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檢測空⽓質量的顆粒物傳感器介紹以及⼯作原理

顆粒物（簡稱為 “PM"）是懸浮固體顆粒與⼩液滴的混合物，可被吸⼊體內并可能導致嚴重健康問題。PM 包括特性（即形狀、光學屬性、尺⼨和成分）各異的各種顆粒，但 常見的是按粒徑分為⼏個⼦類。不同類別的顆粒物通常按照普通命名法 “PMx"進⾏報告，其中“x"指懸浮顆粒混合物或“⽓溶膠"中的 ⼤顆粒直徑。例如， PM2.5 通常指直徑為 2.5 微⽶及更⼩的可吸⼊顆粒，PM10 指直徑為 10 微⽶及更⼩的顆粒，等等。在歷 ，為了評估我們呼吸的空⽓質量，各國政府曾將特定顆粒物種類 PM10 和 PM2.5 定為重要的監測指標 , 。這是因為PM10 顆粒會刺激眼睛和喉嚨等外露器官黏膜，PM2.5 顆粒會⼀路通過肺部進⼊肺泡。PM1.0 和 PM4.0 等新顆粒物種類也將列⼊空⽓質量監測設備的監測范圍。這些新的測量結果可以為傳統的 PM10 和 PM2.5 指標提供其它補充信息，以便進⾏更好的顆粒污染分析以及根據檢測的⽓溶膠類型（例如室內塵埃與煙霧）研發適⽤于特定環境的監測設備。

顆粒物⼀般定義包括粒徑不⼩于 100 納⽶的顆粒。⽽⼩于 100 納⽶的顆粒則按“超微顆粒"（或“UFP"）進⾏報告，本⽂將不予論述。在上述顆粒物定義范圍內 — 包括粒徑從 0.1 到 10 微⽶的顆粒，顆粒越⼩，它們便能越深⼊地穿過我們的呼吸道進⼊⾎液中，給我們的健康帶來更⼤的危害。世界衛⽣組織 (WHO) 將懸浮顆粒物報告為 1 類致癌物和⼈類健康⾯臨的 ⼤環境風險，每年約有 1/9 的死亡⼈群是因其⽽喪⽣。上圖顯⽰了常見污染源的粒徑范圍，包括清除此種污染物所⽤的過濾技術

歷 ，⼈們曾⽤ “質量濃度"（單位：µg/m3）測量 PM 值。這背后的原因在于，傳統上 為準確的 PM 測量⽅法是重量測定法。這種測量程序利⽤預先稱重的過濾器收集周圍環境中按粒徑進⾏預分類的顆粒（例如讓粒徑⼩于 2.5 微⽶的所有顆粒進⼊）。在采樣期（通常為 24 ⼩時）結束之際，對過濾器進⾏稱重，確定集聚的顆粒物總重量（單位為

µg）。然后⽤過濾器質量增⼤值除以空⽓在 24 ⼩時通過過濾器的總體積，得到質量濃度（單位為 µg/m3）。雖然長期以來重量測定法⼀直被視為 準確的質量濃度測定⽅法，但這種⽅法在⽇常應⽤的普及當中存在某些限制，諸如：測量儀器笨重，價格昂貴，每次測量只能處理⼀種 PM 粒徑（例如 PM2.5），⽆法進⾏實時采樣，⽽且⽆法輸出顆粒計數

因此，實時光學顆粒計數器 (OPC) 逐漸進⼊了空⽓質量監測市場。這種儀器基于不同的光學原理 — 通常是散射或吸收原理，其中 常⽤的光線散射。在 OPC 中，顆粒通過光源（通常是激光束），使⼊射光產⽣散射（或吸收）。然后散射光被光電⼆極管檢測到，轉化為實時顆粒計數和質量濃度值。

⽬前，光學檢測是應⽤ 為⼴泛的技術。這是因為光學檢測易于使⽤，⽽且具有⽆與倫⽐的性價⽐。近年來， OPC 已經⼩型化⾄⾜以集成到空調設備、空⽓質量監測器和空⽓凈化器當中，可⽤于調節和控制家庭、汽車和室外環境的空⽓質量。

雖然 OPC 的基本原理看起來很簡單，但從實施⾓度看，并⾮所有 OPC 都以相同⽅式⼯作，其測量的空⽓質量主要取決于設備⼯程設計。光學原理對計算顆粒數量⾮常有效，但這種設備主要⽤于估算顆粒物質量濃度，⽽且由于顆粒物具有不同光學屬性（例如形狀和顏⾊）及不同質量密度，導致設備容易產⽣估算誤差。因此質量估算好壞在很⼤程度上取決于⽣產商將測得光學信號轉化為顆粒物質量濃度的算法。此外，內部⽓流⼯程對傳感器精度和漂移也有顯著影響，因為顆粒很容易積聚在光學元件（激光器、光電⼆極管、束流捕集器）上，如果⼯程設計不當，就會導致元件性能隨時間流失⽽逐漸下降。

