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四方光電激光揚(yáng)塵傳感器助力打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)

  根據(jù)“兩會(huì)”期間公布的2020年政府工作報(bào)告，今年要實(shí)現(xiàn)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗和主要污染物排放量繼續(xù)下降；深化重點(diǎn)地區(qū)大氣污染治理攻堅(jiān)；要打好藍(lán)天、碧水、凈土保衛(wèi)戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)階段性目標(biāo)。2020年是打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、“十三五”規(guī)劃的全面收官之年，我國(guó)大氣污染治理進(jìn)入攻堅(jiān)“深水期”，剩下的都是難啃的“硬骨頭”。作為一直以來(lái)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，揚(yáng)塵污染治理已然成為大氣污染防治目標(biāo)完成與否的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
  揚(yáng)塵治理，需對(duì)癥下藥；而把脈問(wèn)診，監(jiān)測(cè)為先。高性能的揚(yáng)塵傳感器對(duì)實(shí)現(xiàn)揚(yáng)塵全面監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)治理、降低成本等多方面的重要性不言而喻。
  
  揚(yáng)塵傳感器的需求及應(yīng)用現(xiàn)狀
  
  行業(yè)發(fā)展初期，揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備多基于β射線吸收法，然而受儀器體積較大、成本高昂等因素掣肘，量大面廣的需求無(wú)法得到真正滿足。
  基于光散射原理的粉塵傳感器，在民用室內(nèi)檢測(cè)應(yīng)用中，經(jīng)歷了從采用LED光源和擴(kuò)散式采樣，用于粉塵濃度變化的趨勢(shì)檢測(cè)，到升級(jí)為激光光源和風(fēng)扇采樣，可以精確檢測(cè)PM2.5數(shù)值的創(chuàng)新發(fā)展過(guò)程。然而針對(duì)室外揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)還需要PM10和TSP的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)要求，則無(wú)法得到滿足。
  因此，能夠同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量PM2.5/PM10/TSP、體積小、購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)成本低成為了揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備配套傳感器面臨的主要挑戰(zhàn)。
  
  室外揚(yáng)塵顆粒物監(jiān)測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)
  
  ①與β射線原理的設(shè)備保持較高的線性相關(guān)性
  國(guó)站監(jiān)測(cè)設(shè)備采用的是β射線原理，其他的揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須要與其保持高度一致性，但由于原理上的差異，要做到這一點(diǎn)，傳感器需要采用更高性能的器件，有效提升顆粒物識(shí)別的能力。
  ②滿足室外-30℃~70℃的工作溫度要求
  溫度對(duì)傳感器激光管的影響非常大，然而室外溫度范圍更寬，夏天在太陽(yáng)下暴曬，溫度可能會(huì)到達(dá)70℃；冬天北方嚴(yán)寒地區(qū)最低溫度可能達(dá)到零下30℃。這就要求傳感器在此溫度下不僅能夠正常工作，還要確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
  ③檢測(cè)精度不受水霧影響
  由于室外環(huán)境經(jīng)常會(huì)遇到凝霜與露水的情況，這些水汽進(jìn)入到傳感器后會(huì)嚴(yán)重影響到傳感器的測(cè)量值，甚至?xí)斐蓚鞲衅饔谰脫p壞。
  ④長(zhǎng)期使用，精度不受積灰影響
  揚(yáng)塵傳感器工作在室外，大顆粒的灰塵經(jīng)過(guò)傳感器采樣風(fēng)道內(nèi)會(huì)受到重力影響附著在傳感器內(nèi)部，長(zhǎng)期使用，會(huì)使得灰塵在傳感器內(nèi)部大量堆積，影響到測(cè)量準(zhǔn)確性。
  
  四方光電激光揚(yáng)塵傳感器的技術(shù)特點(diǎn)
  
  四方光電基于創(chuàng)新的光散射技術(shù)研究，陸續(xù)推出紅外粉塵傳感器、激光粉塵傳感器等系列傳感器產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、室外及車(chē)內(nèi)檢測(cè)等領(lǐng)域。
  在此基礎(chǔ)上，四方光電針對(duì)揚(yáng)塵傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景，以及不同地方標(biāo)準(zhǔn)需求，推動(dòng)技術(shù)革新升級(jí)，成功研發(fā)揚(yáng)塵顆粒物傳感器PM3003S及 PM3006。

