近年来,雾霾天气在我国频繁多发,空气污染时刻影响着我们的健康，空气质量问题已引起全社会高度关注。随着人们生活水平日益提高以及全民健康意识的不断提升，空气质量监测和空气净化类产品得到了广泛关注，惹人注目的是空气监测、净化类产品的智能化极致体验，让清新空气不再是奢求!

　　空气净化器产品不同于空调，就普通消费者而言，对其购买的空气净化器产品是否有效是很难建立一个很直观的感受，需要有相关的监测数据给予公正的评价。因此，粉尘传感器逐步引起行业关注，评价室内空气质量好坏只有粉尘传感器，它能够感知空气中危害成分浓度，是空气净化器产品与用户间建立直接联系的最重要的桥梁。

　　在国内外中高端空气净化器市场，粉尘传感器的应用已经十分广泛，是智能空气净化器必备的传感器之一。

　　随着国内空气净化器市场的高速增长，粉尘传感器技术也是发展迅猛，尤其是激光粉尘传感器得到了快速发展，国内厂家也纷纷推出自家的激光粉尘传感器。2014年至2015年是国内激光粉尘传感器发展最快的一个时期，产品也是逐步走向成熟、稳定、量产。

　　国内粉尘传感器市场确实是精彩纷呈，新品倍出，有哪个厂商不想在这大好环境中脱颖而出? 然而，乱花渐欲迷人眼，从各厂商对自己产品的宣传来看，都侧重于渲染自家产品的优势，这无可厚非;但有时不免言之偏颇，缺乏客观性。本文从如何选择合适的粉尘传感器来帮助中高端空气净化器产品提升用户体验、创造价值入手，浅谈空气净化器到底该用哪种粉尘传感器。

　　正确认识激光粉尘传感器和红外粉尘传感器
　　一提到激光，很多人首先会想到的是科幻影片中各种造型各异，威力强大的激光武器。事实上，除了军事领域外激光技术被大量应用于医疗、照明、测距、切割和IT等领域。例如这些年VCD、DVD和蓝光产品的普及，其实都得益于激光技术的逐步发展。

　　激光的英文单词LASER来源于英文词组“受激辐射的光放大”的首字母缩写。最初，LASER在我国被简单地音译为雷射，1964年在我国著名科学家钱学森建议下改称“激光”。那么，究竟什么是激光?激光其实是指利用“受激辐射产生光放大”这一特殊的物理现象，所产生的光。抛开晦涩懂的物理学术语，与普通的可见光相比，激光具有：相干性高、方向性强、单色性好以及功率密度高的特点。打个形象点的比方，激光光源产生的光像大合唱，所有人的声音都是一个音调而且节奏整齐;而普通可见光源产生的光就好像是茶馆店里喧闹声，叽叽渣渣，杂乱无序。因此，激光能够被汇聚成非常集中的平行光束，并且能在很长距离内保持较小的扩散角度和较高的功率密度。常见的激光器一般分为：固体激光器，气体激光器以及半导体激光器(俗称激光LED)三大类。在仪表级激光粒子计数器领域，一般采用(氦氖)气体激光器作为光源。在粉尘传感器领域，由于受成本约束，一般采用激光LED作为光源。 红外LED是发射波长在红外段的发光二极管，常见波长一般在850nm~940nm左右，广泛应用于医疗、安防、通信、遥控和传感等领域。由于红外LED发光波长在可见光谱以外，配合特定光谱的接收器，可以大幅削弱环境光对接收信号的影响。得益于近年来红外LED技术的不断成熟，红外LED具有：寿命长、发射效率高、单色性较好以及方向性较好的特点。这使得红外LED在传感器领域，尤其是粉尘传感器行业被大量应用。

　　在当前粉尘颗粒PM2.5检测领域中，主要采用两种粉尘传感器：红外粉尘传感器和激光粉尘传感器。

　　有些朋友对两者的差别存在疑问。在此，美时美克从五个方面向大家简要介绍一下。

　　一，结构和原理

　　红外原理粉尘传感器的结构和电路比较简单。其光源为红外LED光源，气流进出风口主要靠电阻发热以获得热气流流动，有颗粒通过即输出高电平。输出信号只有PWM型号。

　　激光传感器的结构和电路相对复杂。其光源为激光二极管。采样空气通过风扇或鼓风机推动，通过复杂设计的风道，进行检测。当空气中的细颗粒物进入激光束所在区域时，将使激光发生散射;散射光在空间360°都有辐射，我们在适当位置放置光电探测器，使之只接收散射光，然后经过光电探测器的光电效应产生电流信号，经电路放大及处理后，即可得到细颗粒物浓度值。输出信号一般为串口输出。

　　二，价格与成本

　　红外粉尘传感器在业内已成熟应用多年，市场价格大约在35-50元，激光粉尘传感器在市场价格在80-120元。
　　两者的成本差距，主要是因为后者的物料成本中增加了激光发生器和风机等机构且需要复杂电路结构，并有较高的技术门槛。

