導(dǎo)語(yǔ)
PM是“particulate matter（顆粒物）”的縮寫，懸浮在空氣中，直徑小于等于2.5微米的稱為PM2.5，又稱細(xì)顆粒物。但PM2.5對(duì)人體健康威脅更大，極易富集于肺部深處，因此又被稱作入肺顆粒物。與較粗大的顆粒物相比，富含更大量的有毒有害物質(zhì)，而且能在大氣中停留更長(zhǎng)時(shí)間，輸送距離也更遠(yuǎn)，對(duì)大氣環(huán)境及人體健康的影響也更大，是導(dǎo)致黑肺和灰霾天的主要兇手。
空氣中漂浮著各種大小的顆粒物，PM2.5是其中較細(xì)小的那部分。要想測(cè)定PM2.5的濃度，需要分兩步走：
第一步：把PM2.5與較大的顆粒物分離；
第二步：測(cè)定分離出來(lái)的PM2.5的重量。
主要的微粒濃度檢測(cè)法有：
1連續(xù)取樣法
連續(xù)取樣法中當(dāng)可吸入氣體經(jīng)過(guò)氣流通道時(shí)濾紙收集其中的微粒物，然后通過(guò)β射線照射濾紙以測(cè)得微粒的重量，根據(jù)重量分析計(jì)算出氣流通道中微粒物的濃度。
通過(guò)天平稱量濾紙可得到微粒物的重量這種方法稱為過(guò)濾稱重法。連續(xù)稱重法具有較高的測(cè)量精度也是傳統(tǒng)微粒濃度檢測(cè)的方法之一，但是采樣輸送管由于使用過(guò)程中容易沉積微粒造成檢測(cè)誤差，β射線照射也會(huì)形成輻射并且濾紙要不斷頻繁地更換其中的缺點(diǎn)也是顯而易見的。
2差分吸收光譜法
差分吸收光譜法由光源發(fā)射器、氣流通道、光接收器等組成，光源發(fā)射器發(fā)送特定光譜的光束，光波通過(guò)氣流通道時(shí)發(fā)生光吸收和光散射，因此光線到達(dá)接收器時(shí)會(huì)形成強(qiáng)度的衰減，接收器光譜通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，通過(guò)光譜分析儀和計(jì)算機(jī)根據(jù)Lambert Beer 定律對(duì)進(jìn)行計(jì)算得到粒子濃度。
由于差分吸收光譜法的特殊構(gòu)造及分析原理對(duì)顆粒物濃度很低的情況會(huì)造成檢測(cè)困難，因?yàn)轭w粒物濃度低時(shí)光的衰減不夠明顯。另外光源發(fā)射器的可靠性也會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，氣體成分差異造成吸收光譜非常復(fù)雜，數(shù)學(xué)計(jì)算方法也變得復(fù)雜，易受客觀因素的影響。
3微量震蕩天平法
一頭粗一頭細(xì)的空心玻璃管，粗頭固定，細(xì)頭裝有濾芯?？諝鈴拇诸^進(jìn)，細(xì)頭出，PM2.5就被截留在濾芯上。在電場(chǎng)的作用下，細(xì)頭以一定頻率振蕩，該頻率和細(xì)頭重量的平方根成反比。于是，根據(jù)振蕩頻率的變化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。
振蕩天平法是基于航天技術(shù)的錐形元件微量振蕩天平原理而研制的。通過(guò)測(cè)定系統(tǒng)頻率的變化可測(cè)得對(duì)應(yīng)時(shí)間顆粒物濃度。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確，靈敏度高，適應(yīng)范圍廣，可連續(xù)監(jiān)測(cè) ，不過(guò)這個(gè)方法也存在設(shè)備體積大，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。
4重量法
將PM2.5直接截留在濾膜上，然后用天平稱重。還有就是濾膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些極細(xì)小的顆粒還是能穿過(guò)濾膜。只要濾膜對(duì)于0.3微米以上的顆粒有大于99%的截留效率，就算是合格的。損失部分極細(xì)小的顆粒物對(duì)結(jié)果影響并不大，因?yàn)槟遣糠诸w粒對(duì)PM2.5的重量貢獻(xiàn)很小。
這也是國(guó)標(biāo)測(cè)量方法，最直接也最可靠，同時(shí)也是驗(yàn)證其他方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿，缺點(diǎn)也很明顯，就是不能瞬時(shí)顯示，只能計(jì)算平均值。
5摩擦起電法
物理學(xué)知識(shí)中兩種不同材料相互摩擦的同時(shí)會(huì)伴隨正負(fù)電荷的轉(zhuǎn)移，摩擦起點(diǎn)法中在七六通道中插入不銹鋼桿作為檢測(cè)探頭，剛桿外端連接導(dǎo)線，導(dǎo)線接地，當(dāng)氣流通過(guò)空氣通道時(shí)會(huì)與檢測(cè)探頭發(fā)生摩擦形成微弱的電流，使用高性能放大器對(duì)此電流進(jìn)行放大處理，根據(jù)電流與濃度的關(guān)系計(jì)算氣流通道中的微粒濃度。
電流與濃度的關(guān)系如下式所示：
i=kWbV
