導(dǎo)語

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時間，輸送距離也更遠(yuǎn)，對大氣環(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：測定分離出來的PM2.5的重量。

主要的微粒濃度檢測法有：

1連續(xù)取樣法

連續(xù)取樣法中當(dāng)可吸入氣體經(jīng)過氣流通道時濾紙收集其中的微粒物，然后通過β射線照射濾紙以測得微粒的重量，根據(jù)重量分析計算出氣流通道中微粒物的濃度。

通過天平稱量濾紙可得到微粒物的重量這種方法稱為過濾稱重法。連續(xù)稱重法具有較高的測量精度也是傳統(tǒng)微粒濃度檢測的方法之一，但是采樣輸送管由于使用過程中容易沉積微粒造成檢測誤差，β射線照射也會形成輻射并且濾紙要不斷頻繁地更換其中的缺點也是顯而易見的。

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，光波通過氣流通道時發(fā)生光吸收和光散射，因此光線到達(dá)接收器時會形成強度的衰減，接收器光譜通過光纖進(jìn)行傳輸，通過光譜分析儀和計算機(jī)根據(jù)Lambert Beer 定律對進(jìn)行計算得到粒子濃度。

由于差分吸收光譜法的特殊構(gòu)造及分析原理對顆粒物濃度很低的情況會造成檢測困難，因為顆粒物濃度低時光的衰減不夠明顯。另外光源發(fā)射器的可靠性也會影響檢測結(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。通過測定系統(tǒng)頻率的變化可測得對應(yīng)時間顆粒物濃度。其優(yōu)點是準(zhǔn)確，靈敏度高，適應(yīng)范圍廣，可連續(xù)監(jiān)測 ，不過這個方法也存在設(shè)備體積大，價格昂貴等缺點。

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濾膜。只要濾膜對于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)小的顆粒物對結(jié)果影響并不大，因為那部分顆粒對PM2.5的重量貢獻(xiàn)很小。

這也是國標(biāo)測量方法，最直接也最可靠，同時也是驗證其他方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿，缺點也很明顯，就是不能瞬時顯示，只能計算平均值。

5摩擦起電法

物理學(xué)知識中兩種不同材料相互摩擦的同時會伴隨正負(fù)電荷的轉(zhuǎn)移，摩擦起點法中在七六通道中插入不銹鋼桿作為檢測探頭，剛桿外端連接導(dǎo)線，導(dǎo)線接地，當(dāng)氣流通過空氣通道時會與檢測探頭發(fā)生摩擦形成微弱的電流，使用高性能放大器對此電流進(jìn)行放大處理，根據(jù)電流與濃度的關(guān)系計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動速度（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。

由于計算過程與空氣流動速度關(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)電磁波在傳播過程中遇到大氣顆粒物時將發(fā)生散射現(xiàn)象，多通過Mie 散射理論對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，會產(chǎn)生散射光，散射光的強度與其質(zhì)量濃度成正比。通過測量散射光強度，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)八十年代我國的科學(xué)家就已經(jīng)對其進(jìn)行研究，是目前各種微粒檢測技術(shù)中廣為認(rèn)可的檢測技術(shù)，可實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)實時檢測、連續(xù)測量、遠(yuǎn)距離測量，因此光散射法為目前最為流行的大氣顆粒物濃度檢測的方法之一。

微粒濃度測量技術(shù)經(jīng)過漫長的發(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，近年來得到了廣泛的發(fā)展其生產(chǎn)實踐技術(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)、智能時代的到來應(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數(shù)器都是利用激光散射原理檢測顆粒物的模塊，但是兩者的應(yīng)用領(lǐng)域不同。粒子計數(shù)器用于無塵室，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)測等領(lǐng)域。

塵埃粒子計數(shù)器的工作原理：來自光源的光線被透鏡組聚焦于測量腔內(nèi)，當(dāng)空氣中的每一個粒子快速地通過測量腔時，便把入射光散射一次，形成一個光脈沖信號。這一光信號經(jīng)過透鏡組2被送到光檢測器，正比地轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，再經(jīng)過儀器電子線路的放大、甄別，揀出需要的信號，通過計數(shù)系統(tǒng)顯示出來。

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，光電探測器在某一角度范圍內(nèi)收集散射光強，將得到散射光強線性地轉(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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