PM2.5傳感器

原理

      微粒和分子在光的照射下會產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，與此同時，還吸收部分照射光的能量。當(dāng)一束平行單色光入射到被測顆粒場時，會受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測濃度場的相對衰減率。而相對衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測場灰塵的相對濃度。光強的大小和經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號強弱成正比，通過測得電信號就可以求得相對衰減率。

應(yīng)用

      1、空氣凈化器和空氣清新機；

      2、空調(diào)；

      3、空氣質(zhì)量監(jiān)控儀；

      4、空調(diào)等相關(guān)產(chǎn)品。

設(shè)備特點

      體積小,重量輕,便于安裝.5V的輸入電路,便于信號處理.內(nèi)藏氣流發(fā)生器,可以自行吸引外部大氣.灰塵傳感器保養(yǎng)簡單,可以長期保持傳感器的特性。

      1、PWM方式輸出；

      2、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；

      3、容易安裝；

      4、單電源供電；

      5、價格低。低成本灰塵傳感器PD4NS.

技術(shù)參數(shù)

      灰塵傳感器的主要參數(shù)

      1、光學(xué)原理，能夠探測1微米以上的粉塵粒子；

      2、5VDC供電；

      3、探測粒子范圍：最大到8000pcs/283ml（1um以上粒子）；

模塊接線

      PM2.5傳感器的模塊接線方式如下：

      藍線: V-LED-Arduino 5V和150歐電阻接220uf電容正極

      綠線: LED-GND-Arduino GND接220uf電容負極

      白線: LED-Arduino Digital Pin 接ledPower 可自定義接11

      黃線: S-GND Arduino GND接220uf電容負極

      黑線: Vo-Arduino Analog A5

      紅線: Vcc-Arduino 5V和150歐電阻接220uf電容正極

      此外，如果使用esp8266 GP2Y1014AU粉塵/灰塵傳感器，PM2.5模塊的接線方式為：

      藍(1)和紅(6)-----150Ω電阻-----5V

      綠(2)和黃(4)-----GND

      白(3)-----D4

      黑(5)-----A0

      注意5V和GND之間可以接220uF電容增加精準(zhǔn)度。另外，有些情況下，正極是接VCC5，但如果直接接VCC5可能會導(dǎo)致模塊上的穩(wěn)壓二極管燒掉，因此有些人會選擇卸掉穩(wěn)壓二極管后使用VCC3.3供電。

監(jiān)測原理

紅外法和濁度法

      紅外由于光線強度不夠，只能用濁度法測量。所謂濁度法，就是一邊發(fā)射光線，另一邊接收，空氣越渾濁光線損失掉的能量就越大，由此來判定空氣濁度。實際上這種方法是不能夠準(zhǔn)確測量PM2.5的，甚至光線的發(fā)射、接收部分一旦被靜電吸附的粉塵覆蓋，就會直接導(dǎo)致測量不精準(zhǔn)。這種方法做出來的傳感器只能定性測量（可以測出相對多少），不能定量測量（因為數(shù)值會飄）。更何況這種方法也區(qū)分不出顆粒物的粒徑來，所以凡是用這種傳感器的性能都相對要差一些。

激光法和粒子計數(shù)法

      就是激光散射，而不是直接測量濁度，這一類的傳感器共同的特點就是離不開風(fēng)扇（或者用泵吸），因為這種方法空氣如果不流動是測量不到空氣中的懸浮顆粒物的，而且通過數(shù)學(xué)模型可以大致推算出經(jīng)過傳感器氣體的粒子大小，空氣流量等，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，最終得到比較真實的PM2.5數(shù)值，這一類傳感器是激光散射，對靜電吸附的灰塵免疫，當(dāng)然如果用灰塵把傳感器堵死了，自然也不可能測到。

Beta射線法

      Beta射線儀是利用Beta射線衰減的原理，環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管，經(jīng)過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當(dāng)β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，Beta射線的能量衰減，通過對衰減量的測定便可計算出顆粒物的濃度。

微量振蕩天平法

      微量振蕩天平法是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個振蕩空心錐形管，在其振蕩端安裝可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特征和其質(zhì)量。當(dāng)采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜的質(zhì)量變化導(dǎo)致振蕩頻率的變化，通過振蕩頻率變化計算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再根據(jù)流量、現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓計算出該時段顆粒物標(biāo)志的質(zhì)量濃度。

重量法

      我國對大氣顆粒物的測定主要采用重量法。其原理是分別通過一定切割特征的采樣器，以恒速抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中的PM2.5和PM10被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的質(zhì)量差和采樣體積，計算出PM2.5和PM10的濃度。必須注意的是，計量顆粒物的單位ug/m3中分母的體積應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃、101.3kPa）的體積，對實測溫度、壓力下的體積均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。

      由于紅外法測量PM2.5的傳感器性能較差，且Beta射線法、微量振蕩天平法、重量法三種方法的原理應(yīng)用比較困難且價格較高，所以市面上比較多的是采用激光散射原理來測量PM2.5濃度的PM2.5傳感器。

數(shù)據(jù)采集

      PM2.5傳感器數(shù)據(jù)采集主要涉及以下步驟：

      采樣：傳感器內(nèi)部有一個微型風(fēng)扇，用于吸入外部空氣，使空氣中的顆粒物進入到傳感器中。這是數(shù)據(jù)采集的第一步，確保顆粒物能夠被傳感器有效檢測。

