Hai nguyên lý khác nhau của cảm biến bụi mịn (PM)
Cảm biến hạt vật chất (Particulate Matter), còn có tên gọi khác là cảm biến bụi mịn (PM2.5 PM10), được chia thành hai loại khác nhau, hoạt động dựa trên nguyên lý laser và hồng ngoại. Cả hai loại đều được sử dụng để phát hiện các hạt bụi trong không khí, theo dõi chất lượng không khí trong nhà và cảnh báo mức độ ô nhiễm không khí. Sự khác biệt giữa hai loại cảm biến là gì? Bài viết này sẽ phân tích và giải thích.
Nội dung chính
Nguyên lý hoạt động
Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến bụi mịn dựa trên hồng ngoại có cấu trúc tương đối đơn giản. Nó có đèn LED hồng ngoại làm nguồn sáng. Theo nguyên lý tán xạ ánh sáng, ánh sáng phát ra từ đèn LED gặp các hạt bụi mịn sẽ tạo ra sự phản xạ.
Phần tử nhạy sáng phát hiện cường độ của ánh sáng phản xạ và đánh giá nồng độ bụi mịn theo cường độ của tín hiệu xung bằng các thuật toán xử lý. Khi không phát hiện thấy bụi mịn, đầu ra của máy dò là xung thấp; ngược lại, khi phát hiện thấy bụi mịn, đầu ra là xung cao.
Trong một số loại cảm biến hồng ngoại sẽ có điện trở nhiệt, giúp làm nóng không khí và để hiện tượng đối lưu nhiệt vận chuyển không khí đi qua cảm biến.
Một số hình ảnh của cảm biến bụi mịn hồng ngoại:
Cảm biến laser
Khác với cảm biến hồng ngoại, cảm biến laser thường có quạt, có thể cung cấp luồng không khí ổn định và nhanh chóng thu được nồng độ bụi mịn trong môi trường.
Vì cảm biến laser sử dụng đèn laser làm nguồn sáng nên cấu trúc và mạch của nó tinh vi hơn cảm biến hồng ngoại. Khi các hạt bụi mịn trong không khí với lưu lượng không đổi được quạt thổi vào chùm tia laser bên trong cảm biến, ánh sáng laser sẽ bị tán xạ. Một bộ dò quang sẽ được đặt ở vị trí thích hợp để nó chỉ nhận được ánh sáng tán xạ, sau đó tạo ra tín hiệu điện thông qua hiệu ứng quang điện; sau khi được khuếch đại bởi mạch và xử lý bởi thuật toán, có thể thu được nồng độ bụi mịn.
Một số hình ảnh của cảm biến laser
Chúng ta có thể dễ nhận biết thông qua chiếc quạt thổi, hầu như toàn bộ các cảm biến bụi mịn laser đều sẽ có quạt thổi.
Mức độ chính xác
Ánh sáng hồng ngoại có bước sóng dài (khoảng 700 đến 900 nm), độ chính xác đo lường của cảm biến hồng ngoại trên các hạt có đường kính khí động học nhỏ hơn 1 µm là không đủ. Do tín hiệu tán xạ ánh sáng LED hồng ngoại yếu hơn ánh sáng laser nên nó chỉ có phản ứng tương đối rõ ràng đối với các hạt lớn có đường kính lớn hơn 1 µm. Chỉ sử dụng điện trở gia nhiệt để điều khiển luồng khí lấy mẫu và số lượng mẫu nhỏ. Vì thế sai số khi đo lường có thể trong khoảng ±15-30%.
Cảm biến bụi mịn laser có thể phát hiện các hạt bụi nhỏ tới 0.3 µm. Vì nó đi kèm với bộ xử lý hiệu suất cao hơn, sử dụng quạt để tăng lượng khí nạp và thu thập dữ liệu mật độ cao hơn. Độ chính xác đo lường tổng thể cao hơn, sai số chỉ trong khoảng ±10%. Do đó, cảm biến bụi mịn laser có những ưu điểm rõ ràng so với cảm biến bụi hồng ngoại về độ chính xác, độ nhạy, và tính nhất quán khi đo đạc.
