Accurately measuring Particulate Matter
精确测量颗粒物
一, 检测空气中的微粒
颗粒物，简称为 “PM”，是指空指空气中的固体颗粒和液体飞沫的混合物，可吸入并可能引起 严重的健康问题。基于颗粒的的空气动力学直径来区分颗粒物质。在“ PMx”命名法下报告了不同的基于尺寸的类别，其其中x是平均粒径（以微米为单位）的直径。过去， PM2.5和 PM10大小的颗粒造成的危害有据可查，也就成了最重要的监测对象。但是，随着研究的深入，往光谱的更小方向监测粒子的重要性逐渐被认识。直径大于100纳米（或PM0.1）小于 1微米（或 PM1.0）的颗粒，即亚微米颗粒，对其进行监控行监控非常重要。这些微粒如此细微，它们可直接渗透过皮肤、进入血液，如毒性更大的则可能致命能致命。空气质量监测公司现在一直在努力改善其颗粒物检测和分析，以提供更丰富、更准确的信息，从而决定适当的措施。世界卫生组织组织（WHO）报告称，空气中的颗粒物（尺寸为 0.1-10微米）是排名第 1组的致癌物，作为健康的最大环境风险，每年每9例死亡中就有1例由此造成。
重量分析法一直是用来测量 PM值最准确的方法，它可以确定“质量浓度 ””中的颗粒污染，即1立方米空气中颗粒物的质量。已知重量的过滤器被用来24小时内收集指定大小的颗粒（取决于所使用的过滤器的网眼大小），每小时已知流量的空气通过过滤器，24小时结束时，再次称重过滤器。由于积聚了颗粒，过滤器会变重，增加的重量除以通过过滤器的总空气量，得出PMx的的“质量浓度”，单位为ug/m3，即每立方米空气中，有多少微克的颗粒物。
这种方法有其局限性。该装置体积庞大，价格昂贵，通常可以获得 24小时内平均的指定 PM水平数据。它需要同时运行多个装置，才能获得不同 PM数值的颗粒物污染情况，这不仅仅导致成本高，更重要的，这个方法不是实时监控，不能跟踪全天受许多因素影响的空气质量变化，包括湿度，温度，气流，交通等在一天之内的变化。
因此，实时光学粒子计数器（OPC或灰尘传感器）已成为测量空气质量的标准方法，最具成本效益，且易于使用。而且，这些传感器非常小，很容易集成到其他空气处理设备中，如空气净化器和空调。这些传感器通常基于光散射原理。传感器模块中有一个气室，用于吸进包含微粒的环境空气，并被作用于光束（红外或激光）。光电二极管将微粒（光子包）散射的散射光转换为电压信号，该电压信号可以转换为有意义的数据。但是，低成本的光散射型颗粒传感器使用 LPO（低脉冲占有率）时间测量技术，可有效地测量既定的采样时间内颗粒的不透明度，而不是对单个颗粒进行计数。制造商严重依赖算法来法来估算各种尺寸的颗粒物浓度（通常仅为PM2.5和PM10），而准确性却令人质疑，而且，这个问题无法靠完善硬件质量去解决。
二, Piera公司的技术
我们的智能粒子传感器模块，“Piera-1”，也是一种基于激光散射的光电传感器。Piera-1在处理中使用了我们的 “PCIC”（颗粒计数集成电路），最初为实时光子计数X射线图像数据处理而定制开发的 ASIC（获得3项美国专利）。工作原理上，无论这些障碍物是空气中的颗粒还是有机材料，微芯片在处理由障碍物散射的光子产生的微小电流上是相同的。PCIC能通过直接计数不同水平的光子能量的脉冲，识别、测量不同尺寸的颗粒及其浓度，这与基于LPO技术的现有传感器相比，具备了更高的精度，分辨率，做到到真正的实时数据采集。
图 1. Piera Systems的常规 LPO时间测量技术（左）与直接粒子计数技术（右）
三, PCIC
图 2.第二代 PCIC芯片 (QFN – 32针 5mm x 5mm）及其测试板
