原创 物联网系统中环境监测设备如何检测PM2.5——快速了解粉尘传感器

物联网系统中为什么要使用粉尘传感器

物联网系统中使用粉尘传感器的原因是多方面的，主要体现在以下几个方面：

1. 空气质量监测

• 保障公众健康：粉尘传感器能够实时监测空气中粉尘颗粒的浓度，特别是PM2.5和PM10等可吸入颗粒物，这些颗粒物对人体健康具有潜在危害。通过物联网系统，可以将粉尘传感器的监测数据实时传输到云端或相关平台，为公众提供空气质量信息，从而引导人们采取必要的防护措施，如佩戴口罩、减少户外活动等。
• 支持环保政策制定：政府部门和环保组织可以利用物联网系统中的粉尘传感器数据，了解区域内空气质量的整体状况和变化趋势，为制定更加科学合理的环保政策提供数据支持。

1. 工业安全与生产监测

• 预防粉尘爆炸：在工业生产过程中，粉尘的积聚可能引发爆炸事故。粉尘传感器可以实时监测生产环境中的粉尘浓度，当浓度超过安全阈值时，及时发出警报，提醒工作人员采取相应措施，从而有效预防粉尘爆炸事故的发生。
• 提高生产效率：通过监测生产过程中的粉尘浓度，企业可以及时调整生产工艺和设备参数，减少粉尘产生和排放，提高生产效率和产品质量。

1. 智能家居与建筑环境监测

• 改善室内空气质量：在智能家居系统中，粉尘传感器可以实时监测室内空气质量，并与空气净化器、新风系统等设备联动，自动调节室内环境，保持空气清新。
• 保障居民健康：长期暴露在粉尘浓度较高的环境中，容易引发呼吸道疾病和过敏等问题。智能家居系统中的粉尘传感器可以帮助居民了解室内空气质量状况，及时采取措施改善室内环境，保障居民健康。

1. 物联网技术融合

• 实现远程监控：物联网技术使得粉尘传感器可以通过无线方式将监测数据传输到云端或相关平台，实现远程监控和数据分析。这使得用户可以随时随地了解空气质量状况，并采取相应措施。
• 智能化管理：物联网系统中的粉尘传感器可以与其他智能设备相互连接，形成智能化管理系统。通过数据分析和算法优化，系统可以自动调整设备工作状态和参数设置，实现更加智能化的管理。

1. 具体应用场景

工业环境

1. 煤矿、矿山：在煤矿井下或其他粉尘作业环境中，粉尘传感器能够实时检测空气中的粉尘浓度，确保环境安全，预防爆炸危险，并与实时监控系统联网，提供全面的监测功能。
2. 建筑工地：建筑工地常伴随大量的粉尘产生，粉尘传感器可用于监测施工区域的粉尘浓度，保护工人的健康并符合环保法规要求。
3. 化工厂：在化工厂中，粉尘传感器可用于监测生产过程中产生的有害粉尘，确保生产安全和环境卫生。
4. 焊接、喷涂等工业过程：这些过程中会产生大量的粉尘和有害气体，粉尘传感器能够实时监测环境中的粉尘浓度，保障工人的健康和安全。

环境监测

1. 空气质量监测站：粉尘传感器被广泛应用于空气质量监测站中，用于监测大气中的颗粒物（如PM2.5、PM10等），为环境保护和治理提供数据支持。
2. 智能城市和物联网（IoT）：粉尘传感器被集成到智能城市和物联网解决方案中，实现实时环境监测和数据共享，帮助城市管理者更好地理解和改善城市环境。

医疗健康

1. 手术室、ICU等医疗场所：粉尘传感器可用于监测手术室和ICU等医疗场所的空气质量，确保病人和医护人员的安全。
2. 洁净室：在制药、生物技术等行业的洁净室中，粉尘传感器用于监测空气洁净度，保证产品的生产质量。

家用及消费电子产品

1. 空气净化器：粉尘传感器是空气净化器的核心部件之一，能够实时监测室内空气质量，并根据粉尘浓度自动调节净化效率。
2. 车载空气净化器：在汽车及消费类电子产品中，粉尘传感器也被用于车载空气净化器等设备中，提供车内空气质量监测和净化功能。

