近日，國外咨詢機構(gòu)Yole Intelligence發(fā)布報告《Gas and Particle sensors 2024》，報告對氣體和粉塵傳感器全球市場進(jìn)行了調(diào)研，分析了氣體和粉塵傳感器的市場現(xiàn)狀、具體的細(xì)分市場和未來發(fā)展趨勢，報告顯示氣體和粉塵傳感器市場在2023年至2029年間增長 8%，到2029年市場總規(guī)模將達(dá)到約 28 億美元，在消費、工業(yè)、汽車和醫(yī)療這4大領(lǐng)域都有所增長。

圖1 氣體和粉塵傳感器的市場預(yù)測

報告中提及的粉塵傳感器是一種用于監(jiān)測環(huán)境中粉塵顆粒濃度的裝置，它通過使用光學(xué)、電子或化學(xué)傳感技術(shù)來檢測并量化懸浮在空氣中的微小顆粒物質(zhì)，如灰塵、煙霧、細(xì)顆粒物、粉末或顆粒狀污染物，然后將測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可讀的數(shù)字或圖形形式。受到環(huán)境意識提高、法規(guī)合規(guī)、技術(shù)創(chuàng)新和市場需求多元化等多個因素的共同推動，粉塵傳感器將不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也將繼續(xù)擴大。

根據(jù)Yole Intelligence的報告顯示，四方光電在2023年全球粉塵傳感器為17%，市場占比第一！四方光電是一家從事智能氣體傳感器和氣體分析儀器的科創(chuàng)板上市企業(yè)，多年來不斷深耕技術(shù)，通過光散射技術(shù)研究，利用先進(jìn)的自動粒子識別技術(shù)（Auto Particle Identification，API）和鞘氣保護(hù)結(jié)構(gòu)開發(fā)了系列粉塵傳感器，相較于其他測量方法，具有精度更高、穩(wěn)定性更好的優(yōu)勢。

圖2 粉塵傳感器

光散射技術(shù)原理

空氣中的粒子對入射光有散射作用，散射光的強度與粒徑有關(guān)。將含有顆粒的空氣從采樣口吸入，通過光敏感區(qū)時，塵埃粒子受光照射，散射出與粒子大小成一定比例的光脈沖信號，該信號被光敏器件接收并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號再被放大，通過對一個檢測周期內(nèi)電脈沖的計數(shù)，便可得知單位采樣空氣中的粒子個數(shù)（pcs/L），進(jìn)而可通過算法換算為質(zhì)量濃度。

圖3 光散射技術(shù)原理

自動粒子識別技術(shù)

粉塵傳感器的應(yīng)用場景非常廣泛，包括室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、室外環(huán)境監(jiān)測、潔凈室顆粒物檢測等等，由于環(huán)境的復(fù)雜多變，不同場景下粉塵粒子分布不同，需要檢測的粒徑大小也不同。為準(zhǔn)確識別傳感器所處場景、精確檢測不同大小的顆粒物濃度，自動粒子識別技術(shù)應(yīng)運而生。自動粒子識別技術(shù)通過算法消除相互干擾，通過粒徑分布特征推算粒子密度，再據(jù)此計算濃度，實現(xiàn)對不同場景下不同分布特征粉塵濃度的合理反饋，以及不同粒徑粒子的多通道輸出，是一種高性價比的技術(shù)解決方案。憑借自動粒子識別技術(shù)，四方光電的粉塵傳感器在PM2.5、PM10等不同塵源環(huán)境下，能夠?qū)崿F(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)儀器近乎一致的測量結(jié)果，且具備自動溫度補償及良好的耐久性。

鞘氣保護(hù)結(jié)構(gòu)

測量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性是粉塵傳感器的重要指標(biāo)，但是，在惡劣環(huán)境下，傳感器的測量穩(wěn)定性很容易受到影響。因為空氣中顆粒進(jìn)入光腔后很容易在光敏區(qū)發(fā)生重疊，故傳感器的檢測精度產(chǎn)生較大誤差；另外，高濃度顆粒物環(huán)境下大量顆粒物進(jìn)入腔室并很快沉積，從而污染內(nèi)部光學(xué)元件，使傳感器的穩(wěn)定性快速下降，其壽命大大縮短。這些因素始終影響著傳感器的長時間穩(wěn)定運行。為解決這一問題，四方光電采用了鞘氣保護(hù)結(jié)構(gòu)，相較于現(xiàn)有技術(shù)，通過引入鞘氣來保護(hù)監(jiān)測箱內(nèi)的光學(xué)腔體，減少粉塵顆粒物對光學(xué)腔體的污染，進(jìn)而減少了維護(hù)的工作量。

基于上述技術(shù)的優(yōu)勢，四方光電推出的紅外粉塵傳感器、激光粉塵傳感器、揚塵傳感器和粒子計數(shù)器等系列傳感器產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于消費電子、工業(yè)環(huán)境、車內(nèi)環(huán)境和醫(yī)療環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，憑借過硬的技術(shù)實力和產(chǎn)品質(zhì)量得到了市場的認(rèn)可。

