電子發(fā)燒友網報道(文/李誠)近年來,隨著大氣污染問題的加劇,人們對空氣質量的關注與日俱增。在此背景下,PM 2.5檢測設備也逐漸成為大家關注的焦點。
PM 2.5檢測儀的工作原理是什么?究竟是如何檢測空氣微粒的呢?近日,筆者對一款僅花30元從“某魚”上買來的激光PM 2.5檢測儀進行了測試、拆解,并將其測評結果與工作原理總結如下。
激光PM 2.5檢測儀煙霧測試
PM 2.5檢測儀主要用于檢測空氣中的顆粒大小及數量,在這一測試環(huán)節(jié)中,筆者以點燃紙巾所產生的煙霧作為變量,以評估激光PM 2.5檢測儀的響應速度。
一開始,在紙巾未被點燃的情況下,激光PM 2.5檢測儀顯示室內空氣PM 2.5含量為16μg/m3空氣質量為優(yōu)。然而,當被點燃的紙巾靠近激光PM 2.5檢測儀進風口的那一刻,屏幕示數立馬發(fā)生了變化,從原本的16μg/m3飆升至最高3700μg/m3,空氣質量達到重度污染級別。
通過此項測試可以清楚地觀察到,本次所要拆解的激光PM 2.5檢測儀對煙霧中顆粒的敏感度極高,從煙霧靠近儀表到示數發(fā)生變化只有前后不到一秒的間隔。
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除此之外,本次拆解的激光PM 2.5檢測儀,還能夠檢測PM 1.0和PM 10兩種特定粒徑顆粒物,并記錄下近半個小時每分鐘的PM 2.5含量變化,方便使用者實時追蹤和分析室內空氣中PM 2.5濃度的波動情況。
內部結構及工作原理
卸下屏幕后即可看到設備的內部結構,激光PM 2.5檢測儀內部由電路主板和激光顆粒傳感器、電池三部分組成。
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其中,激光顆粒傳感器負責檢測空氣顆粒大小及數量,主板負責對傳感器輸出的數據進行二次處理,最終通過屏幕將測量數據直觀地展示給用戶。
通過觀察得知,這款PM 2.5檢測儀所使用的傳感器是來自攀藤科技的國產激光顆粒傳感器,傳感器內置了激光發(fā)射器、小型風機以及一顆光敏器件。通過風機不斷吸入周圍的空氣,利用激光散射的原理對空氣懸浮顆粒進行檢測。
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激光顆粒傳感器內部結構如上圖所示,當設備開始工作時,在風機的作用下,腔體內部就會有氣流流動,并且激光發(fā)射器會持續(xù)不斷地向光散射測量腔體發(fā)射激光,而這些激光束會與空氣中的顆粒發(fā)生相互作用。
當激光束照射到空氣中的顆粒時,受到顆粒周圍散射和吸收的影響,激光的強度會有所減弱。隨后,位于光散射測量腔體下方的光敏器件,就會對經過散射后的激光束能量進行測量,并將測量結果傳遞至后級電路,從而實現對顆粒大小及數量的檢測。
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需要注意的是,經過光敏器件輸出的信號為微弱的電信號,需要經過濾波、放大電路去除噪聲干擾,增強電信號幅值后,才會被輸入到激光顆粒傳感器的MCU上,再利用預先建立的數學模型,根據信號特征計算出顆粒的大小和數量,最終以數字信號的形式傳遞至主板的主控。為此,這款攀藤的激光顆粒傳感器在光敏器件和MCU之間,還專門設計了濾波放大電路對光敏器件的輸出信號進行預處理。
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令人迷惑的是,激光顆粒傳感器的MCU上方放置了一塊金屬片,并且金屬片的另一端與傳感器電路的電容相連,這究竟是為了芯片散熱、屏蔽干擾還是其他原因呢?
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激光PM 2.5檢測儀主板集成了主控、電源管理、數據存儲、按鍵控制等幾個電路模塊。其中,主控芯片采用的是美滿電子的88MW300,款芯片融合了WiFi和MCU功能,自2015年起在物聯網和智能家居領域廣泛應用。例如,小米的智能插座、Yeelight的智能LED燈泡等產品中都采用了這一芯片。
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在這款設備上,88MW300主要負責設備的聯網,以及對傳感器回傳的數據進行二次處理。根據PM 2.5數值的大小,通過主板背面的20 Pin插座向屏幕輸出相應的指令,并以不同顏色展示不同數值,向使用者呈現出更直觀、可讀性更高的結果(屏幕自帶驅動芯片)。
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在電源供給方面,這款激光PM 2.5檢測儀采用了上海如韻的CN3153線性充電IC對電池進行充電控制,最大充電電流可達1A。此外,還使用了一顆首鼎的升壓芯片SDB628對電池輸出電壓進行升壓處理,該芯片的電壓輸出范圍在5V~28V之間,可為屏幕的正常工作,提供穩(wěn)定的電壓支持。
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主板背面是一顆來自華邦電子容量大小為4MB的W25Q32JV閃存芯片,該芯片主要用于存儲傳感器近30分鐘的測量數據及系統固件。
結語
對于激光PM 2.5檢測設備而言,最重要的器件當屬激光顆粒傳感器,其性能直接決定了設備測量的精度和響應速度。令人驚訝的是,在進行煙霧測試時,這款采用國產攀藤傳感器的設備,竟然能夠實現秒級響應。
盡管沒有進行對照試驗,無法對傳感器的精度做出評估,但從它的響應速度來推斷,其測量精度也應該很出色。畢竟,市面上也有不少售價在幾百元的PM 2.5檢測儀使用的也是攀藤的傳感器。
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