光电近接传感器

p　　中国传感器与物联网产业联盟组织的首届“SIA感知领航优秀项目征集”活动评选结果本周出炉，四方光电激光扬尘传感器PM3006，通过采用独特的激光散射测量技术，实现了室外扬尘在线监测、大气网格化监测、室外公共场所等户外极端工况下空气品质中PM2.5、PM10和TSP多参数的同时准确测量，并在国内外多个项目中得以成熟应用，经过专家组的评选，最终荣获“应用创新优秀项目奖”。/pp　　我国室外扬尘及网格化监测领域，早期多采用称重法和β射线吸收法的监测仪，该设备无法实现在线实时监测，投入费用昂贵且后期维护成本高，无法大批量得到应用。而民用净化器中大量应用的激光粉尘传感器，又因为存在无法满足室外-30~70℃全天候的温度环境，及无法满足建设工地等实际使用场景经常喷洒降霾的水雾影响或者下雨潮湿的高湿环境要求而难以得到使用。在户外环境下使用民用空气净化器上的传感器，室外的高温和低温都容易使传感器损坏，水雾也经常被误判为雾霾而造成爆表。同时与国家大气环境监测网提供的PM2.5/PM10/TSP的多项数据对比，民用激光粉尘传感器由于激光功率小、采样流量小，导致PM10计数率很少，因此PM10的分辨率很低，很多厂家只能根据PM2.5的数值按照比例计算出PM10和TSP，这样的监测数据存在严重失真。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/c279e9b9-a525-43ca-82b0-f5bb97aa49c7.jpg" title="图1.png" alt="图1.png"//pp　　通过对激光散射探测技术(LSD)近10年的技术积累和对应用市场客户真实需求的把握，四方光电研制出了扬尘传感器-PM3006，其采用宽温型大功率线型激光光源、API粉尘自动识别技术、先进的流道设计实现抗污染、大流量车规级采样装置、高湿度环境的水雾去除装置等，开创新的低成本实现了对室外扬尘的准确测量，PM2.5和PM10的实时监测数值与β射线吸收法监测设备，准确测量的相关性可以达到0.9以上。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/e1766e01-f47b-4bc6-a759-1aa4ccc14219.jpg" title="图2..jpg" alt="图2..jpg"//pp　　扬尘传感器PM3006得以成功量产并批量应用积累的经验，为进一步满足用户差异化的使用需求，四方光电进一步开发出了可以搭配气泵使用的扬尘传感器PM3003S，及完全不受流量变化而影响测量精度的扬尘传感器PM3006S-P。br//pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/4b7c34ab-586e-4207-bf4f-c1c59ad862b1.jpg" title="图4 (2).jpg" alt="图4 (2).jpg"//pp　/pp　　为了更好的满足客户设计及计量的需求，四方光电在核心传感器的基础上开发出了在线扬尘监测模组，方便客户更容易及更快速的实现监测系统的设计，大大缩短开发周期。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/3d17b26d-18cb-40e4-9c30-8e13cb82cb7b.jpg" title="图5.jpg" alt="图5.jpg"//pp　　自2003年创立至今，四方光电始终坚持核心技术创新之路，除光散射探测(LSD)之外，公司还掌握了非分光红外(NDIR)、超声波(Ultrasonic)、紫外差分吸收光谱(UV-DOAS)、热导(TCD)、激光拉曼(LRD)等核心气体传感技术，形成了气体传感器、气体分析仪器两大类产业生态，产品广泛应用于国内外的空气质量监测(室内、室外、汽车)、固定和移动污染源监测、工业过程节能减排监测、健康医疗和智慧计量等领域。/p

p　　根据“两会”期间公布的2020年政府工作报告，今年要实现单位国内生产总值能耗和主要污染物排放量继续下降 深化重点地区大气污染治理攻坚 要打好蓝天、碧水、净土保卫战，实现污染防治攻坚战阶段性目标。br//pp　　2020年是打赢蓝天保卫战、“十三五”规划的全面收官之年，我国大气污染治理进入攻坚“深水期”，剩下的都是难啃的“硬骨头”。作为一直以来的重点和难点，扬尘污染治理已然成为大气污染防治目标完成与否的关键点之一。/pp　　扬尘治理，需对症下药 而把脉问诊，监测为先。高性能的扬尘传感器对实现扬尘全面监测、精准治理、降低成本等多方面的重要性不言而喻。/pp　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "strong扬尘传感器的需求及应用现状/strong/span/pp　　行业发展初期，扬尘监测设备多基于β射线吸收法，然而受仪器体积较大、成本高昂等因素掣肘，量大面广的需求无法得到真正满足。