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根據(ju)“兩會”期間公布的2020年政府工作報告，今(jin)年要(yao)(yao)實現單位國內生產總值能耗和主要(yao)(yao)污(wu)染物排放量繼續下(xia)降；深化重點地區大(da)氣(qi)污(wu)染治(zhi)理攻堅；要(yao)(yao)打好藍天、碧(bi)水、凈土保衛戰，實現污(wu)染防治(zhi)攻堅戰階段(duan)性(xing)目標。

2020年是打贏藍天保衛戰、“十三五”規劃(hua)的(de)全面(mian)收(shou)官之(zhi)年，我國大氣(qi)污染(ran)治理(li)進入攻堅(jian)“深(shen)水期”，剩下的(de)都是難啃的(de)“硬骨(gu)頭”。作為一(yi)直(zhi)以來的(de)重點和(he)難點，揚塵污染(ran)治理(li)已然成為大氣(qi)污染(ran)防治目標完(wan)成與(yu)否的(de)關鍵點之(zhi)一(yi)。

揚塵(chen)(chen)(chen)治(zhi)理，需對(dui)癥下藥；而(er)把脈(mo)問診(zhen)，監測(ce)為先(xian)。高性能的(de)揚塵(chen)(chen)(chen)傳感器(qi)對(dui)實現揚塵(chen)(chen)(chen)全面監測(ce)、精準治(zhi)理、降低成本等多方(fang)面的(de)重(zhong)要性不言而(er)喻(yu)。

揚塵傳感器的需求及應用現狀

行(xing)業發展初期，揚(yang)塵監測設備多基于β射(she)線吸收法，然而受(shou)儀(yi)器體(ti)積較大(da)、成本(ben)高昂等因素掣(che)肘，量大(da)面廣的(de)需求無法得到(dao)真正(zheng)滿足。

基于光(guang)散射原理(li)的(de)粉(fen)塵傳(chuan)感器，在民用室內檢測(ce)應用中(zhong)，經歷(li)了從采(cai)(cai)用LED光(guang)源和(he)擴散式采(cai)(cai)樣，用于粉(fen)塵濃度變(bian)化的(de)趨(qu)勢檢測(ce)，到升(sheng)級為激光(guang)光(guang)源和(he)風(feng)扇(shan)采(cai)(cai)樣，可以精確檢測(ce)PM2.5數值的(de)創新發(fa)展過(guo)程。然(ran)而針對室外揚塵監(jian)(jian)測(ce)還需要PM10和(he)TSP的(de)精準(zhun)監(jian)(jian)測(ce)要求，則(ze)無(wu)法(fa)得到滿(man)足。

因(yin)此，能夠同時準確測(ce)量PM2.5/PM10/TSP、體積小、購買和(he)維護成(cheng)本低成(cheng)為了揚塵(chen)監測(ce)設(she)備配套傳感器面臨的主要挑戰。

室外揚塵顆粒物監測的技術難點

① 與β射線原理(li)的(de)(de)設備保(bao)持較高的(de)(de)線性(xing)相關性(xing)

國(guo)站(zhan)監(jian)測(ce)設備采用的是(shi)β射線原理，其(qi)他(ta)的揚塵(chen)監(jian)測(ce)站(zhan)的監(jian)測(ce)數據(ju)必須要與其(qi)保持高度一(yi)致性，但由于(yu)原理上的差異(yi)，要做到(dao)這一(yi)點，傳感器需要采用更高性能的器件，有效提(ti)升(sheng)顆粒物識(shi)別(bie)的能力。

② 滿足(zu)室外(wai)-30℃~70℃的工作溫度要(yao)求

溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)對傳(chuan)感(gan)器激光管的影響非常大，然(ran)而室外溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)范圍(wei)更寬(kuan)，夏天在太陽下暴曬(shai)，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)可能(neng)會(hui)到(dao)達70℃；冬天北方嚴(yan)寒地區(qu)最低(di)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)可能(neng)達到(dao)零下30℃。這(zhe)就要求傳(chuan)感(gan)器在此溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下不(bu)僅能(neng)夠正常工作，還(huan)要確(que)保(bao)檢(jian)測的準(zhun)確(que)性。

③檢(jian)測(ce)精度(du)不受水霧響

由于室外(wai)環境(jing)經常(chang)會遇(yu)到凝霜(shuang)與露水(shui)的情(qing)況，這些(xie)水(shui)汽(qi)進入到傳感(gan)器后會嚴重影響到傳感(gan)器的測量值(zhi)，甚至(zhi)會造(zao)成傳感(gan)器永久損壞。

④長期(qi)使用，精度(du)不受積灰影響

揚塵傳感(gan)器工作(zuo)在室(shi)外，大(da)顆粒的灰(hui)塵經(jing)過傳感(gan)器采(cai)樣風道內(nei)會受到(dao)重力影響附著在傳感(gan)器內(nei)部，長期(qi)使(shi)用，會使(shi)得灰(hui)塵在傳感(gan)器內(nei)部大(da)量堆積，影響到(dao)測量準確(que)性。