其他领域

1. 可再生能源项目：在风能、太阳能等可再生能源项目中，粉尘传感器可用于监测设备的性能和维护需求，确保能源生产的连续性。
2. 个人健康监测：随着便携式和嵌入式技术的发展，粉尘传感器也被用于个人健康监测设备中，如可穿戴设备等。

综上所述，物联网系统中使用粉尘传感器是出于保障公众健康、预防工业事故、改善室内环境以及实现智能化管理等多方面的考虑。随着物联网技术的不断发展和应用领域的不断拓展，粉尘传感器在物联网系统中的作用也将越来越重要。

本文会再为大家详解传感器家族中的一员——粉尘传感器

粉尘传感器的定义

粉尘传感器是一种能够实时检测空气中粉尘颗粒浓度，并将检测结果以电信号或其他形式输出的传感器。它能够有效地监测空气中的微小颗粒物，如PM2.5、PM10等，对于保护人体健康、改善室内空气质量具有重要意义。

粉尘传感器的原理

1. 光的散射与吸收

• 当一束平行单色光入射到被测颗粒场时，微粒和分子在光的照射下会产生光的散射现象，并且还会吸收部分照射光的能量。
• 光强因颗粒周围的散射和吸收而受到衰减，这一衰减率可以反映待测场灰尘的相对浓度。

1. 光电转换与信号输出

• 粉尘传感器内部通常对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，它们的光轴相交。
• 当带灰尘的气流通过光轴相交的交叉区域时，粉尘对红外光进行反射，反射的光强与灰尘浓度成正比。
• 光电晶体管接收到反射光后，将其转换为电信号。电信号的强弱与光强的大小成正比，因此可以通过测量电信号来求得相对衰减率，进而测定灰尘的浓度。

1. 信号处理与浓度计算

• 经过光电转换后的电信号会经过放大电路和A/D转换电路等处理，输入到单片机或其他处理单元中。
• 处理单元会根据预设的算法和校准数据，计算出粉尘的质量浓度，并进行显示和信号输出。

1. 不同类型的粉尘传感器

• 除了上述说明的基于光学原理的粉尘传感器外，还有基于激光原理的粉尘浓度传感器。这类传感器利用激光束照射空气，通过测量激光束在空气中的衰减程度来判断粉尘浓度。
• 另外，还有基于电荷感应原理的粉尘浓度传感器，它利用粉尘颗粒与空气摩擦产生的电荷来检测粉尘浓度

粉尘传感器的组成

1. 敏感元件

• 红外线发光二极管（LED）或激光二极管：作为光源，发射红外光或激光束。在红外粉尘传感器中，红外线LED用于发射红外光；而在激光粉尘传感器中，则使用激光二极管发射激光。
• 光电晶体管或光电探测器：用于接收被粉尘颗粒散射或反射的光信号，并将其转换为电信号。

1. 光学系统

• 透镜组：在激光粉尘传感器中，透镜组用于将激光二极管发出的激光束聚焦成一个薄层光源，以提高检测精度。
• 光路设计：确保光源发出的光线能够照射到测量区域，并且光电探测器能够接收到被粉尘颗粒散射或反射的光线。

1. 采样系统

• 微型真空泵或风扇：用于将被测气体吸入粉尘传感器腔室中，确保气体能够流经测量区域。
• 风道设计：在激光粉尘传感器中，复杂设计的风道用于引导采样空气通过激光束所在区域，以便进行有效的检测。

1. 信号处理电路

• 放大电路：用于放大光电探测器输出的微弱电信号，以便进行后续处理。
• A/D转换电路：将模拟电信号转换为数字信号，以便于微处理器进行数据处理。
• 微处理器或单片机：用于接收数字信号，根据预设的算法和校准数据计算粉尘浓度，并进行显示和信号输出。

1. 辅助元件

• 加热器：在某些粉尘传感器中，内置加热器用于加热引起气流上升，使外部空气流进传感器内部，有助于提高检测精度。
• 滤波器和稳压器：用于稳定电源和滤除干扰信号，确保传感器工作的稳定性和准确性。

