粉尘传感器原理详解,激光与红外孰优孰劣

2024-05-07 行业资讯丨美思编辑部

悬浮在空气中、直径小于等于2.5微米的颗粒物称为粉尘,又称细颗粒物。与较粗大的颗粒物相比,细颗粒物富含更大量的有毒有害物质,而且能在大气中停留更长时间,输送距离也更远,对大气环境及人体健康的影响也更大,是导致黑肺和雾霾天的主要凶手。

在粉尘监测设备中,选用的传感器主要有两种:红外原理粉尘传感器与激光原理粉尘传感器。那么两者之间有什么区别呢?


一、结构原理

红外原理粉尘传感器的结构和电路相对简单。其光源为红外LED光源,气流进出风口主要靠电阻发热以获得热气流流动,当有颗粒物通过时,接触到LED光源之后发生反射现象,光敏探测器接收到不同强度的反射光,再通过放大处理及运算后得到检测结果。

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图:红外粉尘传感器原理图

而激光原理粉尘传感器的结构和电路相对复杂。其光源为激光二极管。采样空气通过风扇或鼓风机推动,通过复杂设计的风道,进行检测。当空气中的细颗粒物进入激光束所在区域时,将使激光发生散射;散射光在空间360°都有辐射,在适当位置放置光电探测器用以接收散射光,然后经过光电探测器的光电效应产生电流信号,经运放电路放大及处理后,即可得到细颗粒物浓度值。

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图:激光粉尘传感器原理图


二、测量精度

由于红外LED光散射的颗粒信号较弱,对较小颗粒响应效果较差,且该类粉尘传感器一般仅用加热电阻来推动采样气流,采样数较少,数据计算完全交由上位机进行,因此红外原理粉尘传感器测量精度一般

激光原理粉尘传感器可以精确检测到0.3um以上的颗粒。因为自带高性能MCU,采用风扇或鼓风机采集大量数据,经由专业颗粒物计数算法分析。所以,在采样方式、数据准确性、算法处理等方面都比红外粉尘传感器更有优势。


三、应用场景及产品

红外原理粉尘传感器由于精度一般,主要用于工矿扬尘,检测对象为大粒径、高浓度粉尘,检测级别是mg/m3,无法准确测量粉尘的浓度,只能检测灰尘污染程度,当然早期的空气净化器也是使用这种原理传感器,测量结果仅供参考,准确度偏低,一般用于判断灰尘污染程度等级。

美思先端目前有MPM20-AH系列和MPM30系列红外粉尘传感器产品,其中MPM30 系列为被动式红外粉尘传感器,MPM20-AH系列为自吸式红外粉尘传感器。两者都采用了科学的结构化设计、优越的积灰补偿算法、性价比极高。MPM20-AH 系列更是内置加热器,不需要气泵即可实现自动进气,具有更低惯性的 粉尘 会在半路上浮,以便于光电传感器检测,进一步提高检测灵敏度和精度。

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图:美思先端旗下红外粉尘传感器产品


激光型粉尘传感器可以精确测量粉尘浓度,可嵌入到家用(车载、手持)空气检测仪、空气净化器中,新型激光型粉尘传感器是基于定量测量,可检测0.3μm的颗粒物,能够精确测量PM1.0、粉尘、PM10的数值,可满足用户。

美思先端已推出MPM10 系列和MPM11-14 系列激光粉尘传感器产品,均可精确检测空气中 0.3μm 至 10μm 悬浮颗粒物浓度。其光源稳定,光强恒定,响应速度快,高一致性与稳定性,支持多种输出形式,易于终端产品集成,方便客户选择。

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图:美思先端旗下激光粉尘传感器产品


四、价格与成本

红外原理粉尘传感器由于结构简单,所以成本和价格相对较低。而激光原理粉尘传感器由于增加了激光发生器和风机等结构,并且需要复杂电路结构,技术门槛较高,所以价格更贵一些。

美思先端目前已推出丰富的粉尘粉尘传感器产品可供选择,涵盖红外、激光等不同原理、不同价位段与性能,能够充分满足新风系统、暖通空调、智慧能源、智慧家电、工业检测、智慧建筑等不同场景下的需求,真正做到物有所值!


五、发展趋势

在激光原理粉尘传感器进入民用领域之前,很多监测粉尘的仪器都采用红外原理粉尘传感器。但是随着传感器行业的发展,激光原理粉尘传感器的批量化生产已经逐渐普及,激光原理粉尘传感器的造价在逐步降低,因而越来越多的客户选择使用激光原理粉尘传感器,其将成为未来的主流方向。


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