我们最先进的 ASIC能够采样和采样和处理来自光电二极管的细微信号，比现有在低于1kHz频率下运行的传感器至少快1000倍（在给定的时间范围内）。高速取样对于确保有意义的数据丢失的可能性降到最低。与任与其他传感器的处理器不同，PCIC的设计具有极高的SNR（信噪比），可通过使用零偏差分放大器有效地消除常见的噪声--能能够正确检测隐藏在噪声中的小信号。此外， PCIC依据 3个不同的信息确定微粒：宽度，绝对振幅和信号数量。生成的数据将送至 5个可编程的鉴别器（箱），用来基于大小、计数进行颗粒分类（未来版本可扩展到 9个）。LPO时间测量法只是基于脉冲宽度信息，而 PCIC可以提供 100％的更准确、可靠的颗粒计数数据，且全程测量速度要快 2倍以上。
PCIC可针对 5种不同尺寸的颗粒计数数据，执行16组并行数字输出，以及直接来自模拟前端的模拟输出。该芯片采用片采用领先的半导体代工厂（Global Foundriess）1P8M混合信号 180nm标准工艺制造。它现有的
尺寸很小（5mm x 5mm），很容易集成到现有的传感器模块中。
四, IPS: Piera-1
图 3. Piera-1传感器（5厘米 x5厘米）及框架图
当空气流经气室时，微粒物穿过气室并从另一侧流出。颗粒物穿过适当角度的激光束，使散射的光子被光电倍增管（或光电二极管）接收。然后通过 PCIC和 Pierara Systems专有的算法将其转换为质量 /数量浓度。可以对 PCIC的 5个可编程箱中的每一个进行定制和校准，以在期望的范围内同时输出5种不同类型的数量/质量浓度数据，数据范围可从<0.1μm至 10μm之间定义。PCIC是一种完全集成的芯片，与使用分立组件（超过 8个被动元件和 3-5个主动元件）的其他传感器相比，Piera-1的电路板要小得多。由于大大减少了 PCB上所需通孔的数量，因此在 Piera-1上使用 PCIC在制造成本方面本方面具有巨大优势。通过消除大多数分立元件，Piera-1具有更好的抗噪能力 --受到寄生电阻和电容引起的误差的影响更小（总体噪声降低体约20-30％），并且功耗低（约 20mA，其他大多为 > 65mA）。
Piera-1的工作电压为 3.3V，并并支持 UART和 I2C通信。可适用于空气质量监监测，香烟/电子烟雾检测，有毒气体频谱分析仪及其他广阔应用。
五, 产品技术概要
1. 直观的直接粒子计数方法，使得整体性能在速度上提高100％以上
2. 由于采样速度至少提高1,000倍，且噪声消除电路，带来很高分辨率、且最小化避免数据丢失
3. 同时提供5组自定义尺寸的颗粒物分类数据，颗粒数据极其精确、且能实时获得
4. 低制造成本，高可靠性，超低功耗
PCIC芯片和 Piera-1传感器结合在一起, 可确保用户能够以最高的精度和分辨率实时监控所需的任何PM水平，这些数据可用于各种数字健康应用中，以监控空气质量，改善空气质量或识别独特的应用组合。
例如 “Canāree”，这是我们的第一个数字健康产品，它利用 Piera-1传感器并可以识别独特的香烟和电子香烟烟雾。对 Canāree捕获的数据进行的实验室分析得出了一种算法，该算法可以检测并唯一地识别香烟和电子烟雾，准确检测其存在，质量浓度和持久性（在空气 中的保留时间）。
视频: Canāree成品 (内置Piera-1传感器) 可以精确地区分香烟和电子香烟烟雾的演示, 比业内传感器速度更快和更准确
总而言之，Piera Systems的突破性技术在低成本的可编程平台上，提供了有关了有关颗粒物的准确，实时数据，这将激发数字健康领域带来一系列新兴应用（空气净化器，空气质量监测仪等），且预计到 2025年全行业将增长到 $536.6B(5366亿万美元)市场规模。有意评估我们产品的公司可以通过电子邮件dwin100@dwintech.com或手机15625214151与我们联系。
座机: 0755-82565851
邮件: dwin100@dwintech.com
手机: 156-2521-4151
网站: http://www.dwintech.com/insight Pamphlet.html
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