室内空氣管家——空氣淨化器， 智能家居小幫手

粉塵常見但有害

随着科技和生活的發展，當前環境質量日益受到人們的關注，人們對空氣質量的要求越來越高。工業化的發展，卻對大氣造成嚴重污染。黨中央和政府已經意識到空氣污染的嚴重性，通過各種手段綜合控制大氣污染，室外的空氣質量惡化的趨勢得到了有效的遏制和緩解。

此外，室内的空氣污染也不容小觑，室内作為一個與人們生活、學習、工作密切相關的環境，其環境質量直接影響人們的身體健康及發病率。居民大部分時間都在室内度過，但是室内空間含有多種污染物如裝修甲醛、甲苯等，也包括各種粉塵發生源（被 褥、窗簾、動物毛發等）。

▲空氣中充滿了一些肉眼可見或者不可見的微粒

對于在經常受到環境污染的城市中生活的人們來說，空氣淨化器已經成為标配的家用電器，空氣淨化器可以很大程度地幫助室内淨化空氣，消滅粉塵、甲醛等有害物質。空氣淨化器的功能實現需要各個模塊各司其職，環境質量檢測中應用的粉塵傳感器結合甲醛傳感器、一氧化碳傳感器、溫濕度傳感器等采用指數評價法對環境質量進行評估能夠穩定高效監測室内環境質量，通過數據指導人們改善室内環境，對保持身體健康、提高工作效率有着重要意義。 現在，我們要解讀構成空氣淨化器的重要元器件--粉塵傳感器。

空氣淨化器中粉塵傳感器

PM2.5 傳感器也叫粉塵傳感器、灰塵傳感器，可以用來檢測我們周圍空氣中的粉塵濃度，即 PM 2.5 值大小。空氣動力學把直徑小于 10 μm 能進入肺泡區的粉塵通常也稱為呼吸性粉塵。直徑在 10 μm 以上的塵粒大部分通過撞擊沉積，在人體吸入時大部分沉積在鼻咽部，而 10 μm 以下的粉塵可進入呼吸道的深部。而在肺泡内沉積的粉塵大部分是 2.5 μm 以下的粉塵。

▲不同顆粒粒徑跨度分布

對于空氣淨化器的使用效果，如果沒有數據的直觀顯示，用戶也無法得知淨化器的淨化性能是否能夠達到預期。如圖所示，很多淨化器都在機身上内置一個傳感器，來實時監測室内空氣質量的變化情況。這種設計能夠給用戶帶來一種實時反饋，有助于讓用戶有一種掌控全局的感覺，無疑是有積極意義的。

▲具有污染物濃度顯示功能的淨化器

據統計數據顯示，現階段市面上流通的所有空氣淨化器，大多數均具有PM 2.5 粉塵濃度顯示功能。也就是說，大多數空氣淨化器是裝有内置的 PM 2.5 粉塵濃度傳感器的。标準 GB 4706.1-2005 第 8 章中對防止意外觸及器具帶電部件做出了詳細要求（詳見 GB 4706.1-2005 第 8.1 條款），同時第 13 章對器具的電氣強度測試做出了規定（詳見 GB 4706.1-2005 第 13.3 條款），因此在空氣淨化器中應用的粉塵傳感器必須要符合電器測試應用标準。

現階段使用在空氣淨化器上面的粉塵傳感器基本上都是采用的光散射法型傳感器，而且大多數的粉塵傳感器都含有一個金屬外殼。這個金屬外殼是用于接地的，而接地的目的則是用于屏蔽外界的幹擾，如果沒有這個接地金屬進行屏蔽，那麼外界幹擾會影響到傳感器生成的電流信号， 從而影響到顯示的數據的準确性。

紅外還是激光？

這并不是個問題

一提到激光，很多人首先會想到的是科幻影片中各種造型各異，威力強大的激光武器。事實上，除了軍事領域外激光技術被大量應用于醫療、照明、測距、切割和IT等領域。例如前些年VCD、DVD和藍光産品的普及，其實都得益于激光技術的逐步發展。

激光的英文單詞LASER來源于英文詞組“受激輻射的光放大”的首字母縮寫。最初，LASER在我國被簡單地音譯為雷射，1964年在我國著名科學家錢學森建議下改稱“激光”。那麼，究竟什麼是激光？激光其實是指利用“受激輻射産生光放大”這一特殊的物理現象，所産生的光。抛開晦澀懂的物理學術語，與普通的可見光相比，激光具有：相幹性高、方向性強、單色性好以及功率密度高的特點。常見的激光器一般分為：固體激光器，氣體激光器以及半導體激光器（俗稱激光LED）三大類。在粉塵傳感器領域，由于受成本約束，一般采用激光LED作為光源。

紅外LED是發射波長在紅外段的發光二極管，常見波長一般在850nm~940nm左右，廣泛應用于醫療、安防、通信、遙控和傳感等領域。由于紅外LED發光波長在可見光譜以外，配合特定光譜的接收器，可以大幅削弱環境光對接收信号的影響。得益于近年來紅外LED技術的不斷成熟，紅外LED具有：壽命長、發射效率高、單色性較好以及方向性較好的特點。這使得紅外LED在傳感器領域，尤其是粉塵傳感器行業被大量應用。

▲顆粒物對光譜、波長、密度的不同的光吸收也不同

紅外粉塵傳感器采用的紅外光源波長較長，對空氣動力學直徑小于1um以上的顆粒測量精度不足。因為紅外LED光散射的顆粒信号較弱，隻對大于1um的大顆粒有相對明顯的響應，而且又僅用加熱電阻來推動采樣氣流，采樣數較小，測量精度約在±30%

激光傳感器可以檢測小到0.3um的粉塵顆粒。因為自帶更高性能的MCU，采用恒速風扇增加進氣量，采集更高密度的數據，整體測量精度可以做到±10%。因此，激光粉塵傳感器在測量精度方面對比紅外粉塵傳感器在靈敏度，準确性，一緻性上具有明顯優勢。

▲常見的激光//紅外粉塵傳感器

問答時間

激光與紅外粉塵傳感器的差異

半導體激光LED與紅外LED的差異主要體現在以下四個方面：

1.發射功率低不同，波長較為集中（紅光650nm左右，藍光在490 nm左右）；

2.紅外粉塵傳感器在接收部分也與激光粉塵傳感器存在一定差異；

3.在放大電路方面和信号處理方面，紅外傳感器與激光式傳感器在基本原理大同小異，但在具體實現上各有側重。

4.測量精度的差異。

參考資料：

【1】 GB 4706.1-2005, 家用和類似用途電器的安全 第 1 部分：通用要求 [S]；

【2】《激光粉塵傳感器的研究及應用》，孫金祥 曹銀傑，聊城大學物理科學與信息工程學院；

【3】《2014年上半年中國淨化器市場研究報告》- ZDC互聯網消費研究中心。

排版 | 慧聞科技

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