式中 i 為摩擦產(chǎn)生的電流（安培），W 為顆粒物質(zhì)量流速（千克/秒），V 為顆粒物與空氣通道中的運(yùn)動(dòng)速度（米/秒），k,b 為常量系數(shù)由探頭的材料和氣流通道中的微粒性質(zhì)決定。
由于計(jì)算過(guò)程與空氣流動(dòng)速度關(guān)系很大，因此摩擦起電法不適于大型氣流管道及流速變化大的場(chǎng)合中應(yīng)用。
6光散射法
光散射法是根據(jù)電磁波在傳播過(guò)程中遇到大氣顆粒物時(shí)將發(fā)生散射現(xiàn)象，多通過(guò)Mie 散射理論對(duì)散射光譜的分析得到顆粒分布情況及粒徑濃度,當(dāng)光照射在空氣中懸浮顆粒物上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射光，散射光的強(qiáng)度與其質(zhì)量濃度成正比。通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)度，應(yīng)用質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)，得出顆粒物濃度值 。
從二十世紀(jì)八十年代我國(guó)的科學(xué)家就已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行研究，是目前各種微粒檢測(cè)技術(shù)中廣為認(rèn)可的檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)、連續(xù)測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量，因此光散射法為目前最為流行的大氣顆粒物濃度檢測(cè)的方法之一。
微粒濃度測(cè)量技術(shù)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展與改進(jìn)，期間形成了兩百多種根據(jù)不同工作原理形成的測(cè)量方法，光散射法從 1980 年逐漸引發(fā)人們的關(guān)注和青睞，近年來(lái)得到了廣泛的發(fā)展其生產(chǎn)實(shí)踐技術(shù)也有了本質(zhì)的提高，隨著集成芯片功能的不斷強(qiáng)大至今已初步形成了根據(jù)光散射理論的粉塵濃度傳感器，該傳感器體小質(zhì)輕、反應(yīng)靈敏、應(yīng)用方便，隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能時(shí)代的到來(lái)應(yīng)用光散射原理結(jié)合激光技術(shù)、微電子技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)輕便、可靠的傳感器一直都是行業(yè)推崇和追求的目標(biāo)。
粉塵傳感器跟塵埃粒子計(jì)數(shù)器都是利用激光散射原理檢測(cè)顆粒物的模塊，但是兩者的應(yīng)用領(lǐng)域不同。粒子計(jì)數(shù)器用于無(wú)塵室，例如電子、精密機(jī)械等行業(yè)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。粉塵傳感器主要用于測(cè)量大氣環(huán)境或空氣凈化設(shè)備中。適用于各種環(huán)境研究機(jī)構(gòu)，如室內(nèi)場(chǎng)所、氣象學(xué)、公共衛(wèi)生、空氣污染研究等，使用環(huán)境已應(yīng)用于智能家居、疾病控制中心、環(huán)境在線監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
塵埃粒子計(jì)數(shù)器的工作原理：來(lái)自光源的光線被透鏡組聚焦于測(cè)量腔內(nèi)，當(dāng)空氣中的每一個(gè)粒子快速地通過(guò)測(cè)量腔時(shí)，便把入射光散射一次，形成一個(gè)光脈沖信號(hào)。這一光信號(hào)經(jīng)過(guò)透鏡組2被送到光檢測(cè)器，正比地轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)儀器電子線路的放大、甄別，揀出需要的信號(hào)，通過(guò)計(jì)數(shù)系統(tǒng)顯示出來(lái)。
粉塵傳感器的工作原理：激光粉塵傳感器采用米氏Mie球形顆粒散射原理,即激光傳感器使用激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產(chǎn)生光散射，光電探測(cè)器在某一角度范圍內(nèi)收集散射光強(qiáng)，將得到散射光強(qiáng)線性地轉(zhuǎn)換成電壓，然后送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按事先編制的程序根據(jù)米氏散射理論進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出顆粒物的等效粒徑及單位體積內(nèi)不同粒徑的顆粒物數(shù)量。
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