粉塵檢測技術(shù)最早誕生于上世紀(jì)50年代，以英、美、日、德為代表的發(fā)達(dá)國家率先開展相關(guān)研究，并將其應(yīng)用于工礦揚(yáng)塵監(jiān)測等場景，用于控制、預(yù)防由可吸入粉塵引發(fā)的各類職業(yè)病。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，以光散射原理為核心的粉塵檢測技術(shù)，也逐步進(jìn)入空氣凈化器等民用領(lǐng)域。21世紀(jì)以來，隨著中國工業(yè)化進(jìn)程的加快，作為副產(chǎn)品的環(huán)境污染問題也日益突出，城市居民的呼吸健康受到了霧霾問題的影響，于是以“PM2.5”為代表的顆粒物污染檢測技術(shù)也首次進(jìn)入大眾視野，成為廣受社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)話題，PM2.5傳感器也逐步成為室內(nèi)、車內(nèi)、公共場所空氣質(zhì)量檢測的重要工具。
早期的粉塵傳感器，主要使用紅外LED作為光源，通過電阻發(fā)熱以獲得熱氣流流動(dòng)。當(dāng)有空氣中有顆粒物通過時(shí)，接觸到LED光源之后發(fā)生散射，被光敏探測器接收到后產(chǎn)生不同大小電信號，經(jīng)放大、運(yùn)算后得到檢測結(jié)果。此項(xiàng)技術(shù)中，由于LED散射光強(qiáng)度較低，加熱電阻產(chǎn)生的氣流較弱，通常只對直徑大于1μm的較大顆粒有效，且只能通過電信號占空比表征空氣中的顆粒物變化情況，測量數(shù)值誤差較大化，且無法適應(yīng)塵源變化環(huán)境，難以實(shí)現(xiàn)對PM2.5等顆粒物的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
圖1、紅外LED粉塵傳感器示意圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為追求更高的性能，PM2.5傳感器開始引入激光技術(shù)，使用小功率半導(dǎo)體激光器作為光源，替代原有紅外LED。通過風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)，將采樣空氣推入激光光束所在區(qū)域，空氣中的顆粒物將激光散射，且不同粒徑的顆粒物散射角度、光強(qiáng)分布均有差異；通過在不同位置安裝光敏探測器，分別收集散射光并轉(zhuǎn)換為電信號，分析后可快速獲得不同尺寸顆粒物的濃度，從而實(shí)現(xiàn)高精度測量。與紅外LED傳感器相比，激光傳感器具有如下優(yōu)勢：
圖2、紅外LED及激光傳感器對比
除了室內(nèi)家電，車內(nèi)及室外環(huán)境下對PM2.5檢測的需求也日益強(qiáng)烈。面對更復(fù)雜的使用環(huán)境，不但要求傳感器所用的小功率半導(dǎo)體激光器具有穩(wěn)定的出光功率，還可在極大的環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)長期工作，故對激光器整體可靠性提出了更高的要求。早期PM2.5傳感器多使用進(jìn)口品牌，但近幾年山東華光光電子股份有限公司在半導(dǎo)體激光器研發(fā)中取得關(guān)鍵技術(shù)突破，將高可靠性外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及生長、高質(zhì)量腔面鍍膜工藝、全自動(dòng)金錫共晶工藝、全自動(dòng)老化及測試分檔等先進(jìn)技術(shù)引入小功率半導(dǎo)體激光器制造領(lǐng)域，以650nm、790nm為代表的小功率半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品，可在下至-40℃、上至85℃的苛刻環(huán)境下穩(wěn)定工作，已在PM2.5檢測領(lǐng)域獲得業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)及眾多客戶認(rèn)可，多年以來已大規(guī)模應(yīng)用于室內(nèi)外、車載PM2.5傳感器中。
圖3、用于PM2.5粉塵傳感器的小功率半導(dǎo)體激光器
后續(xù)，華光光電也將繼續(xù)發(fā)揮自身優(yōu)勢，堅(jiān)持走自主創(chuàng)新之路，大力推進(jìn)技術(shù)革新，朝著先進(jìn)光電子產(chǎn)品和領(lǐng)先解決方案的服務(wù)商奮進(jìn)，引領(lǐng)國內(nèi)半導(dǎo)體激光器邁上新的臺階。
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