1. 壳体与接口

• 壳体：保护传感器内部元件免受外界环境的影响，并提供必要的通风口以保证外部气流可以流进来。
• 接口：包括电源接口、信号输出接口等，用于与外部设备连接和通信。

综上所述，粉尘传感器通过敏感元件、光学系统、采样系统、信号处理电路、辅助元件以及壳体与接口的协同工作，实现对空气中粉尘浓度的准确检测。不同类型的粉尘传感器（如红外粉尘传感器和激光粉尘传感器）在组成上可能有所差异，但基本原理和组成结构是相似的。

粉尘传感器的分类

1. 激光式粉尘传感器

• 原理：利用激光光束在空气中形成的散射光线来检测粉尘的浓度。将一束激光照射到测量区域，粉尘颗粒会散射出光线，传感器通过检测光线的强度来判断粉尘的浓度。
• 特点：结构简单，精度高，能够准确检测细小颗粒的浓度。
• 应用：广泛应用于工业生产、环境监测等领域。

1. 光电式粉尘传感器

• 原理：利用光学原理来检测粉尘的存在。光源发射光线到测量区域，浓度高的粉尘颗粒会影响光线的传输，通过光电传感器检测光的强度变化来判断粉尘的浓度。
• 特点：响应速度快，能够快速检测粉尘的变化。
• 应用：常用于医药、化工等领域。

1. 电感式粉尘传感器

• 原理：利用电感原理来检测粉尘颗粒的存在。在感应线圈中产生感应电流，当有粉尘经过时，感应电流会发生变化，通过检测变化来判断粉尘的浓度。
• 特点：成本低，但对工作环境要求高，易受电磁干扰影响。
• 应用：广泛应用于电子电器、能源等领域。

1. 超声波式粉尘传感器

• 原理：利用超声波的反射和散射来检测粉尘颗粒的浓度。在测量区域发射超声波，当有粉尘时会引起超声波的散射和反射，通过检测回波时间来判断粉尘的浓度。
• 特点：精度高、稳定性好，但价格相对较高。
• 应用：广泛应用于化工、制药等粉尘浓度较高的场所。

1. X射线式粉尘传感器

• 原理：利用X射线在物质中的穿透性来检测粉尘颗粒的存在。在测量区域发射X射线，当有粉尘时，会减弱或散射X射线，通过检测X射线的强度变化来判断粉尘的浓度。
• 特点：精度高，但危险系数较高。
• 应用：仅适用于特殊的工业生产环境。

1. 红外粉尘传感器

• 原理：采用红外光源，通过测量空气中粉尘颗粒对红外光的散射程度来推算粉尘的浓度。
• 特点：结构较为简单，但对空气动力学直径小于一定值的颗粒测量精度可能不足。
• 应用：在粉尘检测仪、净化器、新风系统、智能家居等领域有应用。

1. 颗粒物传感器报警器

• 原理：通过颗粒物传感器来监测空气中的颗粒物浓度，并在超过设定阈值时发出警报。
• 特点：能够准确测量不同粒径范围内的颗粒物浓度，并实时传输数据到监控系统。
• 应用：用于环境监测、工业安全等领域。

1. 离子化粉尘监测报警器

• 原理：利用离子化技术来测量空气中微粒的浓度，并在超过设定阈值时发出报警信号。
• 特点：能够准确地监测微细粉尘颗粒。
• 应用：保障工作环境的安全，特别是在需要严格控制粉尘浓度的场所。

1. 声学粉尘监测报警器

• 原理：通过声学原理来检测和测量空气中的粉尘浓度，并在超过设定阈值时发出声音报警。
• 特点：能够实时监测环境中的粉尘情况，并及时提醒人员采取相应的防护措施。
• 应用：在需要声音报警提示的场合使用。

粉尘传感器的选型参数

1. 测定原理

• 光散射原理：这是最常见的粉尘传感器测定原理，通过测量光线在粉尘颗粒上的散射程度来推算粉尘浓度。

1. 测量范围

• 总粉尘浓度测量范围：通常从0 mg/m³到几百或几千mg/m³不等，具体范围取决于传感器的型号和应用需求。例如，某些传感器可定制测量范围为1 μg/m³-50000 μg/m³。