Ngoài ra, mức độ chính xác của cảm biến còn do khả năng hiệu chỉnh từ nhà sản xuất. Không phải cứ là cảm biến laser đều có nghĩa là cho kết quả đo chính xác, vì nếu thuật toán xử lý tín hiệu chưa tối ưu, có thể vẫn sẽ có sai số lớn, hoặc khi ứng dụng vào thực tế, qua quá trình gia công, sản xuất, tích hợp cảm biến vào các sản phẩm gia dụng khác, có thể cũng làm thay đổi mức độ chính xác của cảm biến.
Chưa kể khi ra thực tế, sai số cũng có thể khác với khi ở trong phòng lab do ảnh hưởng từ môi trường như nhiệt độ hay độ ẩm.
Ví dụ như trong các báo cáo đánh giá mức độ chính xác của các máy đo chất lượng không khí có trên thị trường, được thực hiện bởi tổ chức South Coast AQMD (một tổ chức chính phủ Mỹ), họ test rất nhiều máy đo chất lượng không khí để kiểm tra mức độ chính xác của những cảm biến này trong điều kiện phòng lab và ngoài thực tế, chúng ta sẽ thấy mức độ sai số ngoài thực tế cũng rất khác nhau, mình có cắt một vài ví dụ như ảnh dưới.
Đó cũng là lý do việc build một chiếc máy đo chất lượng không khí không khó và cũng có thể không tốn nhiều chi phí, nhưng để đảm báo tính chính xác và độ tin cậy của chiếc máy đo đó sẽ là điều mà người dùng khó có thể làm được.
Ứng dụng trong máy lọc không khí
Thông thường đối với máy lọc không khí gia dụng, đa phần sẽ chỉ được trang bị cảm biến bụi mịn hồng ngoại, chỉ có một số ít được trang bị cảm biến laser. Tất nhiên, tùy vào mỗi thương hiệu, cách tối ưu thuật toán sẽ làm thay đổi mức độ chính xác của cảm biến. Dẫn đến những tính năng phụ thuộc vào cảm biến sẽ hoạt động rất khác nhau.
Ví dụ với chế độ lọc không khí auto, máy lọc không khí dựa vào cảm biến để biết mức độ ô nhiễm của không khí và điều chỉnh công suất cho phù hợp, nếu cảm biến chính xác và được tối ưu tốt, chế độ auto sẽ hoạt động hiệu quả. Ngược lại, nếu cảm biến sai số nhiều hoặc không được tối ưu tốt, chế độ auto có thể sẽ kém hiệu quả hơn.
Đó cũng là vì sao trong những bài review về máy lọc không khí của mình, việc test và đánh giá cảm biến của máy lọc không khí cũng rất quan trọng, vì từ đó mới có thể đưa ra nhận định hay lời khuyên chính xác.
Hi vọng thông qua bài viết này, các bạn sẽ hiểu hơn về cảm biến bụi mịn trên các món đồ gia dụng nói chung và máy lọc không khí nói riêng.
Nguồn tham khảo: Winsen-sensor, Sharp, AQMD
Nếu thấy nội dung bài viết hữu ích, hãy chia sẻ cho bạn bè và người thân. Đừng quên theo dõi Ngon Bổ Xẻ qua Facebook và Youtube để luôn cập nhật các nội dung mới nhất. Ngoài ra, mình cũng có lập Group FB chuyên chia sẻ các deal hời cho anh em về công nghệ, điện từ, gia dụng… các bạn cũng có thể tham gia nha. Một lần nữa, chân thành cám ơn các bạn và hẹn gặp lại trong những nội dung kế tiếp ❤️
Chia sẻ bài viết:
