εταιρικά νέα για Ποια είναι η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα PM;

Η αρχή των αισθητήρων ‌Σωματιδιακής Ύλης (PM) ‌βασίζεται κυρίως στη ‌σκέδαση φωτός (οπτική σκέδαση)‌, αν και υπάρχουν και άλλες μέθοδοι. Ακολουθεί μια ανάλυση των βασικών αρχών:

Βασική Αρχή: Σκέδαση Φωτός (Η πιο συνηθισμένη):‌

Πηγή Φωτός:‌ Ένα υπέρυθρο (IR) ή δίοδος λέιζερ εκπέμπει μια δέσμη φωτός σε ένα θάλαμο ανίχνευσης, μέσω του οποίου αντλείται αέρας που περιέχει σωματίδια (συχνά από ένα μικρό ανεμιστήρα ή αντλία).
Αλληλεπίδραση Σωματιδίων:‌ Καθώς τα σωματίδια που μεταφέρονται στον αέρα (σκόνη, καπνός, γύρη, κ.λπ.) περνούν μέσα από αυτή τη δέσμη φωτός, σκεδάζουν το φως σε διάφορες κατευθύνσεις. Η ποσότητα και το μοτίβο της σκέδασης εξαρτώνται από το μέγεθος, το σχήμα, τη σύνθεση και τη συγκέντρωση των σωματιδίων.
Φωτοανιχνευτής:‌ Ένας ευαίσθητος φωτοανιχνευτής (όπως μια φωτοδίοδος ή φωτοτρανζίστορ), τοποθετημένος σε μια συγκεκριμένη γωνία (συχνά 90° ή λιγότερο συχνά εμπρός/πίσω σκέδαση), ανιχνεύει το σκεδασμένο φως.
Μετατροπή Σήματος:‌ Ο φωτοανιχνευτής μετατρέπει την ένταση του σκεδασμένου φωτός σε ένα ηλεκτρικό σήμα.
Συσχέτιση με τη Συγκέντρωση PM:‌ Η ένταση αυτού του σήματος σκεδασμένου φωτός συσχετίζεται με τη συγκέντρωση (μάζα ανά όγκο, συνήθως µg/m³) των σωματιδίων στον αέρα. Η υψηλότερη συγκέντρωση σωματιδίων οδηγεί σε περισσότερο σκεδασμένο φως και ισχυρότερο σήμα.
Διαφοροποίηση Μεγέθους (PM2.5/PM10):‌ Ορισμένοι αισθητήρες μπορούν να εκτιμήσουν την κατανομή μεγέθους σωματιδίων χρησιμοποιώντας:
Οπτικά Μοντέλα:‌ Αλγόριθμοι που αναλύουν τις διαφορές στο μοτίβο/ένταση σκέδασης.
Εισαγωγές Επιλογής Μεγέθους:‌ Φυσικός διαχωρισμός σωματιδίων άνω ενός ορισμένου μεγέθους (π.χ., >10µm για PM10) πριν εισέλθουν στον οπτικό θάλαμο.
Βαθμονόμηση:‌ Βαθμονόμηση έναντι οργάνων αναφοράς για συγκεκριμένα κλάσματα μεγέθους (όπως PM2.5).

Εναλλακτική Αρχή: Εξασθένηση Βήτα (Χρησιμοποιείται σε Μόνιτορ Αναφοράς/Ρυθμιστικά):‌

Ραδιενεργός Πηγή:‌ Μια ασθενής ραδιενεργός πηγή (όπως άνθρακας-14) εκπέμπει σωματίδια βήτα (ηλεκτρόνια).
Ταινία Φίλτρου:‌ Μια ταινία φίλτρου συλλέγει σωματίδια που μεταφέρονται στον αέρα και αντλούνται μέσω του οργάνου.
Μέτρηση Εξασθένησης:‌ Τα σωματίδια βήτα περνούν μέσα από ένα καθαρό τμήμα της ταινίας φίλτρου και ανιχνεύονται από έναν αισθητήρα, δημιουργώντας μια βασική γραμμή. Στη συνέχεια, τα σωματίδια βήτα περνούν μέσα από το τμήμα της ταινίας που περιέχει σωματίδια.
Υπολογισμός Μάζας:‌ Η μάζα σωματιδιακής ύλης στο φίλτρο απορροφά/σκεδάζει τα σωματίδια βήτα, μειώνοντας τον αριθμό που φτάνει στον ανιχνευτή. Η εξασθένηση (μείωση) στον αριθμό των σωματιδίων βήτα είναι άμεσα ανάλογη με τη μάζα των σωματιδίων που συλλέγονται στο φίλτρο. Σε συνδυασμό με τον όγκο του αέρα που λαμβάνεται, δίνει τη συγκέντρωση μάζας PM (π.χ., µg/m³). Αυτή η μέθοδος είναι εξαιρετικά ακριβής για τη μέτρηση μάζας, αλλά πιο περίπλοκη και δαπανηρή.

