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激光PM2.5传感器的工作原理与应用选择

更新时间: 2021-06-17 09:49 来源: 勒夫迈 编辑: PM2.5传感器 阅览: ↻ 技术文档
 
    什么是TSP、PM10、PM2.5,它们之间存在着什么内在联系?空气中的悬浮颗粒物通常分为总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)。
 
    TSP是指动力学直径小于或等于100微米的颗粒物;PM10是指动力学直径小于或等于10微米的颗粒物。PM2.5是指动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物,它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。
 
    TSP和PM10、PM2.5存在着层层包含的关系,即PM10为TSP的一部分,PM2.5是PM10的一部分。研究结果表明,PM10/TSP的重量比为60%—80%,而PM2.5/PM10的重量比为50%—70%。
 
光散射理论(米氏理论)
    激光照射在微粒和分子会产生光散射现象,同时,也吸收了照射光能量的一部分。当单色光的平行光束入射到所测量的粒子场,被受粒子散射和光的吸收被强制衰减。其结果是,入射光可以通过测定浓度场的相对衰减率来确定。衰减率基本上线性响应的相对大小可以测量相对浓度字段灰尘。成比例的电信号大小和由所述光强度的光电转换的强度,如通过电信号测定可相对于所述衰减率获得,并且因此可以决定在灰尘测试场的浓度。
 
激光PM2.5传感器原理与技术现状
 
    激光PM2.5传感器是基于光衍射现象而设计的,当颗粒通过激光光束时,颗粒表面会衍射光,而衍射光的角度与颗粒的粒径成反向的变化关系,即大颗粒衍射光的角度小,小颗粒衍射光的角度大,如图 1 所示。
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图1
 
    换句话说,不同大小的颗粒在通过激光光束时其衍射光会落在不同的位置,位置信息反映颗粒大小;如果同样大的颗粒通过激光光束时其衍射光会落在相同的位置,即在该位置上的衍射光的强度叠加后就比较高,所以衍射光强度的信息反映出样品中相同大小的颗粒所占的百分比多少,如图 2 所示。
 
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图2
    因此,如果能够同时测量或获得衍射光的位置和强度信息,就可得到粒度分布的结果。实际上激光衍射法就是采用一系列的光敏检测器来测量未知粒径的颗粒在不同角度(或者说位置)上的衍射光的强度,使用衍射模型,再通过数学反演,然后得到样品颗粒的粒度分布。检测器的排列在仪器出厂时就已根据衍射理论确定,在实际测量时,分布在某个角度(或位置)上的检测器接收到衍射光,说明样品中存在有对应粒径的颗粒。然后再通过该位置的检测器所接收到的衍射光的强度,得到所对应粒径颗粒的百分比含量。但是,颗粒衍射光的强度对角度的依赖性是随着颗粒粒径的变小而降低,如图 3 所示。
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图3
 
    当颗粒小到几百纳米时,其衍射光强对于角度几乎完全失去依赖性,即此时的衍射光会分布在很宽的角度范围内,而且单位面积上的光强很弱,这无疑增加了检测的难度。如何实现对1μm以下及宽粒径范围(一般几十纳米到几千微米)的样品的测量是激光衍射法粒度仪的技术关键。目前有以下几种技术和光路配置被采用。
 
1、多透镜技术
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2、多光源技术
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3、多方法混合系统
4、非均匀交叉大面积补偿的宽角度检测技术及反傅里叶光路系统
 
 
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