四方光電激光揚(yáng)塵傳感器


  圖1：PM3006S（左）及 PM3006（右）激光揚(yáng)塵傳感器
  
  1、揚(yáng)塵顆粒物智能識(shí)別技術(shù)（API技術(shù)）

  PM3003S，PM3006采用了獨(dú)特的API（Auto Particle Identification，自動(dòng)顆粒識(shí)別）技術(shù)，在多種塵源下進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)檢測(cè)到的顆粒物分布進(jìn)行自動(dòng)判斷，確保PM2.5、PM10和TSP的檢測(cè)精度。


四方光電激光揚(yáng)塵傳感器數(shù)據(jù)

四方光電激光揚(yáng)塵傳感器數(shù)據(jù)


  
  2、高溫、恒功率、線型激光管
  PM3003S、 PM3006激光揚(yáng)塵傳感器采用了工作溫度在-30~70℃的恒功率、線型光源，其光功率高達(dá)100mW，相比點(diǎn)光源高出20倍以上，原始信號(hào)更強(qiáng)，大大提升了顆粒物的識(shí)別效率。同時(shí)對(duì)光源采用了恒功率控制，保證原始信號(hào)的穩(wěn)定輸出，確保測(cè)量的穩(wěn)定性。


室外揚(yáng)塵傳感器與民用粉塵傳感器光源差別 

  圖2：室外揚(yáng)塵傳感器與民用粉塵傳感器光源差別

左：高功率線型光源，右：低功率點(diǎn)光源

  
  3、自帶除水霧裝置，不受水汽影響。

  四方光電研制的PM3003S、 PM3006激光揚(yáng)塵傳感器前端配套了除濕裝置，防止室外環(huán)境中細(xì)小的水珠進(jìn)入檢測(cè)氣室，消除水汽對(duì)揚(yáng)塵傳感器的精度影響。


四方光電激光揚(yáng)塵傳感器說(shuō)明四方光電激光揚(yáng)塵傳感器數(shù)據(jù)

  
  4、創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，長(zhǎng)效防積灰。

  PM3003S、 PM3006激光揚(yáng)塵傳感器通過(guò)流體力學(xué)仿真對(duì)采樣風(fēng)道進(jìn)行了長(zhǎng)效防積灰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，可以減少室外環(huán)境對(duì)傳感器檢測(cè)精確度的影響，降低后期維護(hù)成本。


四方光電激光揚(yáng)塵傳感器誤差數(shù)據(jù)

  
  我國(guó)室外揚(yáng)塵網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)經(jīng)歷了早期的β射線吸收法，到采用民用凈化器大量應(yīng)用的激光粉塵傳感器的過(guò)程。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，民用的激光粉塵傳感器不僅不能滿足-30~70℃室外環(huán)境溫度的全天候使用要求，同時(shí)還必須面對(duì)監(jiān)測(cè)場(chǎng)所，特別是建設(shè)工地經(jīng)常噴灑降霾的水霧影響，或者下雨潮濕的氣候環(huán)境等。這種環(huán)境下，水霧經(jīng)常被判斷為嚴(yán)重霧霾造成爆表。同時(shí)網(wǎng)格化室外粉塵監(jiān)控希望得到局部的可以與國(guó)家大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)具備的PM2.5/PM10/TSP的多項(xiàng)參數(shù)對(duì)比， 民用激光傳感器由于激光功率小，采樣流量小， PM10分辨率很低，無(wú)法提供準(zhǔn)確的PM10, 通常采用根據(jù)PM2.5的數(shù)字進(jìn)行比例計(jì)算，造成PM10監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)失真。四方光電研制的PM3003S、 PM3006激光揚(yáng)塵傳感器通過(guò)采用寬溫型大功率線型激光光源、API粉塵自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、先進(jìn)的流道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)抗污染、大流量車(chē)規(guī)級(jí)采樣機(jī)構(gòu)、高濕度環(huán)境的水霧去除裝置等，低成本地實(shí)現(xiàn)了對(duì)室外揚(yáng)塵粉塵與β射線吸收法達(dá)到0.9相關(guān)系數(shù)的高精度測(cè)量。