⼯作原理

雖然 OPC 的基本原理看起來很簡單，但從實施⾓度看，并⾮所有 OPC 都以相同⽅式⼯作，其測量的空⽓質量主要取決于設備⼯程設計。光學原理對計算顆粒數量⾮常有效，但這種設備主要⽤于估算顆粒物質量濃度，⽽且由于顆粒物具有不同光學屬性（例如形狀和顏⾊）及不同質量密度，導致設備容易產⽣估算誤差。因此質量估算好壞在很⼤程度上取決于⽣產商將測得光學信號轉化為顆粒物質量濃度的算法。此外，內部⽓流⼯程對傳感器精度和漂移也有顯著影響，因為顆粒很容易積聚在光學元件（激光器、光電⼆極管、束流捕集器）上，如果⼯程設計不當，就會導致元件性能隨時間流失⽽逐漸下降。

⽇本 figaro 激光顆粒物傳感器

⽇本 figaro 激光顆粒物傳感器 PM2.5傳感器TF-LP01:TF-LP01是⽇本figaro開發的激光顆粒物傳感器，是利⽤光散射原理對空⽓中粉塵顆粒進⾏檢測的⼩型模組，能精準檢測到具體PM1.0、PM2.5、PM10的數值，USART（3.3V TTL電平）和PWM（需定制）輸出，具備體積⼩、檢測精度⾼、重復性好、⼀致性好、實時響應可連續采集、抗⼲擾能⼒強、采⽤超靜⾳風扇，傳感器出⼚100%檢測和標定等優點，適⽤于各種需要進⾏PM值檢測的場合。

⽬前，激光顆粒物傳感器 TF-LP01已⼴泛在以下領域得到很好的應⽤：

⽬前，激光顆粒物傳感器 TF-LP01已⼴泛在以下領域得到很好的應⽤：

1.適⽤于⼯礦企業勞動部門⽣產現場粉塵濃度的測定-煤礦粉塵檢測

2.衛⽣防疫站公共場所可吸⼊顆粒物的監測

3.環境環保監測部門⼤⽓飄塵檢測，污染源調查

4.市政監煙

5.科學研究，濾料性能試驗等⽅⾯現場測試

6.現場粉塵濃度測定，排⽓⼝粉塵濃度監測

7.藥品制造測試

8.職業健康和安全檢測

9.⼯⼚需要清潔空⽓的地⽅，精密儀器，測試儀器，電⼦部件，⾷品，藥品等制造⼯藝的管理

10.各種研究機構，⽓象學，公眾衛⽣學，⼯業勞動衛⽣⼯程學，⼤⽓污染研究等

11.建筑或爆破的地⽅的粉塵檢測，⼯地場所暴露監測

12.室內空⽓質量檢測，空⽓凈化，例如：空⽓凈化器、空調、抽濕機、新風機或系統，甲醛檢測儀、智能家居等

13.車載⾏業，車內空⽓檢測和凈化，移動車載城市空⽓檢測站

Alphasense PM傳感器

微粒和⽓溶膠是劣質空⽓中 危險的成分，我們知道這些微粒的⼤⼩和成分決定了它們的毒性。在 Alphasense，我們 開發了⼀系列由⽓溶膠科學家設計并由 Alphasense設計的光學粒⼦計數器（OPC），以可承受的價格提供⾼質量的粒⼦計數和尺⼨。從那時起，該系列不斷發展，以提供市場上質量好、成本低的設備。

經全球研究機構和⼤學實驗室測試， Alphasense OPC提供PM1、PM2.5和PM10（以及可選PM4.25）的數字輸出以及每種尺⼨的顆粒計數直⽅圖。Alphasense的（正在申請 的）流量校正確保了穩定的讀數，即使在⾼粉塵環境中也是如此。

Alphasense OPC在清潔和⾼度污染的城市環境中⼴泛商⽤，并越來越多的⽤于⼯業應⽤。

Alphasense OPC–N系列顆粒物傳感器

為了應對⾼污染城市環境中的長期項⽬， Alphasense進⼀步加固了OPC-N系列，并根據商業應⽤的需求改進了功能。 新的 OPC-N3具有與舊的OPC-N2相同的尺⼨和電源/接⼝，但是它現在的尺⼨從0.35µm到40µm，并分為24個⼤⼩的箱⼦。

OPC-N3的其他功能包括改進的空⽓動⼒學，減少顆粒沉積，更好的⼩顆粒檢測和擴展的上部尺⼨測量。因此，OPC-N3可以在⼴泛的應⽤范圍內進⾏測量，從潔凈室到污染⽔平⾼達2000µg/m3（PM2.5）的區域，所有這些都具有能夠測量花粉的 功能。

OPC-R系列

OPC-R系列在⼀個設備中提供了優異的性能，該設備不僅⾮常⼩，只有70毫⽶長x 21毫⽶直徑，⽽且⾮常經濟。OPC-R2取代了OPC-R1，帶來了⽐其前⾝更好的⼩顆粒檢測、更低的風扇噪聲和更好的EMC保護。R1和R2具有相同的電源要求、通信協議和數據格式，這意味著從R1升級或轉換到R2是⽆痛的。

采⽤ 先進的激光散射技術， OPC-R系列設備受益于0.3 L/min流速的清潔流道和準直光學元件。我們的可移動流量出⼝適配器可⽅便地進⾏系統集成，SPI接⼝和PC分析軟件可簡化數據收集和分析。OPC-R2有16個⼤⼩的垃圾箱，可以每秒記錄PM1、PM2.5和PM10以及⼤⼩直⽅圖，這在應⽤程序需要的不僅僅是PM時⾄關重要。