幾種不同的光散射傳感器的介紹
早期的光散射傳感器采用紅外光，這種傳感器價(jià)格比較低廉，但對(duì)1微米以下的顆粒物尤其是濃度較低的時(shí)候很難產(chǎn)生準(zhǔn)確的散射判斷。紅外光由于光線強(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)量不精準(zhǔn)。
這種方法做出來的傳感器只能定性測(cè)量（可以測(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是太好。目前這一類的傳感器有夏普、神榮、三贏等。但因其價(jià)格低廉，在民用領(lǐng)域有一定的市場(chǎng)。
當(dāng)時(shí)這種光散射傳感器也叫灰塵傳感器，原理是微粒和分子在光的照射下會(huì)產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，與此同時(shí)，還吸收部分照射光的能量。當(dāng)一束平行單色光入射到被測(cè)顆粒場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強(qiáng)將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測(cè)濃度場(chǎng)的相對(duì)衰減率。而相對(duì)衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測(cè)場(chǎng)灰塵的相對(duì)濃度。光強(qiáng)的大小與經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)強(qiáng)弱成正比，
通過測(cè)得電信號(hào)就可以求得相對(duì)衰減率。
灰塵傳感器的應(yīng)用:
灰塵傳感器被廣泛應(yīng)用于大氣測(cè)量、火災(zāi)、煙氣測(cè)量及工業(yè)鍋爐、窯爐、化工廠排煙測(cè)量等領(lǐng)域。也可以用于各種布袋除塵器的破損檢測(cè)及各種類型除塵器除塵效率的測(cè)量，為這些領(lǐng)域的自動(dòng)化控制提供可靠的信號(hào)。
灰塵傳感器的主要參數(shù):
1、光學(xué)原理，能夠探測(cè)1微米以上的粉塵粒子；
2、兩種輸出模式，解決不同靈敏度使用要求，潔凈環(huán)境Vout輸出高電平信號(hào)（4V）；
3、5VDC供電；
4、探測(cè)粒子范圍：最大到8000pcs/283ml（1um以上粒子）；
所以對(duì)于要求相對(duì)較高的場(chǎng)合可以優(yōu)選激光散射傳感器。
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)模型可以大致推算出經(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，最終得到比較真實(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(zhǎng)。
結(jié)構(gòu)和原理對(duì)比
紅外原理粉塵傳感器的結(jié)構(gòu)和電路比較簡(jiǎn)單。其光源為紅外LED光源，氣流進(jìn)出風(fēng)口主要靠電阻發(fā)熱以獲得熱氣流流動(dòng)，有顆粒通過即輸出高電平。輸出信號(hào)只有PWM型號(hào)。
激光傳感器的結(jié)構(gòu)和電路相對(duì)復(fù)雜。其光源為激光二極管。采樣空氣通過風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)推動(dòng)，通過復(fù)雜設(shè)計(jì)的風(fēng)道，進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)空氣中的細(xì)顆粒物進(jìn)入激光束所在區(qū)域時(shí)，將使激光發(fā)生散射；散射光在空間360°都有輻射，我們?cè)谶m當(dāng)位置放置光電探測(cè)器，使之只接收散射光，然后經(jīng)過光電探測(cè)器的光電效應(yīng)產(chǎn)生電流信號(hào)，經(jīng)電路放大及處理后，即可得到細(xì)顆粒物濃度值。輸出信號(hào)一般為串口輸出。
測(cè)量精度
紅外原理粉塵傳感器只能檢測(cè)到1um以上的顆粒，測(cè)量精度不足。因?yàn)榧t外LED光散射的顆粒信號(hào)較弱，只對(duì)大于1um的大顆粒有響應(yīng)，而且又僅用加熱電阻來推動(dòng)采樣氣流，采樣數(shù)較少，數(shù)據(jù)計(jì)算完全交由上位機(jī)進(jìn)行。而激光粉塵傳感器可以檢測(cè)到0.3um以上的顆粒。因?yàn)樽詭Ц咝阅?span lang="EN-US">CPU，采用風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)采集大量數(shù)據(jù)，經(jīng)由專業(yè)顆粒計(jì)數(shù)算法分析；綜上，在采樣數(shù)、數(shù)據(jù)源、算法三方面都比紅外粉塵傳感器更有優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用場(chǎng)合
由于精度不足，紅外原理傳感器主要用于工礦揚(yáng)塵，檢測(cè)對(duì)象為大粒徑、高濃度粉塵，檢測(cè)級(jí)別是mg/m3，無法準(zhǔn)確測(cè)量PM2.5的濃度。
而激光原理傳感器主要應(yīng)用在PM2.5檢測(cè)領(lǐng)域，以精度量化PM2.5質(zhì)量。可嵌入到家用（車載、手持）空氣檢測(cè)儀、空氣凈化器中。此外，激光原理傳感器在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域亦有應(yīng)用。
發(fā)展趨勢(shì)
在激光散射傳感器進(jìn)入民用領(lǐng)域之前，空氣凈化器中大量采用了紅外粉塵傳感器。但隨著空氣凈化器行業(yè)的發(fā)展，加上一些大廠實(shí)現(xiàn)了激光粉塵傳感器的批量化生產(chǎn)，激光散射傳感器的造價(jià)在逐步降低，同時(shí)終端客戶對(duì)精準(zhǔn)測(cè)量空氣質(zhì)量的要求也越來越高。采用激光原理傳感器、精準(zhǔn)量化PM2.5質(zhì)量已是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的趨勢(shì)。
激光散射傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展
普通的激光散射傳感器采用軸流式風(fēng)機(jī)，顆粒物傳感器尺寸較小，激光發(fā)射單元包含一個(gè)凸透鏡對(duì)激光光束會(huì)聚，會(huì)聚后的光束為點(diǎn)光束，呈常見的高斯強(qiáng)度分布模式，激光光束分布不均勻，導(dǎo)致同一粒徑的顆粒物穿過光束的中心線和中心邊緣時(shí)輸出的檢測(cè)信號(hào)不一致，容易造成傳感器對(duì)顆粒物粒徑誤判，不同粒徑之間會(huì)相互交叉干擾，不能實(shí)現(xiàn)多通道顆粒物同時(shí)測(cè)量(不能同時(shí)輸出PM1.0、PM2.5及PM10)，僅能輸出PM1.0或PM2.5或PM10一個(gè)參數(shù)。應(yīng)用在空氣凈化器，新風(fēng)系統(tǒng)，家用空氣檢測(cè)儀上較多。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域也有應(yīng)用。
線形激光傳感器原理圖
線形激光傳感器結(jié)構(gòu)圖
隨著技術(shù)的進(jìn)步，環(huán)境監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的爆發(fā)，對(duì)光散射傳感器的精度要求越來越高。為實(shí)現(xiàn)PM1.0、PM2.5、PM10，TSP同時(shí)輸出，且測(cè)量精度更高。更先進(jìn)的激光散射傳感器光路中不再采用傳統(tǒng)的聚焦透鏡，而是通過采用新型光學(xué)透鏡對(duì)激光光束整形為能量分布均勻的線形光束，克服顆粒物不同粒徑的測(cè)量干擾問題。可實(shí)現(xiàn)不同粒徑顆粒物同時(shí)測(cè)量。同時(shí)線性激光束，能量更強(qiáng)，更穩(wěn)定，測(cè)得結(jié)果更準(zhǔn)確。