一提到激光，很多人首先會想到的是科幻影片中各種造型各異，威力強(qiáng)大的激光武器。事實(shí)上，除了軍事領(lǐng)域外激光技術(shù)被大量應(yīng)用于照明、測距、切割和IT等領(lǐng)域。例如這些年VCD、DVD和藍(lán)光產(chǎn)品的普及，其實(shí)都得益于激光技術(shù)的逐步發(fā)展。
激光的英文單詞LASER來源于英文詞組“受激輻射的光放大”的首字母縮寫。，LASER在我國被簡單地音譯為雷射，1964年在我國科學(xué)家錢學(xué)森建議下改稱“激光”。那么，究竟什么是激光？激光其實(shí)是指利用“受激輻射產(chǎn)生光放大”這一特殊的物理現(xiàn)象，所產(chǎn)生的光。拋開晦澀懂的物理學(xué)術(shù)語，與普通的可見光相比，激光具有：相干性高、方向性強(qiáng)、單色性好以及功率密度高的特點(diǎn)。打個(gè)形象點(diǎn)的比方，激光光源產(chǎn)生的光像大合唱，所有人的聲音都是一個(gè)音調(diào)而且節(jié)奏整齊；而普通可見光源產(chǎn)生的光就好像是茶館店里喧鬧聲，嘰嘰渣渣，雜亂無序。因此，激光能夠被匯聚成非常集中的平行光束，并且能在很長距離內(nèi)保持較小的擴(kuò)散角度和較高的功率密度。常見的激光器一般分為：固體激光器，氣體激光器以及半導(dǎo)體激光器（俗稱激光LED）三大類。在儀表級激光粒子計(jì)數(shù)器領(lǐng)域，一般采用（氦氖）氣體激光器作為光源。在粉塵傳感器領(lǐng)域，由于受成本約束，一般采用激光LED作為光源。紅外LED是發(fā)射波長在紅外段的發(fā)光二極管，常見波長一般在850nm~940nm左右，廣泛應(yīng)用于安防、通信、遙控和傳感等領(lǐng)域。由于紅外LED發(fā)光波長在可見光譜以外，配合特定光譜的接收器，可以大幅削弱環(huán)境光對接收信號的影響。得益于近年來紅外LED技術(shù)的不斷成熟，紅外LED具有：壽命長、發(fā)射效率高、單色性較好以及方向性較好的特點(diǎn)。這使得紅外LED在傳感器領(lǐng)域，尤其是粉塵傳感器行業(yè)被大量應(yīng)用。
在當(dāng)前粉塵顆粒PM2.5檢測領(lǐng)域中，主要采用兩種粉塵傳感器：紅外粉塵傳感器和激光粉塵傳感器。有些朋友對兩者的差別存在疑問。在此，從五個(gè)方面向大家簡要介紹一下。
一，結(jié)構(gòu)和原理
紅外原理粉塵傳感器的結(jié)構(gòu)和電路比較簡單。其光源為紅外LED光源，氣流進(jìn)出風(fēng)口主要靠電阻發(fā)熱以獲得熱氣流流動，有顆粒通過即輸出高電平。輸出信號只有PWM型號。
激光傳感器的結(jié)構(gòu)和電路相對復(fù)雜。其光源為激光二極管。采樣空氣通過風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)推動，通過復(fù)雜設(shè)計(jì)的風(fēng)道，進(jìn)行檢測。當(dāng)空氣中的細(xì)顆粒物進(jìn)入激光束所在區(qū)域時(shí)，將使激光發(fā)生散射；散射光在空間360°都有輻射，我們在適當(dāng)位置放置光電探測器，使之只接收散射光，然后經(jīng)過光電探測器的光電效應(yīng)產(chǎn)生電流信號，經(jīng)電路放大及處理后，即可得到細(xì)顆粒物濃度值。輸出信號一般為串口輸出。
二，價(jià)格與成本
紅外粉塵傳感器在業(yè)內(nèi)已成熟應(yīng)用多年，市場價(jià)格大約在35-50元，激光粉塵傳感器在市場價(jià)格在90-180元。
兩者的成本差距，主要是因?yàn)楹笳叩奈锪铣杀局性黾恿思す獍l(fā)生器和風(fēng)機(jī)等機(jī)構(gòu)且需要復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)，并有較高的技術(shù)門檻。
三，測量精度
紅外原理粉塵傳感器只能檢測到1um以上的顆粒，測量精度不足。因?yàn)榧t外LED光散射的顆粒信號較弱，只對大于1um的大顆粒有響應(yīng)，而且又僅用加熱電阻來推動采樣氣流，采樣數(shù)較少，數(shù)據(jù)計(jì)算完全交由上位機(jī)進(jìn)行。而激光粉塵傳感器可以檢測到0.3um以上的顆粒。因?yàn)樽詭Ц咝阅蹸PU，采用風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)采集大量數(shù)據(jù)，經(jīng)由專業(yè)顆粒計(jì)數(shù)算法分析；綜上，在采樣數(shù)、數(shù)據(jù)源、算法三方面都比紅外粉塵傳感器更有優(yōu)勢。
四，應(yīng)用場合
由于精度不足，紅外原理傳感器主要用于工礦揚(yáng)塵，檢測對象為大粒徑、高濃度粉塵，檢測級別是mg/m3，無法準(zhǔn)確測量PM2.5的濃度。
而激光原理傳感器主要應(yīng)用在PM2.5檢測領(lǐng)域，以精度量化PM2.5質(zhì)量?？汕度氲郊矣茫ㄜ囕d、手持）空氣檢測儀、空氣凈化器中。此外，激光原理傳感器在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、環(huán)境質(zhì)量檢測等領(lǐng)域亦有應(yīng)用。
五，發(fā)展趨勢
在激光粉塵傳感器進(jìn)入民用領(lǐng)域之前，空氣凈化器中大量采用了紅外粉塵傳感器。但隨著空氣凈化器行業(yè)的發(fā)展，加上一些大廠實(shí)現(xiàn)了激光粉塵傳感器的批量化生產(chǎn)，激光粉塵傳感器的造價(jià)在逐步降低，同時(shí)終端客戶對精準(zhǔn)測量空氣質(zhì)量的要求也越來越高。采用激光原理傳感器、精準(zhǔn)量化PM2.5質(zhì)量已是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的趨勢。