1. 测量误差

• 测量误差：表示传感器测量结果的准确性，通常以百分比表示。例如，≤±10%或≤±15%等。

1. 显示方式

• 液晶显示屏：大多数粉尘传感器采用液晶显示屏来显示测量结果，便于直观读取。

1. 信号输出

• 频率信号：如(200 - 1000) Hz频率信号。
• 数字接口：如RS485接口，以及可选的RS232、无线数传电台、GPRS通讯等。
• 模拟量输出：如0-1V、4-20mA等。

1. 工作电压与电流

• 工作电压：通常为12-24VDC（本安），确保传感器能在不同电源条件下正常工作。
• 工作电流：如≤56mA，表示传感器在工作时的电流消耗。

1. 采样流量

• 采样流量：如2L/min，表示传感器在测量过程中所需的空气流量。

1. 物理尺寸与重量

• 外形尺寸：如270x145x73mm，表示传感器的长、宽、高。
• 重量：如1.6kg，便于评估传感器的安装和运输需求。

1. 防爆形式与环境适应性

• 防爆形式：如矿用本质安全型，防爆标志为ExibI，适用于含有瓦斯或煤尘爆炸危险的煤矿井下或其它粉尘作业场所。
• 使用环境：包括温度、相对湿度和大气压等参数，如温度0-40℃，相对湿度≤95%，大气压80 kPa - 110 kPa。

1. 其他特性

• 测量精度：采用分段式控制算法、温度补偿功能等提高测量精度。
• 自动校准与软启动：具有自动校准零点功能和软启动模式，减小对供电电源的冲击。
• 在线标定与存储：支持在线标定和循环存储大量数据。
• 特殊功能：如粉尘浓度超标报警、公共场所监测模式、大气环境监测模式等。

在选型时，您需要根据具体的应用场景、测量需求、环境条件以及预算等因素综合考虑以上参数。同时，建议咨询专业的传感器供应商或制造商以获取更详细的技术支持和选型建议。

粉尘传感器的使用注意事项

安装与放置

1. 正确安装：

• 粉尘传感器应垂直安装，避免倾斜或倒置，以保证测量精度。
• 安装位置应选择在能够代表待测区域粉尘浓度的位置，避免遮挡物或干扰物影响测量结果。
• 在空气净化设备上安装时，建议将粉尘传感器安装在前面板上，并确保风道产生的空气运动不会影响传感器的位置。

1. 避免干扰：

• 避免将粉尘传感器安装在浴室、空气加湿器等有蒸汽的地方附近，因为水蒸气可能影响传感器的测量准确性。
• 光学检测区域的光辐射会导致粉尘传感器发生故障，因此需用海绵盖住传感器中间的三角形孔，以防止外部光线进入传感器的镜头。

运行与维护

1. 预热与检查：

• 模组初次上电使用需要预热5分钟以上，以确保传感器稳定工作。
• 使用前检查仪器电源是否充足并正常连接，传感器和滤芯是否完好。

1. 定期校准与维护：

• 粉尘传感器的准确性和可靠性需要定期校准和维护。根据仪器的使用频率和厂家建议，制定校准和维护计划，并按时进行。
• 清洁传感器时，可以使用棉签醮清水轻擦透镜，然后用另一头擦干。注意不可以用酒精等有机溶剂擦拭透镜。

