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环境监测与污染实用技术
Practical Techniques for Environmental Monitoring and Pollution

二、环境空气监测传感器技术

（一）空气传感器分类及原理
空气传感器是一种检测装置，将所感受到的被测量污染物信息按照一定的方式变

换为电信号或其他所需信号的输出装置，具有一定的灵敏度，且成本较低。传感器在
环境空气质量监测与污染治理中的应用，主要体现在对大气颗粒物（PM 2.5 、PM 10 ）以
及气态污染物（NO x 、CO、SO 2 、O 3 、VOC 等）进行检测。
1. 颗粒物传感器

颗粒物传感器可以根据其原理进行划分。目前技术最成熟、应用最广泛的是基于
光散射原理的颗粒物传感器，其成本也最为低廉。此外还有芬兰 Pegasor 公司开发的
基于“逃逸充量”原理的电学法颗粒物传感器，荷兰 Detaki 公司开发的低压冲击撞击

质量浓度检测仪等。
光散射法颗粒物传感器基于 Mie 散射理论。GUSTAV MIE 通过研究标准球形颗粒
与光之间的散射现象，推导出光散射物理解析解，从而建立标准球形颗粒的 Mie 理论。
光散射原理即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收

集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。颗粒物通过传感器的光敏区，产生相应
的光脉冲，光脉冲大小对应颗粒物直径大小，脉冲数目对应颗粒物数目，通过将这些
脉冲信号归类到不同的粒径区间，形成颗粒物粒径谱图，从而计算出颗粒物质量浓度。

电学法颗粒物传感器测量颗粒物质量浓度是基于 1983 年 LEHTIMAKI 等提出的
“逃逸充量”的原理。应用电晕针高压放电使清洁空气电离，产生的正离子与颗粒物
混合碰撞，使颗粒物带电。自由电子进入“离子阱”中，带电颗粒物则逃离传感器。

由于带电颗粒物的逃离，造成的电荷损失需要进入隔离区域进行等效“补充”电流以
恢复电平衡。“补充”电流通过灵敏的静电计测量，与气溶胶浓度成正比。
静低压冲击撞击原理颗粒物传感器（DGI），按照颗粒物不同的粒径范围分成多

个分割级，含有颗粒物的空气首先被加热稀释，然后通过静电室使颗粒物带电，带电
颗粒物由于自身尺寸大小不同而具有不同的惯性，在定向流动过程中被各个撞击级收
集，根据各个撞击级电流信号大小测量出每一级中颗粒物质量浓度大小，通过统计所
有撞击级的电流信号得到总颗粒物质量浓度。

不同的传感器技术各有其优势。光散射法传感器具备结构简单、在线监测、响应
时间快、无损检测等优点，是目前技术相对成熟、应用相对广泛的颗粒物传感器，大
多数学术研究或实践应用项目都是基于该方法而展开的。基于“逃逸充量”原理的电

学法传感器，具有非常快的响应时间，时间分辨率可高达 0.3s。由 Pegasor 公司开发
的 PSS-M 传感器可以长期安装在车辆上，目前已经由几家车辆制造商和独立实验室

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