粉尘浓度传感器 一文拆解空气净化器中的粉尘传感器

一文拆解空气净化器中的粉尘传感器

室内空气管家——空气净化器， 智能家居小帮手

随着科技和生活的发展，当前环境质量日益受到人们的关注，人们对空气质量的要求越来越高。工业化的发展，却对大气造成严重污染。党中央和政府已经意识到空气污染的严重性，通过各种手段综合控制大气污染，室外的空气质量恶化的趋势得到了有效的遏制和缓解。

此外，室内的空气污染也不容小觑，室内作为一个与人们生活、学习、工作密切相关的环境，其环境质量直接影响人们的身体健康及发病率。居民大部分时间都在室内度过，但是室内空间含有多种污染物如装修甲醛、甲苯等，也包括各种粉尘发生源（被 褥、窗帘、动物毛发等）。

▲空气中充满了一些肉眼可见或者不可见的微粒

对于在经常受到环境污染的城市中生活的人们来说，空气净化器已经成为标配的家用电器，空气净化器可以很大程度地帮助室内净化空气，消灭粉尘、甲醛等有害物质。空气净化器的功能实现需要各个模块各司其职，环境质量检测中应用的粉尘传感器结合甲醛传感器、一氧化碳传感器、温湿度传感器等采用指数评价法对环境质量进行评估能够稳定高效监测室内环境质量，通过数据指导人们改善室内环境，对保持身体健康、提高工作效率有着重要意义。 现在，我们要解读构成空气净化器的重要元器件--

空气净化器中粉尘传感器

PM2.5 传感器也叫粉尘传感器、灰尘传感器，可以用来检测我们周围空气中的粉尘浓度，即 PM 2.5 值大小。空气动力学把直径小于 10 μm 能进入肺泡区的粉尘通常也称为呼吸性粉尘。直径在 10 μm 以上的尘粒大部分通过撞击沉积，在人体吸入时大部分沉积在鼻咽部，而 10 μm 以下的粉尘可进入呼吸道的深部。而在肺泡内沉积的粉尘大部分是 2.5 μm 以下的粉尘。

▲不同颗粒粒径跨度分布

对于空气净化器的使用效果，如果没有数据的直观显示，用户也无法得知净化器的净化性能是否能够达到预期。如图所示，很多净化器都在机身上内置一个传感器，来实时监测室内空气质量的变化情况。这种设计能够给用户带来一种实时反馈，有助于让用户有一种掌控全局的感觉，无疑是有积极意义的。

▲具有污染物浓度显示功能的净化器

据统计数据显示，现阶段市面上流通的所有空气净化器，大多数均具有PM 2.5 粉尘浓度显示功能。也就是说，大多数空气净化器是装有内置的 PM 2.5 粉尘浓度传感器的。标准 GB 4706.1-2005 第 8 章中对防止意外触及器具带电部件做出了详细要求（详见 GB 4706.1-2005 第 8.1 条款），同时第 13 章对器具的电气强度测试做出了规定（详见 GB 4706.1-2005 第 13.3 条款），因此在空气净化器中应用的粉尘传感器必须要符合电器测试应用标准。

现阶段使用在空气净化器上面的粉尘传感器基本上都是采用的光散射法型传感器，而且大多数的粉尘传感器都含有一个金属外壳。这个金属外壳是用于接地的，而接地的目的则是用于屏蔽外界的干扰，如果没有这个接地金属进行屏蔽，那么外界干扰会影响到传感器生成的电流信号， 从而影响到显示的数据的准确性。

红外还是激光？

这并不是个问题

一提到激光，很多人首先会想到的是科幻影片中各种造型各异，威力强大的激光武器。事实上，除了军事领域外激光技术被大量应用于医疗、照明、测距、切割和IT等领域。例如前些年VCD、DVD和蓝光产品的普及，其实都得益于激光技术的逐步发展。

激光的英文单词LASER来源于英文词组“受激辐射的光放大”的首字母缩写。最初，LASER在我国被简单地音译为雷射，1964年在我国著名科学家钱学森建议下改称“激光”。那么，究竟什么是激光？激光其实是指利用“受激辐射产生光放大”这一特殊的物理现象，所产生的光。抛开晦涩懂的物理学术语，与普通的可见光相比，激光具有：相干性高、方向性强、单色性好以及功率密度高的特点。常见的激光器一般分为：固体激光器，气体激光器以及半导体激光器（俗称激光LED）三大类。在粉尘传感器领域，由于受成本约束，一般采用激光LED作为光源。

红外LED是发射波长在红外段的发光二极管，常见波长一般在850nm~940nm左右，广泛应用于医疗、安防、通信、遥控和传感等领域。由于红外LED发光波长在可见光谱以外，配合特定光谱的接收器，可以大幅削弱环境光对接收信号的影响。得益于近年来红外LED技术的不断成熟，红外LED具有：寿命长、发射效率高、单色性较好以及方向性较好的特点。这使得红外LED在传感器领域，尤其是粉尘传感器行业被大量应用。

▲颗粒物对光谱、波长、密度的不同的光吸收也不同

红外粉尘传感器采用的红外光源波长较长，对空气动力学直径小于1um以上的颗粒测量精度不足。因为红外LED光散射的颗粒信号较弱，只对大于1um的大颗粒有相对明显的响应，而且又仅用加热电阻来推动采样气流，采样数较小，测量精度约在±30%

激光传感器可以检测小到0.3um的粉尘颗粒。因为自带更高性能的MCU，采用恒速风扇增加进气量，采集更高密度的数据，整体测量精度可以做到±10%。因此，激光粉尘传感器在测量精度方面对比红外粉尘传感器在灵敏度，准确性，一致性上具有明显优势。

▲常见的激光//红外粉尘传感器

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激光与红外粉尘传感器的差异

半导体激光LED与红外LED的差异主要体现在以下四个方面：

1.发射功率低不同，波长较为集中（红光650nm左右，蓝光在490 nm左右）；

2.红外粉尘传感器在接收部分也与激光粉尘传感器存在一定差异；

3.在放大电路方面和信号处理方面，红外传感器与激光式传感器在基本原理大同小异，但在具体实现上各有侧重。

4.测量精度的差异。

参考资料：

【1】 GB 4706.1-2005, 家用和类似用途电器的安全 第 1 部分：通用要求 [S]；

【2】《激光粉尘传感器的研究及应用》，孙金祥 曹银杰，聊城大学物理科学与信息工程学院；

【3】《2014年上半年中国净化器市场研究报告》- ZDC互联网消费研究中心。

排版 | 慧闻科技

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北路智控取得低功耗激光粉尘传感器专利，可用于粉尘浓度高的矿井

金融界2024年7月4日消息，天眼查知识产权信息显示，南京北路智控科技股份有限公司取得一项名为“一种低功耗激光粉尘传感器“的专利，授权公告号CN110672483B，申请日期为2019年10月。

专利摘要显示，这种低功耗激光粉尘传感器包括主板、粉尘检测元件，所述主板与所述粉尘检测元件相连接；主板包括电源模块、电压采集模块、显示模块、指示灯模块、红外遥控模块、CAN通信模块、MCU控制模块、按键电路、电流输出模块、蜂鸣器模块、复位电路等部份，该专利可用于粉尘浓度高的矿井。

本文源自金融界

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