美國(guó)TEMTOP/樂控PM-2T空氣質(zhì)量檢測(cè)模組的工作原理

美國(guó) TEMTOP / 樂控 PM-2T 空氣質(zhì)量檢測(cè)模組 的工作原理主要基于 激光散射法（光學(xué)粒子計(jì)數(shù)原理），通過(guò)對(duì)空氣中懸浮顆粒物的光學(xué)特性進(jìn)行檢測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。以下是其核心工作原理的詳細(xì)解析：

一、激光散射法的基本原理

激光散射法是利用激光束照射空氣中的顆粒物時(shí)，顆粒物會(huì)使激光產(chǎn)生散射現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)散射光的強(qiáng)度和角度等參數(shù)，計(jì)算出顆粒物的濃度和粒徑分布。

PM-2T 模組的核心組件包括：

激光發(fā)射單元：發(fā)射一束穩(wěn)定的激光（通常為紅光或紅外光），作為檢測(cè)光源。

采樣腔體：空氣通過(guò)風(fēng)扇或自然對(duì)流進(jìn)入模組的采樣腔體，激光束在腔體內(nèi)照射流經(jīng)的空氣。

光電傳感器：位于特定角度（如 90° 或前向散射角度），用于捕捉顆粒物散射的光信號(hào)。

信號(hào)處理單元：將光電傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)算法計(jì)算出顆粒物濃度。

二、PM-2T 模組的具體工作流程

空氣采樣

通過(guò)內(nèi)置風(fēng)扇（或外部氣流）將環(huán)境空氣吸入采樣腔體，形成穩(wěn)定的氣流（流量通常為 0.1L/min 或更低）。

空氣流經(jīng)激光束照射區(qū)域，其中的顆粒物（如 PM2.5、PM10 等）與激光發(fā)生相互作用。

激光散射與信號(hào)采集

當(dāng)顆粒物通過(guò)激光束時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射光，散射光的強(qiáng)度與顆粒物的表面積（或體積）成正比，而散射光的脈沖頻率與顆粒物的數(shù)量成正比。

光電傳感器（如光電二極管）捕捉散射光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的電信號(hào)（電流或電壓變化）。

信號(hào)處理與數(shù)據(jù)計(jì)算

微弱的電信號(hào)經(jīng)放大、濾波后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

模組內(nèi)置的微處理器（MCU）通過(guò)預(yù)設(shè)算法（如米氏散射理論模型），對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析：根據(jù)散射光脈沖的頻率和強(qiáng)度，區(qū)分不同粒徑的顆粒物（如 PM1.0、PM2.5、PM10）。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，計(jì)算出各粒徑顆粒物的濃度（如 μg/m3）。

數(shù)據(jù)輸出

處理后的顆粒物濃度數(shù)據(jù)通過(guò)通訊接口（如 UART、I2C 等）傳輸至外部設(shè)備（如空氣凈化器、智能家居中控、顯示屏等），供用戶查看或進(jìn)一步控制設(shè)備。

三、關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

多粒徑檢測(cè)能力

PM-2T 模組可同時(shí)監(jiān)測(cè) PM1.0、PM2.5、PM10 等不同粒徑的顆粒物，通過(guò)設(shè)定不同的粒徑切割閾值（基于空氣動(dòng)力學(xué)直徑），實(shí)現(xiàn)對(duì)各污染物的分類檢測(cè)。

抗干擾設(shè)計(jì)

采用 全金屬屏蔽罩 或封閉式結(jié)構(gòu)，減少外部電磁干擾（如家電、無(wú)線信號(hào)）對(duì)激光和光電傳感器的影響。

通過(guò)優(yōu)化光路設(shè)計(jì)（如異側(cè)進(jìn)出風(fēng)口、光路準(zhǔn)直），降低氣流擾動(dòng)和灰塵附著對(duì)檢測(cè)精度的干擾。

校準(zhǔn)與補(bǔ)償

模組出廠前需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)顆粒物（如乳膠球）進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測(cè)量精度。

部分型號(hào)可能內(nèi)置溫度、濕度傳感器，對(duì)環(huán)境溫濕度變化進(jìn)行補(bǔ)償，減少因氣溶膠物理特性變化（如吸濕性）導(dǎo)致的誤差。

四、應(yīng)用場(chǎng)景與優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用場(chǎng)景：

主要用于 家用空氣凈化器、新風(fēng)系統(tǒng)、智能家居設(shè)備、便攜式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀 等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi) PM2.5 等污染物濃度，并聯(lián)動(dòng)設(shè)備調(diào)節(jié)運(yùn)行模式（如自動(dòng)啟停、風(fēng)速調(diào)整）。

優(yōu)勢(shì)：

響應(yīng)速度快：采樣時(shí)間通常 <1.5 秒，可實(shí)時(shí)反饋空氣質(zhì)量變化。

體積小巧：模塊化設(shè)計(jì)便于嵌入各類設(shè)備，適合空間受限的場(chǎng)景。

成本效益高：相比激光雷達(dá)或光譜分析技術(shù)，性價(jià)比更優(yōu)，適合消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)。

五、局限性與注意事項(xiàng)

測(cè)量范圍有限：通常量程為 0~999 μg/m3，高污染環(huán)境（如工業(yè)場(chǎng)景）可能需更高量程的設(shè)備。

顆粒物類型差異：激光散射法對(duì)非球形顆粒物（如煙塵、花粉）的檢測(cè)精度可能受形狀影響，需結(jié)合算法修正。

維護(hù)需求：長(zhǎng)期使用后，采樣腔體可能積塵，需定期清潔或更換濾網(wǎng)，避免影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。