Anwendung von Halbleiterlasern in der PM2,5-Stauberkennungstechnologie

Die Anwendung vonHalbleiterlaserIm PM2,5-Staubbereich wird die Sensortechnologie immer häufiger eingesetzt. Um eine höhere Leistung zu erzielen, haben moderne PM2,5-Sensoren damit begonnen, Lasertechnologie einzuführen, insbesondere Halbleiterlaser mit geringer Leistung, um herkömmliche Infrarot-LED-Lichtquellen zu ersetzen. Lasersensoren bieten gegenüber Infrarot-LED-Sensoren mehrere Vorteile. Erstens können sie eine höhere Genauigkeit und Stabilität bieten. Da Halbleiterlaser außerdem über einen langen Zeitraum hinweg in einem weiten Bereich von Umgebungstemperaturschwankungen stabil arbeiten können, stellen sie höhere Anforderungen an die Gesamtzuverlässigkeit des Lasers.

Die Stauberkennungstechnologie wurde erstmals in den 1950er Jahren entwickelt. Die entwickelten Länder, vertreten durch das Vereinigte Königreich, die Vereinigten Staaten, Japan und Deutschland, übernahmen die Führung bei der Durchführung einschlägiger Forschungsarbeiten und deren Anwendung auf die Staubüberwachung in der Industrie und im Bergbau sowie auf andere Szenarien zur Kontrolle und Vorbeugung von durch alveolengängigen Staub verursachten Ursachen. verschiedene Berufskrankheiten. Nach jahrzehntelanger Entwicklung hat die auf dem Prinzip der Lichtstreuung basierende Stauberkennungstechnologie allmählich Einzug in zivile Bereiche wie Luftreiniger gehalten. Seit dem 21. Jahrhundert, mit der Beschleunigung des Industrialisierungsprozesses Chinas, ist das Problem der Umweltverschmutzung als Nebenprodukt immer wichtiger geworden. Die Atemwegsgesundheit der Stadtbewohner wurde durch das Dunstproblem beeinträchtigt. Daher ist auch die durch „PM2,5“ repräsentierte Technologie zur Erkennung von Feinstaubverschmutzung erstmals in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt und zu einem zentralen Thema weit verbreiteter gesellschaftlicher Besorgnis geworden. PM2,5-Sensoren haben sich nach und nach zu einem wichtigen Instrument zur Luftqualitätserkennung in Innenräumen, in Autos und an öffentlichen Orten entwickelt.

Frühe Staubsensoren nutzten hauptsächlich Infrarot-LEDs als Lichtquellen und erzeugten über Widerstände Wärme, um einen Heißluftstrom zu erzeugen. Wenn Partikel in der Luft durchdringen, werden sie nach dem Kontakt mit der LED-Lichtquelle zerstreut. Nach dem Empfang durch den lichtempfindlichen Detektor werden elektrische Signale unterschiedlicher Größe erzeugt. Nach der Verstärkung und Berechnung erhält man die Nachweisergebnisse. Aufgrund der geringen Intensität des LED-Streulichts und des schwachen Luftstroms, der durch den Heizwiderstand erzeugt wird, ist diese Technologie in der Regel nur bei größeren Partikeln mit einem Durchmesser von mehr als 1 μm wirksam, und die Änderungen in der Partikelmasse in der Luft können dazu führen, dass die Partikelgröße erhöht wird nur durch das Tastverhältnis des elektrischen Signals charakterisiert werden. Der numerische Messfehler ist groß und kann nicht an die sich ändernde Umgebung von Staubquellen angepasst werden, was es schwierig macht, eine Echtzeitüberwachung von Feinstaub wie PM2,5 zu erreichen.

Im Streben nach höherer Leistung begannen PM2,5-Sensoren mit der Einführung der Lasertechnologie und verwendeten Halbleiterlaser mit geringer Leistung als Lichtquellen, um die ursprünglichen Infrarot-LEDs zu ersetzen. Die Probenluft wird durch einen Ventilator oder ein Gebläse in den Bereich gedrückt, in dem sich der Laserstrahl befindet. Die Partikel in der Luft streuen den Laser und der Streuwinkel und die Lichtintensitätsverteilung von Partikeln unterschiedlicher Partikelgröße sind unterschiedlich. Durch die Installation lichtempfindlicher Detektoren an verschiedenen Standorten werden die Partikel getrennt gesammelt. Das Licht wird gestreut und in elektrische Signale umgewandelt. Nach der Analyse kann die Konzentration von Partikeln unterschiedlicher Größe schnell ermittelt werden, wodurch eine hochpräzise Messung erreicht wird. Im Vergleich zu Infrarot-LED-Sensoren haben Lasersensoren folgende Vorteile:

Neben Innengeräten besteht auch eine immer größere Nachfrage nach PM2,5-Erkennung in Autos und Außenbereichen. Angesichts komplexerer Einsatzumgebungen muss der im Sensor verwendete Halbleiterlaser mit geringer Leistung nicht nur eine stabile Lichtleistung haben, sondern auch über einen langen Zeitraum in einem weiten Bereich von Umgebungstemperaturschwankungen funktionieren. Daher werden höhere Anforderungen an die Gesamtzuverlässigkeit des Lasers gestellt. In der Anfangszeit verwendeten die meisten PM2,5-Sensoren importierte Marken. In den letzten Jahren wurden wichtige technologische Durchbrüche bei der Forschung und Entwicklung von JTBYShield-Halbleiterlasern erzielt, die ein hochzuverlässiges epitaktisches Strukturdesign und -wachstum, einen hochwertigen Hohlraumbeschichtungsprozess, einen vollautomatischen eutektischen Gold-Zinn-Prozess und vollständig Automatische Alterung. Fortschrittliche Technologien wie Test-Binning wurden in den Bereich der Herstellung von Halbleiterlasern mit geringer Leistung eingeführt. Halbleiterlaserprodukte mit geringer Leistung, die durch 650 nm und 790 nm repräsentiert werden, können in rauen Umgebungen von -40 Grad bis 85 Grad stabil betrieben werden. Sie wurden in PM2 verwendet. 5-Erkennungsfeld wurde von führenden Unternehmen der Branche und vielen Kunden anerkannt und wird seit vielen Jahren häufig in PM2,5-Sensoren für den Innen- und Außenbereich sowie für Fahrzeugmontage eingesetzt.

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