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人防核生化控制中心HSH-ENVIR

简要描述:颗粒物(简称为“PM")是悬浮固体颗粒与⼩液滴的混合物,可被吸⼊体内并可能导致严重健康问题。PM 包括特性(即形状、光学属性、尺⼨和成分)各异的各种颗粒,但最常见的是按粒径分为⼏个⼦类。

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  • 更新时间:2023-02-26
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详细介绍

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检测空⽓质量的颗粒物传感器介绍以及⼯作原理

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颗粒物(简称为“PM")是悬浮固体颗粒与⼩液滴的混合物,可被吸⼊体内并可能导致严重健康问题。PM 包括特性(即形状、光学属性、尺⼨和成分)各异的各种颗粒,但最常见的是按粒径分为⼏个⼦类。不同类别的颗粒物通常按照普通命名法“PMx"进⾏报告,其中“x"指悬浮颗粒混合物或“⽓溶胶"中的最⼤颗粒直径。例如,PM2.5 通常指直径为 2.5 微⽶及更⼩的可吸⼊颗粒,PM10 指直径为 10 微⽶及更⼩的颗粒,等等。为了评估我们呼吸的空⽓质量,各国政府曾将特定颗粒物种类 PM10 和 PM2.5 定为重要的监测指标 , 。这是因为PM10 颗粒会刺激眼睛和喉咙等外露器官黏膜,PM2.5 颗粒会⼀路通过肺部进⼊肺泡。PM1.0 和 PM4.0 等新颗粒物种类也将列⼊空⽓质量监测设备的监测范围。这些新的测量结果可以为传统的 PM10 和 PM2.5 指标提供其它补充信息,以便进⾏更好的颗粒污染分析以及根据检测的⽓溶胶类型(例如室内尘埃与烟雾)研发适⽤于特定环境的监测设备。


颗粒物⼀般定义包括粒径不⼩于 100 纳⽶的颗粒。⽽⼩于 100 纳⽶的颗粒则按“超微颗粒"(或“UFP")进⾏报告,本⽂将不予论述。在上述颗粒物定义范围内 — 包括粒径从 0.1 到 10 微⽶的颗粒,颗粒越⼩,它们便能越深⼊地穿过我们的呼吸道进⼊⾎液中,给我们的健康带来更⼤的危害。世界卫⽣组织 (WHO) 将悬浮颗粒物报告为 1 类致癌物和⼈类健康⾯临的最⼤环境风险,每年约有 1/9 的死亡⼈群是因其⽽丧⽣。上图显⽰了常见污染源的粒径范围,包括清除此种污染物所⽤的过滤技术,⼈们曾⽤“质量浓度"(单位:µg/m3)测量 PM 值。这背后的原因在于,传统上最为准确的 PM 测量⽅法是重量测定法。这种测量程序利⽤预先称重的过滤器收集周围环境中按粒径进⾏预分类的颗粒(例如让粒径⼩于 2.5 微⽶的所有颗粒进⼊)。在采样期(通常为 24 ⼩时)结束之际,对过滤器进⾏称重,确定集聚的颗粒物总重量(单位为µg)。然后⽤过滤器质量增⼤值除以空⽓在 24 ⼩时通过过滤器的总体积,得到质量浓度(单位为 µg/m3)。虽然长期以来重量测定法⼀直被视为最准确的质量浓度测定⽅法,但这种⽅法在⽇常应⽤的普及当中存在某些限制,诸如:测量仪器笨重,价格昂贵,每次测量只能处理⼀种 PM 粒径(例如 PM2.5),⽆法进⾏实时采样,⽽且⽆法输出颗粒计数


因此,实时光学颗粒计数器 (OPC) 逐渐进⼊了空⽓质量监测市场。这种仪器基于不同的光学原理 — 通常是散射或吸收原理,其中最常⽤的光线散射。在 OPC 中,颗粒通过光源(通常是激光束),使⼊射光产⽣散射(或吸收)。然后散射光被光电⼆极管检测到,转化为实时颗粒计数和质量浓度值。


⽬前,光学检测是应⽤最为⼴泛的技术。这是因为光学检测易于使⽤,⽽且具有⽆与伦⽐的性价⽐。近年来,OPC 已经⼩型化⾄⾜以集成到空调设备、空⽓质量监测器和空⽓净化器当中,可⽤于调节和控制家庭、汽车和室外环境的空⽓质量。


虽然 OPC 的基本原理看起来很简单,但从实施⾓度看,并⾮所有 OPC 都以相同⽅式⼯作,其测量的空⽓质量主要取决于设备⼯程设计。光学原理对计算颗粒数量⾮常有效,但这种设备主要⽤于估算颗粒物质量浓度,⽽且由于颗粒物具有不同光学属性(例如形状和颜⾊)及不同质量密度,导致设备容易产⽣估算误差。因此质量估算好坏在很⼤程度上取决于⽣产商将测得光学信号转化为颗粒物质量浓度的算法。此外,内部⽓流⼯程对传感器精度和漂移也有显著影响,因为颗粒很容易积聚在光学元件(激光器、光电⼆极管、束流捕集器)上,如果⼯程设计不当,就会导致元件性能随时间流失⽽逐渐下降。


⼯作原理


虽然 OPC 的基本原理看起来很简单,但从实施⾓度看,并⾮所有 OPC 都以相同⽅式⼯作,其测量的空⽓质量主要取决于设备⼯程设计。光学原理对计算颗粒数量⾮常有效,但这种设备主要⽤于估算颗粒物质量浓度,⽽且由于颗粒物具有不同光学属性(例如形状和颜⾊)及不同质量密度,导致设备容易产⽣估算误差。因此质量估算好坏在很⼤程度上取决于⽣产商将测得光学信号转化为颗粒物质量浓度的算法。此外,内部⽓流⼯程对传感器精度和漂移也有显著影响,因为颗粒很容易积聚在光学元件(激光器、光电⼆极管、束流捕集器)上,如果⼯程设计不当,就会导致元件性能随时间流失⽽逐渐下降。


⽇本figaro 激光颗粒物传感器


⽇本figaro 激光颗粒物传感器 PM2.5传感器TF-LP01:TF-LP01是⽇本figaro开发的激光颗粒物传感器,是利⽤光散射原理对空⽓中粉尘颗粒进⾏检测的⼩型模组,能精准检测到具体PM1.0、PM2.5、PM10的数值,USART(3.3V TTL电平)和PWM(需定制)输出,具备体积⼩、检测精度⾼、重复性好、⼀致性好、实时响应可连续采集、抗⼲扰能⼒强、采⽤超静⾳风扇,传感器出⼚100%检测和标定等优点,适⽤于各种需要进⾏PM值检测的场合。




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