أخبار الشركة عن ما هو مبدأ مستشعر PM؟

يعتمد مبدأ مستشعرات الجسيمات العالقة (PM) في المقام الأول على التشتت البصري (تشتت الضوء)، على الرغم من وجود طرق أخرى. إليك تفصيل للمبادئ الرئيسية:

المبدأ الأساسي: تشتت الضوء (الأكثر شيوعًا):

مصدر الضوء: ينبعث شعاع من الضوء من صمام ثنائي للأشعة تحت الحمراء (IR) أو الليزر إلى غرفة استشعار يتم من خلالها سحب الهواء المحتوي على الجسيمات (غالبًا بواسطة مروحة صغيرة أو مضخة).
تفاعل الجسيمات: عندما تمر الجسيمات المحمولة جوًا (الغبار والدخان وحبوب اللقاح وما إلى ذلك) عبر شعاع الضوء هذا، فإنها تبعثر الضوء في اتجاهات مختلفة. تعتمد كمية ونمط التشتت على حجم الجسيم وشكله وتركيبه وتركيزه.
كاشف ضوئي: يكتشف كاشف ضوئي حساس (مثل الصمام الثنائي الضوئي أو الترانزستور الضوئي)، موضوع بزاوية معينة (غالبًا 90 درجة أو أقل شيوعًا التشتت الأمامي/الخلفي)، الضوء المتشتت.
تحويل الإشارة: يحول الكاشف الضوئي شدة الضوء المتشتت إلى إشارة كهربائية.
الارتباط بتركيز PM: يرتبط مقدار إشارة الضوء المتشتت هذه بتركيز (الكتلة لكل حجم، عادةً ميكروغرام/متر مكعب) الجسيمات في الهواء. يؤدي ارتفاع تركيز الجسيمات إلى مزيد من الضوء المتشتت وإشارة أقوى.
تمييز الحجم (PM2.5/PM10): يمكن لبعض المستشعرات تقدير توزيع حجم الجسيمات باستخدام:
النماذج البصرية: الخوارزميات التي تحلل اختلافات نمط/شدة التشتت.
مداخل انتقائية الحجم: الفصل المادي للجسيمات فوق حجم معين (مثل >10 ميكرومتر لـ PM10) قبل دخولها إلى الغرفة البصرية.
المعايرة: المعايرة مقابل أجهزة مرجعية لكسور حجم معينة (مثل PM2.5).

المبدأ البديل: تخفيف بيتا (يستخدم في أجهزة المراقبة المرجعية/التنظيمية):

مصدر مشع: يصدر مصدر مشع ضعيف (مثل الكربون 14) جسيمات بيتا (إلكترونات).
شريط مرشح: يجمع شريط المرشح الجسيمات المحمولة جوًا التي يتم سحبها عبر الجهاز.
قياس التوهين: تمر جسيمات بيتا عبر قسم نظيف من شريط المرشح ويتم اكتشافها بواسطة مستشعر، مما يؤسس خط الأساس. بعد ذلك، تمر جسيمات بيتا عبر القسم المحمل بالجسيمات من الشريط.
حساب الكتلة: تمتص/تبعثر كتلة الجسيمات العالقة على المرشح جسيمات بيتا، مما يقلل من عدد الجسيمات التي تصل إلى الكاشف. يتناسب التوهين (الانخفاض) في عدد جسيمات بيتا بشكل مباشر مع كتلة الجسيمات التي تم جمعها على المرشح. جنبًا إلى جنب مع حجم الهواء الذي تم أخذ عينات منه، فإنه يعطي تركيز كتلة PM (مثل ميكروغرام/متر مكعب). هذه الطريقة دقيقة للغاية لقياس الكتلة ولكنها أكثر تعقيدًا وتكلفة.

مبادئ أخرى أقل شيوعًا:

الميزان الدقيق الرنيني (TEOM - الميزان الدقيق المتذبذب ذو العنصر المدبب): يتم جمع الجسيمات على طرف مرشح يهتز. يغير تغير الكتلة تردد الرنين للطرف، والذي يتم قياسه لتحديد تركيز الكتلة.
الكشف الكهروستاتيكي: يقيس الشحنة التي تكتسبها الجسيمات التي تمر عبر قسم الشحن أو الشحنة الموجودة بشكل طبيعي على الجسيمات.

اعتبارات رئيسية للمستشعرات البصرية (التشتت) (النوع الأكثر شيوعًا):

المعايرة: تتطلب المعايرة مقابل الأجهزة المرجعية (مثل شاشات تخفيف بيتا) بسبب الاختلافات في خصائص الجسيمات التي تؤثر على التشتت. المعايرة في المصنع شائعة، لكن العوامل البيئية (الرطوبة، نوع الجسيمات) يمكن أن تسبب الانحراف.
حساسية الرطوبة: يمكن أن يتكثف بخار الماء على الجسيمات أو يبعثر الضوء نفسه، مما يؤدي إلى المبالغة في التقدير، خاصة في الرطوبة العالية. تشتمل المستشعرات المتقدمة على مستشعرات رطوبة وخوارزميات تعويض.
حساسية تركيبة الجسيمات: تشتت أنواع الجسيمات المختلفة (مثل السخام مقابل الغبار) الضوء بشكل مختلف. غالبًا ما يتم تحسين المعايرة لخلائط محيطة نموذجية.
حدود نطاق الحجم: قد تبعثر الجسيمات الصغيرة جدًا (<~0.3 ميكرومتر) والجسيمات الكبيرة جدًا ضوءًا غير كافٍ أو تتجاوز غرفة الكشف، مما يحد من نطاق الحجم الفعال.
الدقة/الحد الأدنى للكشف: هناك تركيز أدنى لا يمكن للمستشعر من خلاله تمييز الإشارة بشكل موثوق عن الضوضاء الإلكترونية.

التطبيقات:
تستخدم مستشعرات PM البصرية على نطاق واسع نظرًا لتكلفتها المنخفضة نسبيًا وصغر حجمها وإخراجها في الوقت الفعلي في:

أجهزة تنقية الهواء الاستهلاكية
شاشات جودة الهواء الداخلية
أجهزة تتبع التلوث القابلة للارتداء
مراقبة العمليات الصناعية
أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الذكية
شبكات مستشعرات جودة الهواء في المناطق الحضرية (على الرغم من اعتبارات المعايرة/مراقبة الجودة)

باختصار، في حين أن المبادئ المختلفة موجودة، فإن التكنولوجيا المهيمنة في مستشعرات PM الاستهلاكية والعديد من المستشعرات الصناعية هي التشتت البصري للضوء، حيث يتم قياس كمية الضوء المتشتت بواسطة الجسيمات المحمولة جوًا التي تمر عبر شعاع لتقدير تركيز كتلة الجسيمات، وغالبًا ما تتم معايرتها لكسور حجم معينة مثل PM2.5 أو PM10.