在消費電子應(yīng)用領(lǐng)域，四方光電推出了紅外粉塵傳感器PM1000系列、激光粉塵傳感器PM2000系列和集成空氣品質(zhì)傳感器AM1000系列，產(chǎn)品可以滿足室內(nèi)空氣監(jiān)測的需求，廣泛應(yīng)用于空氣凈化器、室內(nèi)空調(diào)和室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)上。紅外粉塵傳感器PM1000系列和激光粉塵傳感器PM2000系列采用光學(xué)散射原理，可檢測室內(nèi)空氣中顆粒物濃度數(shù)值的變化趨勢；具有精度高、靈敏度好、響應(yīng)速度快和功耗低等優(yōu)點。在此基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有市場不斷升級的需求以及痛點，四方光電將顆粒物濃度檢測和其他空氣指標(biāo)檢測結(jié)合，推出了集成空氣品質(zhì)傳感器AM1000系列，能夠同時檢測顆粒物濃度、室內(nèi)溫濕度、VOC濃度等多項空氣指標(biāo)，具有性能穩(wěn)定、設(shè)計緊湊、功能齊全和接口豐富的優(yōu)勢，滿足客戶在不改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況下進(jìn)行性能升級的需求。

在工業(yè)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，四方光電針對揚塵監(jiān)測的市場需求、深入研究現(xiàn)有傳感器的痛點難點，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，以及不同地方標(biāo)準(zhǔn)需求，推動技術(shù)革新升級，成功研發(fā)了揚塵顆粒物傳感器PM3003S及PM3006S。通過采用寬溫型大功率線型激光光源、API粉塵自動識別技術(shù)、先進(jìn)的流道設(shè)計實現(xiàn)抗污染、大流量車規(guī)級采樣機構(gòu)、高濕度環(huán)境的水霧去除裝置等，低成本地實現(xiàn)了對室外揚塵粉塵與β射線吸收法達(dá)到0.9相關(guān)系數(shù)的高精度測量。在長期市場應(yīng)用與檢驗過程中，幫助大批揚塵監(jiān)測客戶順利通過CPA，CCEP認(rèn)證，成為室外揚塵監(jiān)測的良好選擇。另外，四方光電還推出了激光粉塵傳感器PM3003Q，采用工業(yè)級激光器，可靠性高，配以流量穩(wěn)定的氣泵，實現(xiàn)顆粒物PM2.5、PM10、TSP質(zhì)量濃度的實時輸出。

在汽車領(lǐng)域，四方光電推出了汽車PM2.5傳感器APMS-3302，是一款采用激光散射原理的車用粉塵傳感器，可精確檢測并計算單位體積內(nèi)空氣中不同粒徑的懸浮顆粒物的個數(shù)，通過數(shù)學(xué)算法及科學(xué)標(biāo)定輸出顆粒物質(zhì)量濃度。具有壽命長、精度高等優(yōu)勢，可在道路行駛過程中實現(xiàn)快速響應(yīng)。為了滿足市場的更高要求，四方光電推出PM2.5+CO2集成傳感器AIS-3200，可以實現(xiàn)檢測PM2.5和CO2的實時檢測，同時可擴展監(jiān)控車內(nèi)溫度。產(chǎn)品在全溫度與壓力范圍內(nèi)均可滿足精度要求，目前廣泛應(yīng)用于車載檢測儀、車內(nèi)空調(diào)和車載凈化器中。

在醫(yī)療環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，為了滿足醫(yī)療行業(yè)對潔凈度的需求，四方光電推出了OPC系列塵埃粒子計數(shù)器，主要有在線式塵埃粒子計數(shù)器OPC-6510DS、OPC-6303DS、OPC-6510和OPC-6303M和便攜式塵埃粒子計數(shù)器OPC-6511DS。其中在線粒子計數(shù)器OPC-6510DS采用光學(xué)散射原理，可精確檢測并計算單位體積內(nèi)空氣中不同粒徑的懸浮顆粒物的個數(shù)，可同時輸出 0.3μm、0.5μm、1.0μm、5.0μm、10μm 五個通道的顆粒數(shù)，內(nèi)置超聲波氣體流量傳感器，進(jìn)行恒流采樣；采用低噪音渦輪風(fēng)機采樣，連續(xù)監(jiān)測穩(wěn)定性好；采用開放性通訊協(xié)議，方便客戶集成；使用大功率線性激光器，能進(jìn)行高效粒子識別。

作為中國氣體傳感器的創(chuàng)新企業(yè)，四方光電憑借長期的技術(shù)沉淀、嚴(yán)格的質(zhì)量體系及國際化視野，已經(jīng)成為諸多世界500強及國內(nèi)外細(xì)分領(lǐng)域頭部企業(yè)的配套供應(yīng)商。未來，四方光電也將繼續(xù)秉承創(chuàng)立初心，持續(xù)探索先進(jìn)技術(shù)，錘煉產(chǎn)品優(yōu)勢，為各行業(yè)客戶提供全面、完善、優(yōu)質(zhì)的解決方案。