　　三，测量精度

　　红外原理粉尘传感器只能检测到1um以上的颗粒，测量精度不足。因为红外LED光散射的颗粒信号较弱，只对大于1um的大颗粒有响应，而且又仅用加热电阻来推动采样气流，采样数较少，数据计算完全交由上位机进行。

　　而激光粉尘传感器可以检测到0.3um以上的颗粒。因为自带高性能CPU，采用风扇或鼓风机采集大量数据，经由专业颗粒计数算法分析;综上，在采样数、数据源、算法三方面都比红外粉尘传感器更有优势。

　　四，应用场合

　　由于精度不足，红外原理传感器主要用于工矿扬尘，检测对象为大粒径、高浓度粉尘，检测级别是mg/m3，无法准确测量PM2.5的浓度。

　　而激光原理传感器主要应用在PM2.5检测领域，以精度量化PM2.5质量。可嵌入到家用(车载、手持)空气检测仪、空气净化器中。此外，激光原理传感器在物联网数据采集、环境质量检测等领域亦有应用。

　　五，发展趋势

　　在激光粉尘传感器进入民用领域之前，空气净化器中大量采用了红外粉尘传感器。但随着空气净化器行业的发展，加上一些大厂实现了激光粉尘传感器的批量化生产，激光粉尘传感器的造价在逐步降低，同时终端客户对精准测量空气质量的要求也越来越高。采用激光原理传感器、精准量化PM2.5质量已是业内公认的趋势。

　　对于红外粉尘传感器认识的几个误区：

　　对于空气净化器厂家来讲，选择合适的粉尘传感器将是决定其中高端产品用户体验度的关键。目前市场上传统的红外粉尘式传感器普遍存在“体积大”、“一致性差”、“精确度低”的问题，这很难以满足中高端空气净化器产品对于数显的基本需求。尤其是“响应慢”和“一致性差”这两个缺点，使得中高端空气净化器产品很难通过传感器传达其产品的优异性能，也就很难形成差异化竞争优势。

　　很多空气净化器厂商甚至陷入了一个思维误区，认为红外粉尘传感器在原理上就存在“体积大”、“一致性差”、“精确度低”这些先天不足;而激光粉尘传感器可以解决上述问题。其实，这样的理解并不客观，本文试从以上空气净化器厂商关注的几个点，谈一下红外粉尘传感器与激光粉尘传感器的一些差异。

　　误区一：关于寿命短的问题

　　空气净化器厂商在选择粉尘传感器时很看重产品的使用寿命。传统的红外粉尘传感器经过市场多年的验证，其可靠性是被市场广泛认可的。通常认为，在室温、额定电流驱动下，红外LED光衰50%的周期可以做到100,000小时以上;这主要得益于近年来红外LED技术不断成熟。为了保证产品质量和产品精度，炜盛科技对于红外LED寿命的追求近乎苛刻，除了降额设计、选料上乘外，每个传感器产品出厂前都经过长时间产品老化和考核筛选，以满足50，000小时的设计寿命。 现有市面上激光LED的技术水平参差不齐。欧美大厂的技术相对先进;在额定驱动下，激光LED的寿命一般可以做到在6,000 至 20,000小时;但价格相对昂贵，适用于工业和汽车等高附加值领域。其他低价位产品，发射功率低、耗散功率高、温升大，设计寿命很难得到有效保证。 因此，有关“红外式粉尘传感器的寿命不如激光式粉尘传感器”的理解是一大误区。

　　应该说，在同样工作条件下，红外粉尘传感器的寿命明显优于普通的激光式粉尘传感器。这两年红外式粉尘传感器市场的不断成熟，从一个侧面也印证了这一观点。

　　误区二：关于响应速度慢的问题

　　除了产品寿命外，空气净化器厂商在选择粉尘传感器的时候也非常关心传感器的响应速度(也叫灵敏度)。市面上的有一些红外粉尘传感器采用半主动式进风方式(电阻加热空气，热空气上升原理)：进风效率低下，流量易受外界环境干扰，摆放方式受到严格限制。使得不少净化器厂商深受其苦，甚至误认为红外式的粉尘传感器在响应速度上存在先天不足，这其实是一大误区。

　　事实上，粉尘传感器的响应速度主要受到进气道设计，接收器设计，滤波器设计等几方面因素的制约;但与照射光源是红外LED还是激光LED没有直接关系。众所周知，无论是激光还是红外光，真空光速本身都在300，000 KM/S左右，因此，光源是否为激光不会影响传感器的响应速度。在进气良好的前提下，滤波器的设计直接决定传感器的响应速度。

　　误区三：关于一致性的问题

　　尽管市场上红外粉尘传感器都宣传自己的一致性可以控制在+/-20% 甚至更小的范围内，但细心的空气净化器产品研发人员在产品研发过程中一定会发现，无论自己如何努力优化设计，甚至不惜增加软、硬件成本，都无法做到厂家所宣称的+/-20%，甚至连+/-50%都做不到。

　　在各大空气净化器展会上，很少有厂家会将自己同一机型产品进行多台成列，就是为了避免显示差异性过大的尴尬场面。可以这样认为，粉尘传感器的一致性问题是中高端净化器数显方案成功与否的关键。鉴于有些厂家的红外粉尘传感器在一致性上的糟糕表现，很多空气净化器厂家不禁提出这样的疑问，“红外粉尘传感器是否在一致性上存在不可逾越的障碍”?