/pp　　基于光散射原理的粉尘传感器，在民用室内检测应用中，经历了从采用LED光源和扩散式采样，用于粉尘浓度变化的趋势检测，到升级为激光光源和风扇采样，可以精确检测PM2.5数值的创新发展过程。然而针对室外扬尘监测还需要PM10和TSP的精准监测要求，则无法得到满足。/pp　　因此，能够同时准确测量PM2.5/PM10/TSP、体积小、购买和维护成本低成为了扬尘监测设备配套传感器面临的主要挑战。/pp　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "strong室外扬尘颗粒物监测的技术难点/strong/span/pp　　① 与β射线原理的设备保持较高的线性相关性/pp　　国站监测设备采用的是β射线原理，其他的扬尘监测站的监测数据必须要与其保持高度一致性，但由于原理上的差异，要做到这一点，传感器需要采用更高性能的器件，有效提升颗粒物识别的能力。/pp　　② 满足室外-30℃~70℃的工作温度要求/pp　　温度对传感器激光管的影响非常大，然而室外温度范围更宽，夏天在太阳下暴晒，温度可能会到达70℃ 冬天北方严寒地区最低温度可能达到零下30℃。这就要求传感器在此温度下不仅能够正常工作，还要确保检测的准确性。/pp　　③检测精度不受水雾影响/pp　　由于室外环境经常会遇到凝霜与露水的情况，这些水汽进入到传感器后会严重影响到传感器的测量值，甚至会造成传感器永久损坏。/pp　　④长期使用，精度不受积灰影响/pp　　扬尘传感器工作在室外，大颗粒的灰尘经过传感器采样风道内会受到重力影响附着在传感器内部，长期使用，会使得灰尘在传感器内部大量堆积，影响到测量准确性。/pp　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "strong四方光电激光扬尘传感器的技术特点/strong/span/pp　　四方光电基于创新的光散射技术研究，陆续推出红外粉尘传感器、激光粉尘传感器等系列传感器产品，广泛应用于室内、室外及车内检测等领域。/pp　　在此基础上，四方光电针对扬尘传感器的应用场景，以及不同地方标准需求，推动技术革新升级，成功研发扬尘颗粒物传感器PM3003S及 PM3006。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/578caa97-49a6-4d7e-9c5f-e5fc398bc203.jpg" title="222_副本.jpg" alt="222_副本.jpg"//pp style="text-align: center "图1：PM3006S(左)及 PM3006(右)激光扬尘传感器/pp　　strong1、 扬尘颗粒物智能识别技术(API技术)/strong/pp　　PM3003S，PM3006采用了独特的API(Auto Particle Identification，自动颗粒识别)技术，在多种尘源下进行标定，根据检测到的颗粒物分布进行自动判断，确保PM2.5、PM10和TSP的检测精度。/pp style="text-align: center"img style="width: 580px height: 393px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/bb9423a3-a58f-4a20-924e-5ae69424f42a.jpg" title="11.jpg" width="580" height="393" border="0" vspace="0" alt="11.jpg"//pp style="text-align: center"img style="" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/8ddb10c0-114d-496b-bd0c-6b33eaad613f.jpg" title="22.jpg"//pp　　strong2、 高温、恒功率、线型激光管/strong/pp　　PM3003S、 PM3006激光扬尘传感器采用了工作温度在-30~70℃的恒功率、线型光源，其光功率高达100mW，相比点光源高出20倍以上，原始信号更强，大大提升了颗粒物的识别效率。同时对光源采用了恒功率控制，保证原始信号的稳定输出，确保测量的稳定性。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/e6860d1a-bc80-4215-b684-13ef739fa43c.jpg" title="33_副本.jpg" alt="33_副本.jpg"//pp style="text-align: center "图2：室外扬尘传感器与民用粉尘传感器光源差别，左：高功率线型光源，右：低功率点光源/pp　　strong3、 自带除水雾装置，不受水汽影响。/strong/pp　　四方光电研制的PM3003S、 PM3006激光扬尘传感器前端配套了除湿装置，防止室外环境中细小的水珠进入检测气室，消除水汽对扬尘传感器的精度影响。