安全操作

1. 个人防护：

• 在使用粉尘传感器时，应佩戴个人防护设备，如口罩、手套和护目镜等，以防止粉尘对人体造成伤害。

1. 避免有害物质接触：

• 注意避免粉尘传感器与有害物质直接接触，以免对传感器造成损害或影响测量结果。

其他注意事项

1. 防潮防湿：

• 粉尘传感器应避免受潮，因为潮湿会影响其正常功能。

1. 避免震动与磁场干扰：

• 传感器应安装在无强烈震动和强磁场干扰的场所，以保证测量结果的准确性。

1. 选择合适的传感器：

• 根据实际需求选择适合的粉尘传感器，考虑测量范围、灵敏度和准确度等参数。

1. 遵循使用手册：

• 使用前仔细阅读传感器的使用手册和技术规范，了解仪器的原理、操作方法和安全注意事项。

1. 数据记录与分析：

• 在测量完成后，及时记录和分析数据，以便更好地了解粉尘浓度的变化和趋势，并采取相应的措施。

遵循以上注意事项，可以确保粉尘传感器的正常运行和准确测量，为工作环境的安全和健康提供有力保障。

粉尘传感器的厂商

主要厂商

1. 汉威科技

• 简介：汉威科技是一家在传感器领域具有重要地位的企业，其产品线涵盖粉尘传感器等多个类别。
• 财务数据：根据公司年报，汉威科技展现出一定的盈利能力，但近年来股价有所波动。
• 应用领域：汉威科技的粉尘传感器广泛应用于环境监测、工业安全等多个领域。

1. 四方光电

• 简介：四方光电是另一家在气体传感器领域具有显著实力的企业，其粉尘传感器技术领先。
• 财务数据：公司毛利率和净利率均较高，显示出较强的盈利能力。
• 技术优势：四方光电依托在激光拉曼、微流红外等技术领域的积累，成功开发了多种粉尘传感器产品。

1. 日盈电子

• 简介：日盈电子的主营业务之一包括汽车电子传感器，其中涵盖粉尘传感器。
• 财务数据：公司近年来营业收入有所增长，但净利润率较低。
• 发展动态：日盈电子拟收购常州市惠昌传感器有限公司控股权，以进一步拓展其传感器业务。

其他厂商

除了上述主要厂商外，还有众多其他厂商提供粉尘传感器产品，如：

• 青岛路博建业环保科技有限公司：该公司主要生产voc检测仪、激光粉尘检测仪等环保设备，其粉尘传感器产品在市场上也具有一定的竞争力。
• 山东中煤工矿物资集团有限公司：该公司主营矿车、道岔等矿用设备，同时也提供粉尘传感器等传感器产品。
• 山东矿联机电设备有限公司：该公司专注于矿用设备的生产和销售，其GCG1000粉尘浓度传感器在煤矿等行业中得到广泛应用。

供应商A：Winsen(炜盛)

https://www.winsensor.com/

1、产品能力

主推型号1：ZH03B

对应的产品详情介绍

ZH03B粉尘传感器（特别是作为PM2.5传感器）是一种通用性、小型化的模组，主要用于检测空气中的粉尘颗粒物浓度。以下是对ZH03B粉尘传感器的详细介绍：

产品特点

• 高灵敏度：能够检测到最小直径为0.3μm的颗粒物，具有较高的灵敏度和准确性。
• 一致性好：在不同环境和条件下，传感器性能保持一致，数据输出稳定可靠。
• 实时响应：能够实时响应空气中粉尘浓度的变化，提供及时的监测数据。
• 低功耗：设计低功耗，适合长时间运行和便携式设备应用。
• 易于集成：体积小，便于集成到各种设备和系统中。

技术指标

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主要应用

ZH03B粉尘传感器广泛应用于以下领域：

• 空气净化器：用于监测室内空气质量，指导空气净化器的运行。
• 新风系统：集成于新风系统中，实时监测室外空气质量，确保引入的空气清新洁净。
• 便携式仪表：作为便携式空气质量监测设备的核心部件，提供便捷的空气质量监测服务。
• 空气质量监测设备：在环境监测站、城市空气质量监测点等场所使用，为政府环保部门提供数据支持。
• 空调：集成于空调系统中，根据室内空气质量自动调节空调运行模式和风速。
• 智能家居设备：与智能家居系统结合，实现室内空气质量的智能监测和调控。
• 研发设计注意使用事项
• 在使用ZH03B粉尘传感器时，应确保传感器周围无强气流干扰，以保证测量数据的准确性。
• 传感器应定期清洁和维护，以避免灰尘积累影响测量性能。
• 在不同环境和条件下使用时，可能需要对传感器进行校准和调整，以确保测量数据的准确性。

2、支撑

（1）技术产品

• 技术资料

C242510_传感器模块_ZH03B_规格书_WINSEN(炜盛)传感器模块规格书.PDF

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