Άλλες Λιγότερο Κοινές Αρχές:‌

Συντονισμένη Μικροζυγοσταθμική (TEOM - Tapered Element Oscillating Microbalance):‌ Τα σωματίδια συλλέγονται σε μια δονητική άκρη φίλτρου. Η αλλαγή μάζας μεταβάλλει τη συντονισμένη συχνότητα της άκρης, η οποία μετράται για να προσδιοριστεί η συγκέντρωση μάζας.
Ηλεκτροστατική Ανίχνευση:‌ Μετρά το φορτίο που αποκτούν τα σωματίδια που διέρχονται από ένα τμήμα φόρτισης ή το φορτίο που υπάρχει φυσικά στα σωματίδια.

Βασικές Σκέψεις για τους Οπτικούς (Σκέδασης) Αισθητήρες (Ο πιο συνηθισμένος τύπος):‌

Βαθμονόμηση:‌ Απαιτεί βαθμονόμηση έναντι οργάνων αναφοράς (όπως μόνιτορ εξασθένησης βήτα) λόγω των διαφορών στις ιδιότητες των σωματιδίων που επηρεάζουν τη σκέδαση. Η εργοστασιακή βαθμονόμηση είναι συνηθισμένη, αλλά περιβαλλοντικοί παράγοντες (υγρασία, τύπος σωματιδίων) μπορούν να προκαλέσουν μετατόπιση.
Ευαισθησία στην Υγρασία:‌ Οι υδρατμοί μπορούν να συμπυκνωθούν στα σωματίδια ή να σκεδάσουν το ίδιο το φως, οδηγώντας σε υπερεκτίμηση, ειδικά σε υψηλή υγρασία. Οι προηγμένοι αισθητήρες ενσωματώνουν αισθητήρες υγρασίας και αλγορίθμους αντιστάθμισης.
Ευαισθησία στη Σύνθεση Σωματιδίων:‌ Διαφορετικοί τύποι σωματιδίων (π.χ., αιθάλη έναντι σκόνης) σκεδάζουν το φως διαφορετικά. Η βαθμονόμηση συχνά βελτιστοποιείται για τυπικά περιβαλλοντικά μείγματα.
Όρια Εύρους Μεγέθους:‌ Πολύ μικρά σωματίδια (<~0.3µm) και πολύ μεγάλα σωματίδια ενδέχεται να σκεδάσουν ανεπαρκές φως ή να παρακάμψουν τον θάλαμο ανίχνευσης, περιορίζοντας το αποτελεσματικό εύρος μεγέθους.
Ανάλυση/Κάτω Όριο Ανίχνευσης:‌ Υπάρχει μια ελάχιστη συγκέντρωση κάτω από την οποία ο αισθητήρας δεν μπορεί να διακρίνει αξιόπιστα το σήμα από τον ηλεκτρονικό θόρυβο.

Εφαρμογές:‌
Οι οπτικοί αισθητήρες PM χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω του σχετικά χαμηλού κόστους, του μικρού μεγέθους και της εξόδου σε πραγματικό χρόνο σε:

Καταναλωτικά καθαριστικά αέρα
Μόνιτορ ποιότητας αέρα εσωτερικών χώρων
Φορητοί ιχνηλάτες ρύπανσης
Βιομηχανική παρακολούθηση διεργασιών
Έξυπνα συστήματα HVAC
Δίκτυα αισθητήρων ποιότητας αέρα πόλεων (αν και με εκτιμήσεις βαθμονόμησης/ποιοτικού ελέγχου)

Εν συντομία, ενώ υπάρχουν διάφορες αρχές, η κυρίαρχη τεχνολογία στους καταναλωτικούς και πολλούς βιομηχανικούς αισθητήρες PM είναι η ‌οπτική σκέδαση φωτός‌, όπου η ποσότητα του φωτός που σκεδάζεται από τα σωματίδια που μεταφέρονται στον αέρα και διέρχονται από μια δέσμη μετράται για να εκτιμηθεί η συγκέντρωση μάζας σωματιδίων, συχνά βαθμονομημένη για συγκεκριμένα κλάσματα μεγέθους όπως PM2.5 ή PM10.