激光后散射粉尘仪原理

天工开物

一、核心原理

激光后散射粉尘仪基于米氏散射理论，当激光束照射到空气中的粉尘颗粒时，颗粒会向各个方向散射光线。其中，后向散射光（即与激光入射方向接近180°的散射光）的强度与粉尘颗粒的浓度、粒径分布及光学性质密切相关。在特定条件下，后向散射光强度与粉尘质量浓度成正比，仪器通过测量这一信号即可推算出粉尘浓度。

二、具体工作流程

• 激光发射
  仪器内置高稳定性激光二极管，发射特定波长（如650nm）的激光束，以微小角度射入被测区域（如烟道、管道或空气样本腔）。
• 粉尘散射
  激光束与空气中的粉尘颗粒相互作用，产生散射现象。后向散射光被仪器接收系统捕获，其强度反映了粉尘颗粒对光线的遮挡和散射能力。
• 光电转换与信号处理
  • 光电探测器：高灵敏度探测器（如光电二极管或光电倍增管）将接收到的后向散射光转换为微弱电信号。
  • 信号放大与滤波：电子线路对电信号进行放大、滤波处理，消除噪声干扰，提取有效信号。
  • 浓度计算：仪器内置处理单元根据预设算法（如散射光强度与浓度的标定曲线）计算粉尘浓度，并显示结果。
    
  
  

三、关键影响因素

• 粉尘特性
  • 粒径分布：小颗粒（接近激光波长）的散射光强在前向角度更大，但后散射法通过优化接收角度仍可有效测量。
  • 折射率与颜色：不同材质的粉尘对光的吸收和散射能力不同，需通过校准消除误差。
  • 形状：非球形颗粒的散射模式更复杂，但仪器通过算法补偿可降低影响。
    
• 环境条件
  • 温湿度：高湿度环境下，水蒸气可能在颗粒表面凝结，增大光学尺寸，导致测量值虚高。
  • 气流扰动：剧烈气流可能影响粉尘分布均匀性，需稳定采样或采用动态校准技术。
    
• 仪器参数
  • 激光功率稳定性：功率波动会直接影响散射光强度，需采用恒功率控制或实时校准。
  • 接收角度范围：优化接收角度可提高对特定粒径粉尘的灵敏度。
    
  
  

四、应用场景与优势

• 工业排放监测
  • 连续监测烟道、管道中的烟气粉尘浓度，辅助环保合规性检查。
  • 适用于高浓度粉尘环境（如水泥厂、钢铁厂），测量范围广（通常0-1000mg/m³或更高）。
    
• 环境空气质量评估
  • 监测城市PM2.5、PM10浓度，评估交通污染、工地扬尘等。
  • 便携式设备可快速部署，实现移动监测。
    
• 室内空气质量控制
  • 监测办公室、学校、医院等场所的粉尘浓度，保障人员健康。
  • 结合温湿度传感器，实现综合环境监测。