      光散射：PM2.5傳感器內(nèi)部裝有一顆激光光源。當(dāng)空氣中的顆粒物通過激光束時，這些顆粒物會散射出光。這一步驟是利用光散射法來檢測顆粒物濃度的關(guān)鍵。

      檢測與信號轉(zhuǎn)換：散射出的光被光電二極管接收器收集，并轉(zhuǎn)化為電信號。傳感器內(nèi)部電路進一步將這些電信號轉(zhuǎn)化為顆粒物濃度值。這一過程確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

      輸出結(jié)果：最后，傳感器會將檢測到的PM2.5濃度值輸出至設(shè)備顯示屏或通過無線連接傳輸?shù)狡渌O(shè)備上。這使得用戶能夠?qū)崟r了解環(huán)境中的PM2.5濃度，以便采取相應(yīng)的措施來保護健康。

      此外，關(guān)于PM2.5傳感器的一些重要技術(shù)參數(shù)和特點包括：

      數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性：通過激光檢測實現(xiàn)，具有良好的穩(wěn)定性和一致性。

      快速響應(yīng)：數(shù)據(jù)更新頻率高，可以迅速反映空氣中PM2.5濃度的變化。

      高分辨率：能夠分辨出非常小的顆粒物，甚至可以達到0.3微米或更小的直徑。

      廣泛適用性：PM2.5傳感器廣泛應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測、新風(fēng)系統(tǒng)、智能家居等多個領(lǐng)域。

      總的來說，PM2.5傳感器通過采樣、光散射、信號轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果等步驟來采集數(shù)據(jù)，具有準(zhǔn)確性高、響應(yīng)速度快、分辨率高等優(yōu)點，為環(huán)境保護和人類健康提供了有力支持。

和紅外傳感器區(qū)別

      PM2.5傳感器和紅外傳感器在多個方面存在區(qū)別，這些區(qū)別主要體現(xiàn)在它們的應(yīng)用領(lǐng)域、工作原理、結(jié)構(gòu)以及測量精度上。以下是對兩者區(qū)別的詳細解析：

一、應(yīng)用領(lǐng)域

      PM2.5傳感器：專門用于測量空氣中PM2.5顆粒物的濃度。它廣泛應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)控制等領(lǐng)域。例如，在空氣質(zhì)量監(jiān)測站中，PM2.5傳感器可以實時監(jiān)測空氣質(zhì)量指數(shù)，為公眾提供空氣質(zhì)量信息；在工業(yè)控制中，它可以監(jiān)測生產(chǎn)車間內(nèi)的空氣質(zhì)量，確保生產(chǎn)安全。

      紅外傳感器：則是一種利用紅外線來進行數(shù)據(jù)處理的傳感器，具有靈敏度高、反應(yīng)快等優(yōu)點。它廣泛應(yīng)用于無接觸溫度測量、氣體成分分析、無損探傷等多個領(lǐng)域。例如，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，紅外傳感器可以用于無接觸溫度測量；在軍事領(lǐng)域，它可以用于目標(biāo)跟蹤和導(dǎo)彈制導(dǎo)；在環(huán)境工程領(lǐng)域，它則可用于監(jiān)測地球云層和環(huán)境參數(shù)。

二、工作原理

      PM2.5傳感器：主要利用光散射或激光濁度法來測量空氣中PM2.5的濃度。當(dāng)光線通過含有PM2.5顆粒的空氣時，顆粒物會散射光線，散射光的強度與顆粒物的濃度成正比。通過測量散射光的強度，可以推算出空氣中PM2.5的濃度。

      紅外傳感器：則利用紅外線的物理特性（如反射、折射、散射等）來進行非接觸式的測量和監(jiān)控。它通常包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路三個部分，通過接收目標(biāo)發(fā)出的紅外輻射并將其轉(zhuǎn)換為電信號來實現(xiàn)測量。

三、結(jié)構(gòu)

      PM2.5傳感器：根據(jù)檢測原理的不同，可分為紅外粉塵傳感器和激光粉塵傳感器。紅外粉塵傳感器相對簡單，使用紅外LED發(fā)光并通過加熱電阻使空氣流動；而激光粉塵傳感器則更為復(fù)雜，采用激光LED和微型風(fēng)扇等部件來實現(xiàn)更大量的數(shù)據(jù)采集和精確測量。

      紅外傳感器：的結(jié)構(gòu)也因其應(yīng)用領(lǐng)域和檢測原理的不同而有所差異。但總體上，它都包括光學(xué)系統(tǒng)（負責(zé)接收和聚焦紅外輻射）、檢測元件（負責(zé)將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號）和轉(zhuǎn)換電路（負責(zé)處理電信號并輸出測量結(jié)果）三個部分。

四、測量精度

      PM2.5傳感器：的測量精度取決于其檢測原理和結(jié)構(gòu)。一般來說，激光粉塵傳感器由于采用激光散射和粒子計數(shù)法，可以精確測量0.3微米以上的顆粒物，更適合用于PM2.5的監(jiān)測；而紅外粉塵傳感器則主要適用于測量1微米以上的顆粒物，對于PM2.5的測量精度有限。

      紅外傳感器：的測量精度則受其工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域的影響。在某些應(yīng)用中（如無接觸溫度測量），紅外傳感器可以實現(xiàn)非常高的測量精度；但在其他應(yīng)用中（如氣體成分分析），其測量精度可能受到多種因素的制約。

      綜上所述，PM2.5傳感器和紅外傳感器在應(yīng)用領(lǐng)域、工作原理、結(jié)構(gòu)和測量精度等方面都存在明顯的區(qū)別。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求和場景選擇合適的傳感器類型。