　　误区四:关于精确度低的问题

　　前面我们谈到产品一致性是产品之间个体差异的问题;除了相对偏差以外，传感器测量值与环境真实值之间的绝对偏差，也是空气净化器厂商关心的参数。因此，有些厂商可能会有这样的疑问，“激光粉尘传感器的精度是否天生优于红外式传感器”?

　　这是一个有趣的问题，在回答这个问题之前，我们先来了解一下激光式粉尘传感器的基本组成及与红外粉尘传感器之间的差异。现有市场上常见的激光粉尘传感器主要由发光部分(半导体激光LED)，接收部分(硅光电池或光电二极管)，放大电路，微处理器和一个风扇组成。 半导体激光LED与红外LED的差异主要体现在以下四个方面：发射功率低不同，波长较为集中(红光650nm左右，蓝光在490 nm左右)，光路方向性强以及高相干性。然而，高相干性对粉尘测量的精度几乎没有任何影响。而现有红外LED的头部均装有光学透镜，可以轻松实现 +/-10度以下的发射角，鉴于光路长度一般不超过10mm左右，因而在红外光束宽度变化不到2mm，可以说与激光LED没有太大差异;考虑到可能存在的安装误差，进一步减小发射角并没有太大的实际意义。激光传感器的接收部分实际多采用广谱的光敏接收器(硅光电池500-1100nm，光电二极管400-1100nm);因此，激光LED发射波长较为集中的特性对粉尘测量的精度影响也基本可以忽略。最后，从发射功率来看，普通半导体激光LED要明显低于同类的红外LED。常用的TO18封装的InGaAIP的红色激光LED发射功率在5mW@30mA左右，而T-1封装5mm的红外LED发射功率可以达到50mW@30mA甚至更高。

　　总所周知，光源强度直接影响光电散射信号的强度，红外LED的发射功率比普通半导体激光LED高一个量级就意味着更小的信号可以被更容易的分辨出来。此外，由于普通激光LED光电转换效率低下，管芯的温升成了影响光源稳定性的新问题。

　　事实上，计量级台式激光粒子计数器产品多采用氦氖激光器而非半导体激光器作为光源就是考虑到半导体激光器温升过高的原因。而且，在一定条件下，随着激光LED管芯温度升高，其发射功率会下降，这使得耗散功率和管芯温度进一步升高，最终会导致管芯烧毁。因此，普通激光LED对其适用的温度有严格的限制，一般不超过50℃;而红外LED则没有这方面的限制。

　　当然，高发射功率(效率)的激光LED技术并非不可逾越，欧美的一些大厂已经可以提供发射功率在100mW以上的5mm直径的产品，但其价格远高于售价在千元以内的量产传感器可以承受的范围，现阶段主要用于工业和汽车领域。

　　我们相信，随着技术不断的发展，未来高功率的激光LED是有可能逐渐进入普通粉尘传感器领域的。 红外粉尘传感器在接收部分也与激光粉尘传感器存在一定差异。为了避免环境光对接收器的影响，红外粉尘传感器多采用接收器加光学透镜的组合。这样设计虽然增加了一定的成本，却在获取良好的信号与削弱环境光影响之间取得一个很好的平衡，使得检测精度进一步提高。此外，红外式粉尘传感器由于采用波长在850nm附近红外光源和接收器，可以进一步削弱环境光对测量结果的影响。而红(650nm)、蓝(490nm)激光由于落在可见光谱的范围内，如果采样通道设计不合理，则传感器易受环境光干扰。 在放大电路方面和信号处理方面，红外传感器与激光式传感器在基本原理大同小异，但在具体实现上各有侧重。

　　最后，需要强调的是粉尘传感器的精度还取决于其标定方法。对于销量少，单价高的仪表级激光粒子计数器而言，可以采用多组粒径分布相对集中的气溶胶来标定各通道的数据。由于受成本的限制，粉尘传感器的标定均参照空气净化器行业国标。由于香烟粉尘的粒径主要分布于0.1um以上，粒径分布范围较广。因此，要从一个“单一的、广谱粒径分布”的粉尘源上获得准确的多通道标定数据是非常困难的;在规模生产中既不切实际、也没有必要。 因为现有红外粉尘传感器的精度，已经完全满足、甚至超越中高端净化器市场的需求了。通过以上的讲述，我们相信不管是消费者还是空气净化器厂家都对“红外粉尘传感器和激光粉尘传感器的优劣”有了一定的客观认识。