蕩的狀態(tài)，它的振蕩頻率會(huì)隨著濾膜上收集的顆粒物的質(zhì)量變化發(fā)生變化，儀器通過準(zhǔn)確測(cè)量頻率的變化得到采集到的顆粒物質(zhì)量，然后根據(jù)收集這些顆粒物時(shí)采集的樣品體積計(jì)算得出樣品的濃度。
5、重量法 
  我國目前對(duì)大氣顆粒物的測(cè)定主要采用重量法。其原理是分別通過一定切割特征的采樣器，以恒速抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中的PM2.5和PM10被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的質(zhì)量差和采樣體積，計(jì)算出PM2.5和PM10的濃度。必須注意的是，計(jì)量顆粒物的單位ug/m3中分母的體積應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃、101.3kPa）的體積，對(duì)實(shí)測(cè)溫度、壓力下的體積均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。
  這幾種方法各有利弊，在不同場(chǎng)合下選擇使用。