激光粉尘传感器

激光粉尘传感器的工作过程以“光散射检测”为核心，通过“采样-照射-散射-接收-转换-处理-输出”的闭环流程，实现对空气中颗粒物（如PM2.5、PM10）浓度的精准测量。其工作过程可分为采样传输、激光照射与散射、光信号接收、电信号转换与处理、浓度计算与输出五大关键步骤，以下结合技术原理与实际应用详细说明：  

一、采样传输：获取待检测空气样本​  

激光粉尘传感器需先通过采样装置（如内置风扇、微型泵）将待检测环境中的空气吸入传感器内部，形成稳定的气流通道。采样过程需保证：  

流量稳定：通过恒流控制器确保采样流量恒定（通常为1L/min左右），避免因流量波动导致颗粒物浓度计算偏差；  

流道设计：采用“U型通道”“防积灰结构”等流体力学优化设计，减少颗粒物在通道内的沉积，同时防止水雾、灰尘进入核心检测区域（如光学暗室）；  

代表性采样：采样口通常位于传感器正面，确保吸入的空气能代表待检测环境的整体状况（如避免靠近通风口、风扇等干扰源）。  

二、激光照射与散射：激发颗粒物的光信号​  

吸入的含尘空气进入检测区（如光学暗室）后，会受到激光发射组件（激光二极管或线型激光管）的照射。激光的单色性（单一波长）和高亮度确保了散射信号的稳定性与强度：  

米氏散射理论：当激光束遇到空气中的颗粒物（如PM2.5、PM10）时，颗粒物会对激光产生散射（即光线向四面八方发散）。根据米氏散射理论，散射光的强度与颗粒物的浓度、粒径、形状、折射率等因素密切相关；  

激光源选择：部分高精度传感器采用恒功率线型激光管（而非点光源），其光功率更高（如100mW以上），原始信号更强，且通过恒功率控制保证光源稳定性，避免因温度变化导致的光强波动。  

三、光信号接收：捕捉散射光并转换为电信号​  

散射光向四周发散后，光电探测器（如光敏二极管、光电倍增管）会在特定角度（如前向、侧向）接收散射光信号。探测器的位置与角度设计直接影响信号的强度与准确性：  

角度选择：通常选择前向散射角（如30°-60°），因该角度的散射光强度与颗粒物浓度的相关性最高，且受环境光干扰最小；  

信号转换：光电探测器通过光电效应将光信号转换为电信号（如电流或电压）。散射光越强，电信号越大，反之则越小。  

四、电信号转换与处理：从信号到数据的转化​  

电信号需经过信号调理与数据处理才能转化为可读取的颗粒物浓度数据，此步骤是传感器的“大脑”：  

信号调理：电信号先通过放大电路（如运算放大器）放大，再通过滤波电路（如低通滤波器）去除噪声（如环境电磁干扰、电路噪声），得到稳定的模拟信号；  

模数转换（ADC）：模拟信号通过ADC转换为数字信号，以便微控制器（MCU）处理；  

数据处理：MCU根据米氏散射理论（预先输入的算法）对数字信号进行分析，计算出颗粒物的数量浓度（单位体积内的颗粒物数量）、粒径分布（如PM2.5、PM10的占比）及质量浓度（μg/m³）。

智能校正：部分传感器内置K值校正功能，可根据粉尘类型（如煤尘、水泥尘）调整计算系数，解决不同粉尘光学特性差异导致的测量偏差；  

抗干扰设计：通过导电外壳接地（如金属或导电塑料外壳）、光学暗室（吸收杂散激光）、软件滤波（如滑动平均滤波）等方式，减少外部电磁干扰、环境光及电路噪声对信号的影响。  

五、浓度计算与输出：呈现检测结果​  

处理后的颗粒物浓度数据会通过输出接口传输至显示装置（如传感器自带的LCD屏、手机APP、电脑软件）或上位机（如环境监测系统、空气净化器）：  

数据显示：实时显示PM2.5、PM10、TSP等参数的浓度值（单位：μg/m³或mg/m³）；  

报警功能：当浓度超过预设阈值（如PM2.5＞75μg/m³）时，传感器会发出声音报警（蜂鸣器）或光报警（LED灯），提醒用户采取防护措施；  

数据存储与传输：部分传感器支持数据存储，并通过USB、蓝牙或4G网络导出数据，用于后续分析（如环境趋势评估、职业卫生检测）。