【技术】扬尘监测设备的光学原理及激光原理

近年来， PM2.5/PM10/TSP等细颗粒物成为空气污染的主要因素，多数城市已在开展细颗粒物在线监测工作。由于其价格低廉、携带方便等优点，目前扬尘监测设备受到大众的青睐。现有的颗粒传感器的测量原理有电学原理、光学原理，其中光学原理主要包括红外和激光。
一、电学原理

电学法颗粒传感器主要是利用颗粒气溶胶单极扩散充电技术，通过测量带电颗粒电流实现对颗粒的监控。感应器有两个入口气流：纯化的压缩空气(1.5 bar)和气溶胶取样气体。通过电晕针将压缩空气流导入一个封闭的空间，使其释放出恒定的电流，然后，带正离子的气流通过电晕放电进入一个排气装置。

空气悬浮传感装置则主要是通过带有抽气泵的空气流来吸入的。空气悬浮试样与气泵内的空气气流充分混合，使充电器释放出的离子可以附着在空气悬浮颗粒上，包括试样气体。混合物中剩余的自由离子被一个离子阱吸收，带电粒子随气流从传感器中流出。由于颗粒或部分颗粒是单极带电的，所以它们在输出传感器时带有电荷。
二、红外原理
红外线光强度非常微弱，在测量颗粒时强度不足，可用浊度法代替。浊度测定法的测量原理是发射和接收光线，用这种方法可以判断空气的浑浊程度。该方法易受其它因素的干扰，使测量值与实际浓度的偏差增大。上述红外线测量的特点，说明红外线传感器只能对颗粒进行测量，不能对相对浓度进行测量。另外一个缺点是红外传感器无法分辨颗粒的大小，所以红外传感器的性能很差，不能满足当今社会的需要。

三、激光原理
以激光散射原理为基础的测量技术是应用最为广泛的颗粒测量技术。这是一种光学方法，但与显微镜法的光学成像原理不同。光散的理论基础是米散理论，它的反推法可以得到颗粒的质量浓度，反推法需要借助颗粒的有关参数才能实现。颗粒在阳光照射下会产生散射光，在其不变的条件下，颗粒散射光的强度可以表示其质量浓度。近几年来，以光散射原理为基础的便携式扬尘监测设备已成为环境空气监测领域的新型监测设备，它的出现引领并占据了新一代监测仪器的发展方向。

激光散射原理是利用激光照射空气中悬浮颗粒产生散射，同时将散射光收集到特定的角度，得到散射光强随时间变化的曲线。然后，采用基于米氏(MIE)理论的算法，微处理器得到颗粒等效粒径和单位体积内不同颗粒大小的颗粒数。