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/0c10a2cf-ddd2-450c-bf4b-330c21a12571.jpg" title="44_副本.jpg" alt="44_副本.jpg"//pp　　strong4、 创新结构设计，长效防积灰。/strong/pp　　PM3003S、 PM3006激光扬尘传感器通过流体力学仿真对采样风道进行了长效防积灰结构设计，经过实际验证，可以减少室外环境对传感器检测精确度的影响，降低后期维护成本。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/efa66063-7146-489b-88b2-af426b89892a.jpg" title="66.jpg" alt="66.jpg"//pp　　我国室外扬尘网格化监测经历了早期的β射线吸收法，到采用民用净化器大量应用的激光粉尘传感器的过程。在使用过程中发现，民用的激光粉尘传感器不仅不能满足-30~70℃室外环境温度的全天候使用要求，同时还必须面对监测场所，特别是建设工地经常喷洒降霾的水雾影响，或者下雨潮湿的气候环境等。这种环境下，水雾经常被判断为严重雾霾造成爆表。同时网格化室外粉尘监控希望得到局部的可以与国家大气环境监测网数据具备的PM2.5/PM10/TSP的多项参数对比， 民用激光传感器由于激光功率小，采样流量小， PM10分辨率很低，无法提供准确的PM10, 通常采用根据PM2.5的数字进行比例计算，造成PM10监测数据失真。四方光电研制的PM3003S、 PM3006激光扬尘传感器通过采用宽温型大功率线型激光光源、API粉尘自动识别技术、先进的流道设计实现抗污染、大流量车规级采样机构、高湿度环境的水雾去除装置等，低成本地实现了对室外扬尘粉尘与β射线吸收法达到0.9相关系数的高精度测量。/ppbr//p

国内企业目前在成熟的国内企业目前在成熟的传感器传感器产品上已经占据了成本和技术优势，在高端的产品领域(光电传感器、红外传感器、速度传感器、加速传感器、GIS传感器等)国内企业已经突破了技术门槛，处于推广前期，一旦成功突破市场，将迎来又一次高速增长。产品上已经占据了成本和技术优势，在高端的产品领域(光电传感器、红外传感器、速度传感器、加速传感器、GIS传感器等)国内企业已经突破了技术门槛，处于推广前期，一旦成功突破市场，将迎来又一次高速增长。传感器由于具有较高的专业性，除国际一线厂商霍尼韦尔，博世，意法半导体，MEAS等公司具有较为全面的传感器品类，其余公司基本集中于某一细分领域，例如ABB的主要传感器产品适用于电力行业，飞思卡尔产品则是在汽车电子和消费电子领域，Vishay集中于工业称重领域。国内公司中情况也是如此，汉威电子的产品主要为气体传感器，孝感华工高理的产品主要为温度传感器。 　　气体传感器方面，2011年中国市场容量在1100万只左右，汉威电子作为国内气体传感器的龙头，销售了650万只，国内市场占有率60%左右，公司坚持“聚焦专业细分市场”的发展战略，通过多年努力，已经掌握半导体类传感器、催化燃烧类气体传感器、电化学类传感器、红外光学类气体传感器的生产技术并批量化生产，是目前国内唯一能生产以上四大类气体传感器的企业，气体传感器技术方面保持国内领先。其产品和解决方案已获得市场的广泛认可，主要用于检测、监控可燃性气体、有毒有害气体和特种气体。公司表示将深耕气体传感器市场，并大力培养和拓展燃气监控领域的市场，预计未来三年传感器在燃气领域的市场将有每年15%以上的复合增长率。由于气体传感器占整个传感器市场的比重不足3%，发展空间相对有限，公司不满足于仅在气体传感器领域拓展，转而开拓温度等传感器市场。公司近年研发生产热释电传感器，2011年销量就已经达到300 多万支，贡献收入约500 万元，如业务拓展较为顺利，预计未来几年均能实现100%以上的增长。　　温度传感器方面，华工新高理则是国内最大的厂商，目前其温度传感器的产能在7亿只以上，在家用空调传感器领域国内市场占有率预计 70%，公司建有教育部敏感陶瓷工程研究中心等国家级科研机构，公司产品具有国际竞争力，LG、三星、美的、格力等国内外知名企业均为公司的核心客户，由于变频空调等产品对传感器的需求是传统产品的2-3倍，预计未来传感器在家电市场仍将保持10%-20%稳定的增长。公司通过近年来的技术研发向高端市场拓展，积极进入车用传感器市场，由于汽车温度传感器价格在6元左右，远高于家电传感器产品，如果公司产品能通过中高端品牌汽车厂商认证，并形成批量出货，其盈利前景将非常可观。　　高端传感器领域里，我国正处于技术门槛已经突破，市场门槛即将突破的阶段，部分公司在光电传感器、红外传感器、速度传感器、加速传感器、GIS传感器等领域取得一定的突破，例如苏州固锝的加速传感器、中航电测的热敏传感器，但尚未形成规模，在国家政策的支持和推动下，我国的传感器行业将获得高速成长。