Esemi电子结合First Sensor 和 3Peak在各自领域的产品优势推出了自己的PM2.5方案，利用PC10-6做前端Sensor, 信号调理由TPA8801完成。相比传统的PM2.5 的检测方式，Esemi方案具有超精密，低功耗，外围电路简单，高性价比等优点。

什么是PM2.5?

PM2.5检测方法

摩擦静电技术：用一个探针插入到烟气管道，这个可以测量颗粒携带的电荷的变化从而记录它们的存在。他们的准确性和可靠性是受以下几点影响:它们只能测量碰撞的或者是非常靠近探头的粉尘。

阻光度技术：利用光传输(更具体来说就是光吸收)作为一种手段来测量颗粒密度，用穿过烟气管道的窄光束测量光吸收。

光散射技术：光散射技术利用气流中的颗粒反射出来的闪光的频率及跟持续时间来测量颗粒的含量，它比其他技术而言拥有压倒性优势是把由于气流中的湿度导致的误差大大地降低到了无关紧要的水平。

光吸收技术：当光波通过线性物质时，会与物质发生相互作用，光波一部分被介质吸收，转化为热能;一部分被介质散射，偏离了原来的传播方向，剩下的部分仍按原来的传播方向通过介质。透过部分的光强与入射光强之间符合朗伯一比尔定律。光吸收型粉尘浓度传感器以朗伯一比尔定律为基础，通过测量入射光强与出射光强，经过计算得到粉尘浓度，该法具有在高粉尘浓度情况下测量准确的特点。

PM2.5检测方法—阻光度技术原理

PM2.5模拟前端——TPA8801

特性

◎ 支持2.1V ~ 5.5V宽电压供电

◎ 低静态电流：1mA

◎ 高精度10nA光电流检测精度

◎ 高动态范围模拟输出

◎ 内部放大器电路：

- ±100μV输入失调电压

- 输入输出轨到轨

- 10 MHz 增益带宽积

◎ 超低漏电流

◎ 紧凑型DFN-12(3mm*4mm)封装

◎ 工作温度：-40℃ ~ 125℃

◎ 8kV (Output-Pin) HBM ESD等级

◎ 2kV CDM ESD 等级

目标市场

地 宝

空气净化器

空 调

PM2.5检测设备

【思瑞浦TPA8801B在PM2.5传感器中的应用】

TPA8801B在红外脉冲式粉尘传感器的应用

红外脉冲式粉尘传感器成本低，功耗小，在民用空气净化器中得到大量应用。由于车载净化器的空间小，要求粉尘传感器安装灵活，近期红外脉冲式粉尘传感器在此领域崭露头角。TPA8801B是思瑞浦公司针对红外脉冲式粉尘传感器设计的模拟前端，相比普通运放的方案，集成度更高，设计更简单。

TPA8801B内部集成了精密运放，增益调整和带宽设置电路。内置的精密运放是针对此应用做优化，具有1pA输入偏置电流，减少输入光电流的测量误差;0.4mV的偏置电压，提高了放大电路的动态范围;极低的输入噪声提高了测量的精度;内置的增益调整电路可以在放大1nA电流时保证1%的灵敏度误差。TPA8801B的应用电路图如下，生产标定时，只需要调整Rg达到精度要求。该产品已经成功的帮助客户量产了红外脉冲式的粉尘传感器，获得了终端客户很好的反馈。

PM2.5粉尘传感器的原理

目前主流的PM2.5粉尘传感器采用光学传感方式，将空气中的颗粒物浓度转化为电信号。基本原理如下图所示，

光发射管发射光到待探测的腔体中，光被腔体中空气的粉尘折射后被接收光电管接收后，经过光电转换电路转换成电信号。空气中粉尘较少时，光被折射较少，转换的电信号也较弱;粉尘较多时，光被折射较多，转换的电信号也较强。

传感器设计中的难点是光路和气路。光路要求一致性较好，避免环境光的干扰，同时不对发射光产生反射和折射从而产生干扰信号，设计中一般使用特殊设计的腔体和透镜来保证，有的设计通过调整光发射管的功率来保证光路的一致性。气路是空气进入传感器的通路，需要保证空气可以迅速在气路中流通，减少粉尘在光路中的沉积从而影响测量精度。

主流PM2.5粉尘传感器的介绍

目前市场主流的产品按传感器使用的光的种类，可以分为激光和红外两种，其中红外按照光的发射方式，分为常亮式和脉冲式两种。

激光式传感器在光路中采用激光发射，激光的指向性非常好，所以可以对空气中的粉尘颗粒物进行计数，可以分清PM2.5和PM10的颗粒物，测量精度较高。传感器的气路中使用了风扇主动进气，提高检测速度。传感器的设计中，算法是主要难点，需要分辨出PM2.5和PM10的粉尘，并配合气路进行颗粒物浓度的计算。缺点是，传感器的发光管一般是常亮工作，加上风扇的功耗，整理功耗较大，而且发光管和风扇的寿命限制使传感器的工作时间为3年到5年左右。

红外常亮式传感器在光路中把激光改为红外光，红外光的发射管的寿命比激光管长，使得传感器寿命可以提高到5年以上。采用红外光不能对颗粒物进行计数，只能估计颗粒物浓度，所以该方案相对激光是针对低成本应用的产品，相应的气路采用电阻发热进气，比激光传感器的模块响应速度慢，同时也要求模块必须垂直安装才能保证气路工作。红外常亮式传感器的输出大都是PWM输出，当颗粒物浓度增加时，PWM输出中低电平的占空比会增加，只需要对PWM的占空比进行统计得到浓度。由于红外发射管一直工作，加上发热电阻的功耗，模块整体的功耗在80mA到100mA左右。

红外脉冲式传感器针对功耗和安装方向性进行了改进。为了降低功耗，常亮发射红外光改为脉冲发射红外光，检测信号也从PWM的占空比变成了脉冲信号的幅度;将接收光电三极管改为光电二极管降低接收电路的功耗;将主动进气的方式改为了内部通孔自然进气的方式，去掉了发热电阻的功耗，提高了安装的灵活性。缺点是脉冲信号的电信号处理比较难，自然扩散的方式也降低了响应的速度。最初的传感器的输出为脉冲信号，新一代传感器也有内置MCU将脉冲信号处理为数字信号输出。

以下为三类传感器的外形

以下为三类传感器的比较

(信息来自于有限产品，可能不能覆盖最新产品的指标)。