四方光電激光揚塵傳感器的技術特點

四方光電(dian)基于創(chuang)新的(de)光散射技術研究，陸續推(tui)出紅外粉塵(chen)傳(chuan)感器、激光粉塵(chen)傳(chuan)感器等(deng)系列傳(chuan)感器產品，廣泛應用于室內、室外及車內檢測等(deng)領域。

在(zai)此基礎上，四方光電(dian)針對揚塵(chen)傳感器(qi)的應用場景，以及(ji)不(bu)同地方標準需(xu)求，推動技術革(ge)新升級(ji)，成功研(yan)發揚塵(chen)顆粒物(wu)傳感器(qi)PM3003X及(ji) PM3006。

圖(tu)1：PM3003X（左）及 PM3006（右）激光揚(yang)塵傳感器

1、 揚塵顆粒(li)物智能識別(bie)技術(shu)（API技術(shu)）

PM3003X，PM3006采(cai)用了獨特的API（Auto Particle Identification，自動(dong)顆(ke)粒識別）技術(shu)，在多(duo)種(zhong)塵(chen)源下進行(xing)標定，根據檢(jian)測(ce)到(dao)的顆(ke)粒物分布進行(xing)自動(dong)判斷，確保PM2.5、PM10和(he)TSP的檢(jian)測(ce)精度。

2、 高溫(wen)、恒功率、線型激光管(guan)

PM3003X、 PM3006激光(guang)揚塵傳感器采用(yong)了(le)工作(zuo)溫度(du)在-30~70℃的(de)恒功率(lv)、線(xian)型光(guang)源，其(qi)光(guang)功率(lv)高達100mW，相比(bi)點光(guang)源高出20倍以上(shang)，原(yuan)始(shi)(shi)信(xin)號(hao)更強，大大提升了(le)顆粒物的(de)識(shi)別效率(lv)。同時對光(guang)源采用(yong)了(le)恒功率(lv)控制，保(bao)證原(yuan)始(shi)(shi)信(xin)號(hao)的(de)穩(wen)定輸出，確保(bao)測量(liang)的(de)穩(wen)定性。

圖(tu)2：室外揚塵傳感器與民用粉塵傳感器光源差(cha)別，左：高功(gong)率(lv)線型光源，右：低功(gong)率(lv)點光源

3、 自帶除水霧裝(zhuang)置，不(bu)受(shou)水汽影響。

四(si)方(fang)光電研制的PM3003X、 PM3006激光揚塵傳感器前端配套了除濕裝置，防(fang)止(zhi)室外環(huan)境中細小(xiao)的水珠(zhu)進入檢測氣室，消(xiao)除水汽對揚塵傳感器的精度影響。

4、 創新(xin)結(jie)構設計，長效防(fang)積灰(hui)。

PM3003X、 PM3006激光揚塵傳(chuan)感(gan)(gan)器通過(guo)流體(ti)力學(xue)仿真對采樣(yang)風道(dao)進行了長效防積(ji)灰結構設計(ji)，經(jing)過(guo)實際驗證，可以減少(shao)室外環(huan)境對傳(chuan)感(gan)(gan)器檢測精確度的影(ying)響，降低后期維護(hu)成本(ben)。

我國室外揚塵網格化監測經歷了早期的β射線吸收法，到采用民用凈化器大量應用的激光粉塵傳感器的過程。在使用過程中發現，民用的激光粉塵傳感器不僅不能滿足-30~70℃室外環境溫度的全天候使用要求，同時還必須面對監測場所，特別是建設工地經常噴灑降霾的水霧影響，或者下雨潮濕的氣候環境等。這種環境下，水霧經常被判斷為嚴重霧霾造成爆表。同時網格化室外粉塵監控希望得到局部的可以與國家大氣環境監測網數據具備的PM2.5/PM10/TSP的多項參數對比， 民(min)用(yong)激(ji)(ji)光(guang)傳(chuan)感器由(you)于激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率小，采樣流量小， PM10分辨率很低，無法提供準確的PM10, 通常采用(yong)根據PM2.5的數字進行比例計(ji)算，造成PM10監測數據失(shi)真。四(si)方(fang)光(guang)電研制的PM3003X、 PM3006激光(guang)揚塵傳(chuan)感器通過采用寬溫型大功率(lv)線型激光(guang)光(guang)源(yuan)、API粉(fen)塵自動識別技術、先進(jin)的流道(dao)設計(ji)實(shi)(shi)現(xian)(xian)抗污染、大流量車規級采樣(yang)機構、高濕度(du)環境的水霧去除裝置等，低(di)成本地(di)實(shi)(shi)現(xian)(xian)了對室外揚塵粉(fen)塵與β射線吸(xi)收法達(da)到0.9相關系數的高精度(du)測(ce)量。