Лазерный датчик наличия взвешенных частиц в воздухе

Опубликовано в номере:
PDF версия
В статье рассматривается первый лазерный датчик частиц серии HPM компании Honeywell. Приводится сравнение лазерной и светодиодной технологий обнаружения частиц в воздухе.
Датчик обнаружения взвешенных частиц серии HPM

Рис. 1. Датчик обнаружения взвешенных частиц серии HPM

Датчик частиц

Компания Honeywell разработала новый датчик для обнаружения взвешенных в воздухе частиц (рис. 1).

Датчик серии HPM представляет собой устройство, выполненное на основе лазера, в котором для обеспечения надежного и точного обнаружения загрязняющих частиц в воздухе окружающей среды используется метод рассеяния света. Как правило, загрязняющие частицы образуются в результате сжигания различных видов органического топлива и ряда технологических процессов, связанных с функционированием промышленных предприятий. Такие частицы могут в течение длительного времени находиться в воздухе окружающей среды, достигая концентрации до 1000 мкг/м3. Датчик анализирует воздух окружающей среды и представляет результат в виде оценки концентрации частиц в воздухе в режиме реального времени.

Датчики HPM могут обнаруживать взвешенные в пробе воздуха частицы загрязнителей с размерами от PM2.5 и PM10. Примеры загрязнителей, переносимых по воздуху, представлены на рис. 2, 3. Это пыль, грязь, сажа, дым, капли жидкости и др.

Виды взвешенных частиц

Рис. 2. Виды взвешенных частиц, загрязняющих воздух

Категории взвешенных в воздухе частиц по размерам, РМ10 и РМ2.5

Рис. 3. Категории взвешенных в воздухе частиц по размерам, сверху РМ10, снизу РМ2.5

Принцип работы датчиков HPM

Принцип работы датчика HPM показан на рис. 4. Воздух из окружающей среды засасывается вентилятором и поступает в датчик через вход для приема пробы воздуха (1). Проба воздуха проходит через луч лазера, который проецируется объективом на фотодиод (2). Фотодиод передает информацию в фотоэлектрический преобразователь (3), где определяются размеры и частота следования взвешенных в пробе воздуха частиц. Эти данные поступают в блок с микроконтроллером (4), где по запрограммированному алгоритму обрабатываются и выводятся в виде цифрового значения в мкг/м3.

 

Лазер или светодиод

Некоторые датчики, использующие светодиодную технологию, значительно уступают по точности датчикам, выполненным на базе лазеров. Причина заключается в том, что большинство светодиодных излучателей имеет широкую диаграмму направленности и свет захватывает более широкую зону внутри камеры устройства. Большое рассеяние света отрицательно влияет на способность датчика обнаруживать взвешенные в потоке воздуха частицы. Лазер, напротив, генерирует тонкий луч света с высокой интенсивностью, что позволяет датчикам серии HPM более точно определять частицы и передавать данные на устройство управления в реальном времени. Сравнительные характеристики датчика HPM и конкурентных решений на основе светодиодной технологии приведены в таблице.

Таблица. Сравнительные характеристики датчиков частиц

Параметр

Лазерный датчик

Светодиодный датчик

Размеры обнаруживаемых частиц

Категория PM2.5, PM10

Не менее 1 мкм

Измеряемая концентрация частиц, мкг/м3

0–1000

0–800

Погрешность, мкг/м3

Не более ±15

От ±20 до ±60

Калибровка

На заводе-изготовителе

Не применяется

Время отклика, с

Не более 6

Не более 30

Напряжение питания, В

5 ± 0,2

5 ± 0,5 (при пульсации <30 мВ)

Ток потребления в дежурном режиме, мА

Не более 20

Не нормируется

Ток потребления в рабочем состоянии, мА

Не более 80

90

Допустимая влажность, %

0–95

Не более 95 (без конденсации)

Результаты измерения

PM2.5, концентрация в мкг/м3

Аналоговое напряжение

Протокол выхода

UART или I2C

UART или ШИМ

Срок службы

20 тыс. часов непрерывно или 60 тыс. часов в периодическом режиме

До 7 лет

Габаритные размеры, мм

43×36×23,7

59×45×22

Заключение

Переход от светодиодных датчиков частиц к лазерным обеспечивает следующие преимущества:

  • возможность более точного и экономичного мониторинга и контроля загрязнения окружающей среды;
  • длительный срок эксплуатации — 20 тыс. часов непрерывной работы, что соответствует семи годам при восьмичасовом рабочем дне;
  • проверенную и подтвержденную устойчивость к воздействию внешних электромагнитных помех вследствие соблюдения требований стандарта электромагнитной совместимости IEC 61000, что гарантирует стабильность функционирования и низкую погрешность измерения;
  • повышенную надежность, позволяющую использовать эти датчики в самых жестких условиях окружающей среды.
    Схема работы датчика частиц

    Рис. 4. Схема работы датчика частиц

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *