激光粉塵傳感器

激光粉塵傳感器的工作過程以“光散射檢測”為核心，通過“采樣-照射-散射-接收-轉(zhuǎn)換-處理-輸出”的閉環(huán)流程，實(shí)現(xiàn)對空氣中顆粒物（如PM2.5、PM10）濃度的精準(zhǔn)測量。其工作過程可分為采樣傳輸、激光照射與散射、光信號接收、電信號轉(zhuǎn)換與處理、濃度計(jì)算與輸出五大關(guān)鍵步驟，以下結(jié)合技術(shù)原理與實(shí)際應(yīng)用詳細(xì)說明：  

一、采樣傳輸：獲取待檢測空氣樣本?  

激光粉塵傳感器需先通過采樣裝置（如內(nèi)置風(fēng)扇、微型泵）將待檢測環(huán)境中的空氣吸入傳感器內(nèi)部，形成穩(wěn)定的氣流通道。采樣過程需保證：  

流量穩(wěn)定：通過恒流控制器確保采樣流量恒定（通常為1L/min左右），避免因流量波動(dòng)導(dǎo)致顆粒物濃度計(jì)算偏差；  

流道設(shè)計(jì)：采用“U型通道”“防積灰結(jié)構(gòu)”等流體力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少顆粒物在通道內(nèi)的沉積，同時(shí)防止水霧、灰塵進(jìn)入核心檢測區(qū)域（如光學(xué)暗室）；  

代表性采樣：采樣口通常位于傳感器正面，確保吸入的空氣能代表待檢測環(huán)境的整體狀況（如避免靠近通風(fēng)口、風(fēng)扇等干擾源）。  

二、激光照射與散射：激發(fā)顆粒物的光信號?  

吸入的含塵空氣進(jìn)入檢測區(qū)（如光學(xué)暗室）后，會(huì)受到激光發(fā)射組件（激光二極管或線型激光管）的照射。激光的單色性（單一波長）和高亮度確保了散射信號的穩(wěn)定性與強(qiáng)度：  

米氏散射理論：當(dāng)激光束遇到空氣中的顆粒物（如PM2.5、PM10）時(shí)，顆粒物會(huì)對激光產(chǎn)生散射（即光線向四面八方發(fā)散）。根據(jù)米氏散射理論，散射光的強(qiáng)度與顆粒物的濃度、粒徑、形狀、折射率等因素密切相關(guān)；  

激光源選擇：部分高精度傳感器采用恒功率線型激光管（而非點(diǎn)光源），其光功率更高（如100mW以上），原始信號更強(qiáng)，且通過恒功率控制保證光源穩(wěn)定性，避免因溫度變化導(dǎo)致的光強(qiáng)波動(dòng)。  

三、光信號接收：捕捉散射光并轉(zhuǎn)換為電信號?  

散射光向四周發(fā)散后，光電探測器（如光敏二極管、光電倍增管）會(huì)在特定角度（如前向、側(cè)向）接收散射光信號。探測器的位置與角度設(shè)計(jì)直接影響信號的強(qiáng)度與準(zhǔn)確性：  

角度選擇：通常選擇前向散射角（如30°-60°），因該角度的散射光強(qiáng)度與顆粒物濃度的相關(guān)性最高，且受環(huán)境光干擾最小；  

信號轉(zhuǎn)換：光電探測器通過光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號（如電流或電壓）。散射光越強(qiáng)，電信號越大，反之則越小。  

四、電信號轉(zhuǎn)換與處理：從信號到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化?  

電信號需經(jīng)過信號調(diào)理與數(shù)據(jù)處理才能轉(zhuǎn)化為可讀取的顆粒物濃度數(shù)據(jù)，此步驟是傳感器的“大腦”：  

信號調(diào)理：電信號先通過放大電路（如運(yùn)算放大器）放大，再通過濾波電路（如低通濾波器）去除噪聲（如環(huán)境電磁干擾、電路噪聲），得到穩(wěn)定的模擬信號；  

模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）：模擬信號通過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便微控制器（MCU）處理；  

數(shù)據(jù)處理：MCU根據(jù)米氏散射理論（預(yù)先輸入的算法）對數(shù)字信號進(jìn)行分析，計(jì)算出顆粒物的數(shù)量濃度（單位體積內(nèi)的顆粒物數(shù)量）、粒徑分布（如PM2.5、PM10的占比）及質(zhì)量濃度（μg/m³）。

智能校正：部分傳感器內(nèi)置K值校正功能，可根據(jù)粉塵類型（如煤塵、水泥塵）調(diào)整計(jì)算系數(shù)，解決不同粉塵光學(xué)特性差異導(dǎo)致的測量偏差；  

抗干擾設(shè)計(jì)：通過導(dǎo)電外殼接地（如金屬或?qū)щ娝芰贤鈿ぃ⒐鈱W(xué)暗室（吸收雜散激光）、軟件濾波（如滑動(dòng)平均濾波）等方式，減少外部電磁干擾、環(huán)境光及電路噪聲對信號的影響。  

五、濃度計(jì)算與輸出：呈現(xiàn)檢測結(jié)果?  

處理后的顆粒物濃度數(shù)據(jù)會(huì)通過輸出接口傳輸至顯示裝置（如傳感器自帶的LCD屏、手機(jī)APP、電腦軟件）或上位機(jī)（如環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、空氣凈化器）：  

數(shù)據(jù)顯示：實(shí)時(shí)顯示PM2.5、PM10、TSP等參數(shù)的濃度值（單位：μg/m³或mg/m³）；  

報(bào)警功能：當(dāng)濃度超過預(yù)設(shè)閾值（如PM2.5＞75μg/m³）時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警（蜂鳴器）或光報(bào)警（LED燈），提醒用戶采取防護(hù)措施；  

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸：部分傳感器支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過USB、藍(lán)牙或4G網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)出數(shù)據(jù)，用于后續(xù)分析（如環(huán)境趨勢評估、職業(yè)衛(wèi)生檢測）。