粉塵檢測技術最早誕生於上世紀50年代，以英、每、日、德為代表的發達國家率先開展相關研究，並將其應用於工礦揚塵監測等場景，用於控制、預防由可吸入粉塵引發的各類職業病。經過幾十年的發展，以光散射原理為核心的粉塵檢測技術，也逐步進入空氣淨化器等民用領域。21世紀以來，隨著中國工業化進程的加快，作為副產品的環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，於是以“PM2.5"為代表的顆粒物污染檢測技術也首次進入大眾視野,成為廣受社會關注的重點話題，PM2.5傳感器也逐步成為室內、車內、公共場所空氣質量檢測的重要工具。
   
    早期的粉塵傳感器，主要使用紅外LED作為光源，通過電阻發熱以獲得熱氣流流動。當有空氣中有顆粒物通過時，接觸到LED光源之後發生散射，被光敏探測器接收到後產生不同大小電信號,經放大、運算後得到檢測結果。此項技術中，由於LED散射光強度較低，加熱電阻產生的氣流較弱，通常只對直徑大於1的較大顆粒有效，且只能通過電信號佔空比表徵空氣中的顆粒物變化情況，測量數值誤差較大化，且無法適應塵源變化環境，難以實現對PM2.5等顆粒物的實時監測。
作為追求更高的性能,PM2.5傳感器開始引入雷射技術，使用小功率半導體雷射器作為光源，替代原有紅外LED。通過風扇或鼓風機，將採樣空氣推入雷射光束所在區域，空氣中的顆粒物雷射散射，且不同粒徑的顆粒物散射角度、光強分佈均有差異；通過在不同位置安裝光敏探測器，分別收集散射光並轉換為電信號，分析後可快速獲得不同尺寸顆粒物的濃度，從而實現高精度測量。與紅外LED傳感器相比， 雷射傳感器具有如下優勢：

項目	紅外LED傳感器	雷射傳感器
探測粒徑	＞1μm	＞0.3μm
測量範圍	0 - 300μg/m3	0 - 1000μg/m3
測量精度	單一塵源下工作，塵源變化後誤差大	可滿足不同塵源，精度10%
輸出信號	模擬訊號，低電平佔空比，易失真	數字訊號，輸出PM1.0/PM2.5/PM10濃度數值
反應時間	平均30秒	1秒
維護保養	易出現積灰，需定期擦洗維護	無需後期維護
應用場景	低精度、單一塵源、大直徑顆粒度物濃度變化趨勢檢測，如礦場、管道粉塵檢測、吸塵器等	高精度、複合塵源、不同直徑顆粒物濃度測試，如中央空調，車載空調，空氣清淨機，油煙傳感、揚塵監控等

 
    除了室內家電，車內及室外環境下對PM2.5檢測的需求也日益強烈。面對更複雜的使用環境，不但要求傳感器所用的小功率半導體雷射器具有穩定的出光功率，還可在極大的環境溫度變化範圍內長期工作，故對雷射器整體可靠性提出了更高的要求。早期PM2.5傳感器多使用進口品牌，但近幾年山東華光光電子股份有限公司在半導體雷射器研發中取得關鍵技術突破，將高可靠性外延結構設計及生長、高質量腔面鍍膜工藝、全自動金錫共晶工藝、全自動老化及測試分檔等先進技術引入小功率半導體雷射器製造領域，以650nm、790mm為代表的小功率半導體雷射器產品，可在下至-40℃，上至85℃的苛刻環境下穩定工作，已在PM2.5檢測領域獲得業內龍頭企業及眾多客戶認可，多年以來已大規模應用於室內外、車載PM2.5傳感器中。
 
    後續，華光光電也將繼續發揮自身優勢，堅持走自主創新之路，大力推進技術革新，朝著先進光電子產品和領先解決方案的服務商奮進，引領國內半導體雷射邁上新的台階。
 
文章來源：激光製造商情 F1 149期 2022年5月15日