近日，國外咨詢機構Yole Intelligence發布報告《Gas and Particle sensors 2024》，報告對氣體和粉塵傳感器全球市場進行了調研，分析了氣體和粉塵傳感器的市場現狀、具體的細分市場和未來發展趨勢，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年市場總規模將達到約 28 億美元，在消費、工業、汽車和醫療這4大領域都有所增長。
圖1 氣體和粉塵傳感器的市場預測
報告中提及的粉塵傳感器是一種用于監測環境中粉塵顆粒濃度的裝置，它通過使用光學、電子或化學傳感技術來檢測并量化懸浮在空氣中的微小顆粒物質，如灰塵、煙霧、細顆粒物、粉末或顆粒狀污染物，然后將測得的數據轉化為可讀的數字或圖形形式。受到環境意識提高、法規合規、技術創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展，其應用領域也將繼續擴大。
根據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板上市企業，多年來不斷深耕技術，通過光散射技術研究，利用先進的自動粒子識別技術（Auto Particle Identification，API）和鞘氣保護結構開發了系列粉塵傳感器，相較于其他測量方法，具有精度更高、穩定性更好的優勢。
圖2 粉塵傳感器
光散射技術原理
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。將含有顆粒的空氣從采樣口吸入，通過光敏感區時，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換成相應的電脈沖信號再被放大，通過對一個檢測周期內電脈沖的計數，便可得知單位采樣空氣中的粒子個數（pcs/L），進而可通過算法換算為質量濃度。
圖3 光散射技術原理
自動粒子識別技術
粉塵傳感器的應用場景非常廣泛，包括室內環境監測、室外環境監測、潔凈室顆粒物檢測等等，由于環境的復雜多變，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，自動粒子識別技術應運而生。自動粒子識別技術通過算法消除相互干擾，通過粒徑分布特征推算粒子密度，再據此計算濃度，實現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解決方案。憑借自動粒子識別技術，四方光電的粉塵傳感器在PM2.5、PM10等不同塵源環境下，能夠實現與標準儀器近乎一致的測量結果，且具備自動溫度補償及良好的耐久性。
鞘氣保護結構
測量穩定性和準確性是粉塵傳感器的重要指標，但是，在惡劣環境下，傳感器的測量穩定性很容易受到影響。因為空氣中顆粒進入光腔后很容易在光敏區發生重疊，故傳感器的檢測精度產生較大誤差；另外，高濃度顆粒物環境下大量顆粒物進入腔室并很快沉積，從而污染內部光學元件，使傳感器的穩定性快速下降，其壽命大大縮短。這些因素始終影響著傳感器的長時間穩定運行。為解決這一問題，四方光電采用了鞘氣保護結構，相較于現有技術，通過引入鞘氣來保護監測箱內的光學腔體，減少粉塵顆粒物對光學腔體的污染，進而減少了維護的工作量。
基于上述技術的優勢，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器等系列傳感器產品，廣泛應用于消費電子、工業環境、車內環境和醫療環境監測領域，憑借過硬的技術實力和產品質量得到了市場的認可。
在消費電子應用領域，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傳感器AM1000系列，產品可以滿足室內空氣監測的需求，廣泛應用于空氣凈化器、室內空調和室內新風系統上。紅外粉塵傳感器PM1000系列和激光粉塵傳感器PM2000系列采用光學散射原理，可檢測室內空氣中顆粒物濃度數值的變化趨勢；具有精度高、靈敏度好、響應速度快和功耗低等優點。在此基礎上，針對現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檢測結合，推出了集成空氣品質傳感器AM1000系列，能夠同時檢測顆粒物濃度、室內溫濕度、VOC濃度等多項空氣指標，具有性能穩定、設計緊湊、功能齊全和接口豐富的優勢，滿足客戶在不改變產品結構設計的情況下進行性能升級的需求。
在工業環境監測領域，四方光電針對揚塵監測的市場需求、深入研究現有傳感器的痛點難點，根據不同的應用場景，以及不同地方標準需求，推動技術革新升級，成功研發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、先進的流道設計實現抗污染、大流量車規級采樣機構、高濕度環境的水霧去除裝置等，低成本地實現了對室外揚塵粉塵與β射線吸收法達到0.9相關系數的高精度測量。在長期市場應用與檢驗過程中，幫助大批揚塵監測客戶順利通過CPA，CCEP認證，成為室外揚塵監測的良好選擇。另外，四方光電還推出了激光粉塵傳感器PM3003Q，采用工業級激光器，可靠性高，配以流量穩定的氣泵，實現顆粒物PM2.5、PM10、TSP質量濃度的實時輸出。
在汽車領域，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空氣中不同粒徑的懸浮顆粒物的個數，通過數學算法及科學標定輸出顆粒物質量濃度。具有壽命長、精度高等優勢，可在道路行駛過程中實現快速響應。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，可以實現檢測PM2.5和CO2的實時檢測，同時可擴展監控車內溫度。產品在全溫度與壓力范圍內均可滿足精度要求，目前廣泛應用于車載檢測儀、車內空調和車載凈化器中。
在醫療環境監測領域，為了滿足醫療行業對潔凈度的需求，四方光電推出了OPC系列塵埃粒子計數器，主要有在線式塵埃粒子計數器OPC-6510DS、OPC-6303DS、OPC-6510和OPC-6303M和便攜式塵埃粒子計數器OPC-6511DS。其中在線粒子計數器OPC-6510DS采用光學散射原理，可精確檢測并計算單位體積內空氣中不同粒徑的懸浮顆粒物的個數，可同時輸出 0.3μm、0.5μm、1.0μm、5.0μm、10μm 五個通道的顆粒數，內置超聲波氣體流量傳感器，進行恒流采樣；采用低噪音渦輪風機采樣，連續監測穩定性好；采用開放性通訊協議，方便客戶集成；使用大功率線性激光器，能進行高效粒子識別。
作為中國氣體傳感器的創新企業，四方光電憑借長期的技術沉淀、嚴格的質量體系及國際化視野，已經成為諸多世界500強及國內外細分領域頭部企業的配套供應商。未來，四方光電也將繼續秉承創立初心，持續探索先進技術，錘煉產品優勢，為各行業客戶提供全面、完善、優質的解決方案。
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