粉尘传感器由 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--粉尘传感器 。

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

问答时间

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

文字图片 | 部分来源于网络（侵删）

粉尘传感器的工作原理及安装指南

大家好，我是【广州工控传感★科技】传感器事业部，张工。

粉尘传感器检测原理：粉尘浓度传感器的检测基本上是基于光散射机理进行的，粒子和分子在光的照射下会具有光散射特性，同时，粒子也吸收部分直射光的能量，当一束平行单色光入射到被测粒子场时，会受到粒子周围的散射和接管的影响，光强会有所衰减。这样就可以得到入射光通过待测浓度场的相对衰减率，相对衰减率基本可以反映试验场地粉尘的相对浓度，光强的大小与光电转换所转换的电信号的强度成正比。

通过测量电信号，可以得到相对衰减率，进而可以测量出被测现场的粉尘浓度，灰尘传感器旨在检测空气中的游离灰尘颗粒，红外发光二极管和光电晶体管放置在外对角上，它们的光轴相交，当含尘气流通过相交区域时，灰尘会反射红外光。反射光强度与粉尘浓度成正比，光电晶体管可以检测区域内灰尘的反射光，甚至可以检测到非常小的颗粒，例如烟草烟雾。光强，输入信号，根据输入信号的光强确定粉尘浓度，通过输入两个不同的脉宽调制信号来识别不同粉尘颗粒的浓度。

粉尘传感器安装指南：1、在空气净化设备上安装粉尘传感器，必须垂直安装。

2、净化器的风道产生的空气运动不会影响传感器的位置，建议将灰尘传感器安装在前面板上。

3、灰尘传感器可以检测灰尘等水蒸气，请不要将灰尘传感器安装在浴室或空气加湿器等有蒸气的地方附近。

4、粉尘传感器采用红外LED和可见光接收光电传感器，光学检测区域的光辐射会导致灰尘传感器发生故障，请用海绵盖住灰尘传感器中间的三角形孔，以防止外部光线进入传感器的镜头。

5、请不要盖住灰尘上下部分的气流测量孔，注意不要损坏和触摸传感器的外部。

6、加热电阻装置在粉尘传感器内部形成空气对流，受热气流由下向上流动，灰尘传感器的垂直布置对进入光学区域的气流的方向和速度很重要。气流方向和速度会影响粉尘传感器信号的输入请确保垂直位置为±5°，红外传感器应用领域：空调、空气净化器、车载净化设备、便携式探测器、新风系统、智能探测器等。

粉尘传感器检测方法：

Beta射线法：将pm2.5网络放在滤纸上，然后照射一束贝塔射线，当光线穿过粒子时，它们会被衰减。衰减程度与粒子的成分成正比，根据射线的衰减，可以计算出pm2.5的分量。β射线接收原理：当原子核经历β衰变时，释放出β粒子，Beta粒子实际上是一种快速带电粒子，具有很强的穿透能力，当它通过一定厚度的接收材料时，其强度随接收层厚度的增加而逐渐减弱的现象称为β接收。

微量振荡天平法：有粗端和细端的中空玻璃管，粗端固定，细端装有滤芯，大气由粗端向细端进入，PM2.5滞留在滤芯上。在电场的作用下，细长头以一定的频率振荡，该频率与细长头分量的平方根成反比，因此，根据振荡频率的变化，可以计算出网络的PM2.5分量。摆动天平法是根据航空航天技术中带锥形元件的微摆动天平原理发展起来的，通过改变测量系统的频率可以测量相应时间的颗粒物浓度。

相关问答

粉尘仪的传感器室中,主要元器件为激光二极管、透镜组和光电检测器。检测时,首先由激光二极管发出的激光,通过透镜组形成一个薄层面光源。薄层光照射...

1、安装在气流较大处。2、安装在空调等振动物体旁。3、在可燃气体探测器周围喷涂油漆,并喷涂大量刺激性气体。4、绿灯闪烁(闪烁为预热状态,常亮为工作状态)...

1ppm=1000ppb1mg/m3=1000ug/m3ppb---->>>ug/m3n*分子量/22.4ug/m3--->>>ppbn*22.4/分子...

1.粉尘传感器最适合安装在空气中存在粉尘的环境中。2.这是因为粉尘传感器的主要功能是检测和监测空气中的粉尘浓度,因此应该安装在可能存在粉尘污染的区域,...

应该安装在采矿掌子面,来反映真实粉尘浓度,及时报警提醒采取降尘措施,避免事故的发生。应该安装在采矿掌子面,来反映真实粉尘浓度,及时报警提醒采取降尘措施,...

[最佳回答]我知道,是激光的意思!这个产品是用在矿底下的,

AD转换就是模数转换,就是把模拟信号转换成数字信号。模拟信号只有通过A/D转化为数字信号后才能用软件进行处理,这一切都是通过A/D转换器(ADC)来实现的。与模...

PM2.5传感器有红外粉尘传感器和激光粉尘传感器两种,结构不同,性能也而不同,相当于有红外粉尘感传感器,激光传感器价格更高,当然,精度和一致性也更好PM2.5传感...

粉尘传感器的安装标准1、回采工作面传感器安装位置:上隅角安装T0传感器;往外10米范围内安设T1传感器;在回风口10—15米处安设T2瓦斯、温度、CO传感...粉尘...

可能因为灰尘传感器是一种电子设备,它可能会受到环境因素、使用寿命和制造质量等多种因素的影响而失效,导致故障。如果故障可以通过更换部件或维护设备来解决,...