尘源智能识别技术的室外颗粒物传感器在空气品质监测中的应用

　　一、颗粒物监测的必要性

　　近年来环境质量问题引发环境组织及各国政府高度重视，雾霾频发对人们的生产、生活带来较大影响，人们越来越多地关注身边的空气质量状况。大气颗粒物是影响气候和人体健康为重要的因素之一，可分为超细颗粒物（pm1.0）、可吸入颗粒物（pm2.5）、细颗粒物（pm10）。研究表明：空气中的可吸入颗粒物每增加10 ug /m3，肺癌致死的危险就增加8%，心脏病死亡率则增加6%，总死亡率增加4%。对此，我国在2012年修订了《环境空气质量标准》（gb3095-2012），对空气中颗粒物浓度提出了更严格的要求，各地政府和不断投入大量的人力、财力、物力来治理和预防颗粒物污染。基于激光光散射法的室外颗粒物传感器以其灵敏度高、响应速度快等特点，成为近年来空气品质监测领域开发的重点。

　　二、颗粒物监测技术现状

　　颗粒物的粒度范围主要有6数量级（0.3μm、0.5μm、1.0μm、2.5μm、5.0μm、10μm），监测难度大，对于室外颗粒物传感器有着很高的要求，不但要有较高的测量精度，还需要其颗粒物识别粒径范围广。国内外的研究者针对室外颗粒物传感器的测试方法和其受环境影响的因素等方面进行了不断的研究改进，顾芳、杨娟、卞保民等采用粒子计数器测量颗粒物质量浓度，并提出两步校正方法，解决了等价因子的不稳定性；nagura m，ishii y，ikeda h等人，通过在散射测量仪中增加温度控制模块，进一步增加粒径尺寸的测量范围，降低噪声，提高测量的重复性。但目前国内大部分的室外颗粒物传感器并没有掌握保证传感器测量精度及测量范围的核心技术，在产品性能上还有很大的改进空间。

　　三、影响室外颗粒物传感器的测量范围及精度的核心因素

　　对室外颗粒物传感器进行浓度标定是保证传感器测量范围及精度的重要步骤之一。由于缺少统一的标准，不同国家采用的标定技术不尽相同，各个传感器生产厂家也各有不同的出厂标定程序，导致不同厂家生产的传感器彼此间测量结果差异较大。目前，国内较为常用的标定方法是：在一定环境及时间条件下，将均匀混合有某一标准粒子的混合气体送入标定舱内，采用经检定的、具有更高准确度、灵敏度的标准仪器，结合软件算法对传感器进行标定。激光粉尘传感器标定中常用的标准粒子为香烟，香烟中的颗粒物粒径通常在0.3~1.0μm之间，但实际应用环境中的颗粒物是多样化的，这些粒子的物理、化学性质各有不同。因此，使用某一标准粒子标定室外颗粒物传感器，传感器在实际应用中对标准粒子外的其他颗粒物的测量会存在误差，从而影响整个传感器的测量精度。

　　四、尘源智能识别技术在室外颗粒物传感器中的应用

　　对此，四方光电股份有限公司基于其多年的粉尘传感器研发及多家世界500强企业的配套服务经验，结合室内室外空气品质监测的市场需求，开发出一系列新型的大气网格化监测模块产品，可进行“尘源智能识别”。

　　所谓“尘源智能识别”，即室外颗粒物传感器的实际应用过程中，可对当前环境下的尘源类别（即颗粒物成分）进行判断识别，结合相应算法对当前尘源对应的补偿系数进行修正，提高激光粉尘传感器对颗粒物的测量范围及精度。

图2、“尘源智能识别”技术原理图

图3、不同尘源环境下尘源智能识别算法的粉尘传感器与的测量精度对比

　　根据室内室外颗粒物的实际监测需求，对具备“尘源智能识别”算法的室外颗粒物传感器进行不同尘源环境下测量范围及精度测试。结果表明，具备“尘源智能识别”算法的室外颗粒物传感器在不同尘源环境下与标准设备输出的数据高度一致（见图3），可实现对pm1.0、pm2.5、pm10的同时测量，满足室内室外颗粒物监测的实际需求。