解決方案與產(chǎn)品應(yīng)用
低成本Alphasense OPCs在美國(guó)本土試驗(yàn)中大放異彩
更新時(shí)間：2022-04-15 10:14:20
應(yīng)用介紹
對(duì)Alphasense低成本顆粒物（PM）空氣質(zhì)量傳感器第三方評(píng)估表明，它與參考設(shè)備之間的良好相關(guān)性，而成本只占這類(lèi)參考設(shè)備的一小部分。Alphasense 歐洲區(qū)銷(xiāo)售經(jīng)理 Will Parrett 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果表示歡迎，他說(shuō)道：“隨著市場(chǎng)上出現(xiàn)越來(lái)越多的低成本傳感器，客戶(hù)越來(lái)越難以選擇他們可以信任的技術(shù)。因此，諸如此類(lèi)的第三方評(píng)估非常有用?！?/span>
這些結(jié)果的發(fā)布恰逢其時(shí)，因?yàn)殡S著人們對(duì)健康影響的廣泛了解，近幾個(gè)月來(lái)人們更加關(guān)注細(xì)顆粒物。 2021 年 9 月，世界衛(wèi)生組織WTO將年平均 PM 指導(dǎo)值削減至 5 μg/m3，2022 年 3 月，英國(guó)政府宣布就將納入《環(huán)境法》的新目標(biāo)進(jìn)行磋商，包括到 2040 年將PM2.5降低至 10 μg/m3 的目標(biāo)。
PM傳感器評(píng)估涉及3只Alphasense的OPC-R2傳感器，它們部署在加州Rubidoux的South Coast AQMD的固定環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)間從2021年10月至12月，為期三個(gè)月。同這些傳感器共同監(jiān)測(cè)的還有聯(lián)邦等效方法儀器（FEM），監(jiān)測(cè)的參數(shù)包含：顆粒物PM1、PM2.5、PM10以及相對(duì)濕度和溫度。
OPC試驗(yàn)背景
南海岸空氣質(zhì)量管理區(qū)是（South Coast AQMD）是負(fù)責(zé)在南加利福尼亞州南岸空氣地區(qū)實(shí)現(xiàn)州和聯(lián)邦潔凈空氣標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)。南海岸空氣地區(qū)占地6745平方英里，其中包含洛杉磯，人口約1460萬(wàn)。
為了讓公眾了解商用“低成本”空氣質(zhì)量傳感器的實(shí)際性能，South Coast AQMD設(shè)立了空氣質(zhì)量傳感器性能評(píng)估中心（AQ-SPEC）項(xiàng)目，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下傳感器進(jìn)行表征。AQ-SPEC項(xiàng)目成立于2014年，在過(guò)去的8年間，項(xiàng)目組與超過(guò)100家的傳感器制造商/開(kāi)發(fā)人員/供應(yīng)商密切合作，評(píng)估了超過(guò)170只監(jiān)測(cè)國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NAAQS)的基準(zhǔn)污染物的傳感器。 要獲得評(píng)估資格，傳感器須低于2000美金的成本，且須實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)目標(biāo)參數(shù)列表中的一種。Alphasense傳感器符合這項(xiàng)研究，但成本遠(yuǎn)低于目標(biāo)成本額度。
認(rèn)識(shí)到低成本空氣質(zhì)量傳感器日益增長(zhǎng)的日漸普及，因?yàn)閾?dān)心不應(yīng)該在不評(píng)估精度和整體質(zhì)量的前提下接受傳感器數(shù)據(jù)，用于評(píng)估設(shè)備性能的AQ-SPEC項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。隨著新設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)，人們擔(dān)心源自不可靠傳感器的低質(zhì)量數(shù)據(jù)不僅將導(dǎo)致混亂，還將危及低成本傳感器技術(shù)的成功發(fā)展。除了需要表征空氣監(jiān)控傳感器的性能，South Coast AQMD也在試圖讓公眾了解此類(lèi)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)以及潛在不足。
目前正在對(duì)氣態(tài)和顆粒污染物進(jìn)行 AQ-SPEC 評(píng)估。 與直徑等于或小于 10 和 2.5 微米 (μm) 的顆粒物（分別為 PM10 和 PM2.5）相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)與公共健康特別相關(guān)。 PM2.5 和 PM10 都能夠深入肺部，但 PM2.5 甚至可以進(jìn)入血液，主要導(dǎo)致心血管和呼吸系統(tǒng)的影響，還會(huì)影響其他器官。
Alphasense OPC-R2顆粒物傳感器
