顆粒物在線監(jiān)測儀的傳感器原理
近年來， PM2.5/PM10/TSP等細(xì)顆粒物成為空氣污染的主要因素，多數(shù)城市已在開展細(xì)顆粒物在線監(jiān)測工作。由于其價(jià)格低廉、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，目前顆粒傳感器受到大眾的青睞。現(xiàn)有的顆粒傳感器的測量原理有電學(xué)原理、光學(xué)原理，其中光學(xué)原理主要包括紅外和激光。
一、電學(xué)原理
電學(xué)法顆粒傳感器主要是利用顆粒氣溶膠單極擴(kuò)散充電技術(shù)，通過測量帶電顆粒電流實(shí)現(xiàn)對顆粒的監(jiān)控。感應(yīng)器有兩個(gè)入口氣流：純化的壓縮空氣(1.5 bar)和氣溶膠取樣氣體。通過電暈針將壓縮空氣流導(dǎo)入一個(gè)封閉的空間，使其釋放出恒定的電流，然后，帶正離子的氣流通過電暈放電進(jìn)入一個(gè)排氣裝置。
空氣懸浮傳感裝置則主要是通過帶有抽氣泵的空氣流來吸入的。空氣懸浮試樣與氣泵內(nèi)的空氣氣流充分混合，使充電器釋放出的離子可以附著在空氣懸浮顆粒上，包括試樣氣體。混合物中剩余的自由離子被一個(gè)離子阱吸收，帶電粒子隨氣流從傳感器中流出。由于顆粒或部分顆粒是單極帶電的，所以它們在輸出傳感器時(shí)帶有電荷。
二、紅外原理
紅外線光強(qiáng)度非常微弱，在測量顆粒時(shí)強(qiáng)度不足，可用濁度法代替。濁度測定法的測量原理是發(fā)射和接收光線，用這種方法可以判斷空氣的渾濁程度。該方法易受其它因素的干擾，使測量值與實(shí)際濃度的偏差增大。上述紅外線測量的特點(diǎn)，說明紅外線傳感器只能對顆粒進(jìn)行測量，不能對相對濃度進(jìn)行測量。另外一個(gè)缺點(diǎn)是紅外傳感器無法分辨顆粒的大小，所以紅外傳感器的性能很差，不能滿足當(dāng)今社會的需要。
三、激光原理
以激光散射原理為基礎(chǔ)的測量技術(shù)是應(yīng)用廣泛的顆粒測量技術(shù)。這是一種光學(xué)方法，但與顯微鏡法的光學(xué)成像原理不同。光散的理論基礎(chǔ)是米散理論，它的反推法可以得到顆粒的質(zhì)量濃度，反推法需要借助顆粒的有關(guān)參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)。顆粒在陽光照射下會產(chǎn)生散射光，在其不變的條件下，顆粒散射光的強(qiáng)度可以表示其質(zhì)量濃度。近幾年來，以光散射原理為基礎(chǔ)的便攜式顆粒傳感器已成為環(huán)境空氣監(jiān)測領(lǐng)域的新型監(jiān)測設(shè)備，它的出現(xiàn)并占據(jù)了新一代監(jiān)測儀器的發(fā)展方向。
激光散射原理是利用激光照射空氣中懸浮顆粒產(chǎn)生散射，同時(shí)將散射光收集到特定的角度，得到散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的曲線。然后，采用基于米氏(MIE)理論的算法，微處理器得到顆粒等效粒徑和單位體積內(nèi)不同顆粒大小的顆粒數(shù)。
文章引用: 宋英石, 高健, 柴發(fā)合, 秦孝良, 沈茜. 空氣質(zhì)量傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境保護(hù)前沿, 2019, 9(3): 259-267. DOI: 10.12677/aep.2019.93037
