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      激光PM2.5傳感器的工作原理與應用選擇

      更新時間: 2021-06-17 09:49 來源: 勒夫邁 編輯: PM2.5傳感器 閱覽: ? 技術文檔
       
          什么是TSP、PM10、PM2.5,它們之間存在著什么內在聯系?空氣中的懸浮顆粒物通常分為總懸浮顆粒物(TSP)、可吸入顆粒物(PM10)、細顆粒物(PM2.5)。
       
          TSP是指動力學直徑小于或等于100微米的顆粒物;PM10是指動力學直徑小于或等于10微米的顆粒物。PM2.5是指動力學直徑小于或等于2.5微米的顆粒物,它的直徑還不到人的頭發絲粗細的1/20。
       
          TSP和PM10、PM2.5存在著層層包含的關系,即PM10為TSP的一部分,PM2.5是PM10的一部分。研究結果表明,PM10/TSP的重量比為60%—80%,而PM2.5/PM10的重量比為50%—70%。
       
      光散射理論(米氏理論)
          激光照射在微粒和分子會產生光散射現象,同時,也吸收了照射光能量的一部分。當單色光的平行光束入射到所測量的粒子場,被受粒子散射和光的吸收被強制衰減。其結果是,入射光可以通過測定濃度場的相對衰減率來確定。衰減率基本上線性響應的相對大小可以測量相對濃度字段灰塵。成比例的電信號大小和由所述光強度的光電轉換的強度,如通過電信號測定可相對于所述衰減率獲得,并且因此可以決定在灰塵測試場的濃度。
       
      激光PM2.5傳感器原理與技術現狀
       
          激光PM2.5傳感器是基于光衍射現象而設計的,當顆粒通過激光光束時,顆粒表面會衍射光,而衍射光的角度與顆粒的粒徑成反向的變化關系,即大顆粒衍射光的角度小,小顆粒衍射光的角度大,如圖 1 所示。
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      圖1
       
          換句話說,不同大小的顆粒在通過激光光束時其衍射光會落在不同的位置,位置信息反映顆粒大小;如果同樣大的顆粒通過激光光束時其衍射光會落在相同的位置,即在該位置上的衍射光的強度疊加后就比較高,所以衍射光強度的信息反映出樣品中相同大小的顆粒所占的百分比多少,如圖 2 所示。
       
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      圖2
          因此,如果能夠同時測量或獲得衍射光的位置和強度信息,就可得到粒度分布的結果。實際上激光衍射法就是采用一系列的光敏檢測器來測量未知粒徑的顆粒在不同角度(或者說位置)上的衍射光的強度,使用衍射模型,再通過數學反演,然后得到樣品顆粒的粒度分布。檢測器的排列在儀器出廠時就已根據衍射理論確定,在實際測量時,分布在某個角度(或位置)上的檢測器接收到衍射光,說明樣品中存在有對應粒徑的顆粒。然后再通過該位置的檢測器所接收到的衍射光的強度,得到所對應粒徑顆粒的百分比含量。但是,顆粒衍射光的強度對角度的依賴性是隨著顆粒粒徑的變小而降低,如圖 3 所示。
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      圖3
       
          當顆粒小到幾百納米時,其衍射光強對于角度幾乎完全失去依賴性,即此時的衍射光會分布在很寬的角度范圍內,而且單位面積上的光強很弱,這無疑增加了檢測的難度。如何實現對1μm以下及寬粒徑范圍(一般幾十納米到幾千微米)的樣品的測量是激光衍射法粒度儀的技術關鍵。目前有以下幾種技術和光路配置被采用。
       
      1、多透鏡技術
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      2、多光源技術
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      3、多方法混合系統
      4、非均勻交叉大面積補償的寬角度檢測技術及反傅里葉光路系統
       
       
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          現有的民用級別PM2.5檢測儀是最基本的配置應用方案,在保障產品性能的基礎上,以合理降低成本。
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