重量不到 30 克，最長(zhǎng)尺寸為 72 毫米，OPC-R2（光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器）為如此小的傳感器提供了令人印象深刻的性能。 傳感器的激光部分用于檢測(cè)粒徑從 0.30 到 12.4 μm 的顆粒，帶有 16 個(gè)軟件“bin”。 使用嵌入式算法將計(jì)數(shù)測(cè)量值轉(zhuǎn)換為 PM1.0、PM2.5 和 PM10 的質(zhì)量濃度。 該傳感器還測(cè)量溫度和相對(duì)濕度。
所有 Alphasense 傳感器在發(fā)貨前都經(jīng)過(guò)工廠校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)采集軟件可從 www.alphasense.com 免費(fèi)下載。South Coast AQMD 在試驗(yàn)開(kāi)始前沒(méi)有進(jìn)行任何進(jìn)一步的校準(zhǔn)。
OPC測(cè)試評(píng)估結(jié)果
對(duì)于所有 PM 測(cè)量，Alphasense 傳感器的數(shù)據(jù)恢復(fù)率接近 100%。 OPC-R2 傳感器的性能通過(guò)兩個(gè) FEM 參考儀器進(jìn)行了評(píng)估，South Coast AQMD 估計(jì)每個(gè)儀器的成本在 21,000 美元到 25,000 美元之間。 在 PM 范圍內(nèi)，兩種 FEM 儀器之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。
Alphasense OPC-R2傳感器1小時(shí)平均結(jié)果顯示：
PM1：與 FEM 儀器具有強(qiáng)相關(guān)性（0.77 < R2 < 0.88）。
PM2.5：與 FEM 儀器具有中度至強(qiáng)的相關(guān)性（0.67 < R2 < 0.80）。
PM10：與 FEM 儀器具有強(qiáng)到非常強(qiáng)的相關(guān)性（0.70 < R2 < 0.91）。
與相應(yīng)的South Coast AQMD 氣象站數(shù)據(jù)的溫度和濕度具有很強(qiáng)的相關(guān)性（分別為 R2 ~0.95 和 R2 ~0.97）
R2 是線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)，它衡量三個(gè)被測(cè)傳感器的平均測(cè)量值與相應(yīng)的參考儀器值之間的線(xiàn)性關(guān)系。 接近值 1 的 R2 反映傳感器和參考讀數(shù)之間接近完美的一致性，而值 0 表示完全缺乏相關(guān)性。
對(duì) OPC-R2 傳感器的成功評(píng)估建立在 Alphasense 的其他 PM 傳感器 OPC-N3 在 2018 年South Coast AQMD 評(píng)估期間展示的高水平性能的基礎(chǔ)上。 OPC-N3 比 OPC-R2 稍大，可檢測(cè)粒徑為 0.35 至 40 μm 的顆粒，并將它們分類(lèi)到 24 個(gè)軟件“bin”中。 OPC-N3 尺寸為 65 毫米（寬）x 75 毫米（長(zhǎng)），重量不到 105 克。與 OPC-R2 一樣，OPC-N3 記錄 PM1.0、PM2.5 和 PM10（可選 PM4.25）并測(cè)量溫度和相對(duì)濕度。 Alphasense OPC-N3 傳感器（平均 1 小時(shí)）評(píng)估的試驗(yàn)結(jié)果顯示：
PM1：與 GRIMM 儀器相關(guān)性良好（R2 ~ 0.80）。
PM2.5：分別與 FEM GRIMM、FEM BAM 和 FEM T640 儀器具有中等至良好的相關(guān)性（R2 ~ 0.64、0.44 和 0.57）。
PM10：與 GRIMM、FEM BAM 和 T640 儀器（R2 ~ 0.51、0.28 和 0.47）的相關(guān)性低到中等。
與相應(yīng)的南海岸 AQMD 氣象站數(shù)據(jù)的溫度和濕度有很強(qiáng)的相關(guān)性（分別為 R2 ~0.97 和 R2 ~0.98）
OPC測(cè)試評(píng)估總結(jié)
Alphasense OPC-R2 傳感器在所有三個(gè) PM 范圍內(nèi)都表現(xiàn)出色。 “我們對(duì)South Coast AQMD 的評(píng)估感到高興； 評(píng)估結(jié)果為我們的客戶(hù)提供了保證，即可以從這些低成本傳感器中獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，”Will Parrett 如是說(shuō)。
“我們贊賞South Coast AQMD 的努力，因?yàn)橹T如此類(lèi)的第三方評(píng)估可以幫助客戶(hù)選擇可靠的技術(shù)。這建立了對(duì)低成本監(jiān)測(cè)器的信心和信任，進(jìn)而可以顯著改善空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，并鼓勵(lì)人們更廣泛地采用空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和舉措?！?/span>
低成本監(jiān)測(cè)器提供的改進(jìn)的時(shí)間和空間分辨率提供了必要的數(shù)據(jù)粒度，有助于政府、地方當(dāng)局和教育機(jī)構(gòu)更好地了解空氣質(zhì)量的影響，同時(shí)也能夠?qū)嵤┖驮u(píng)估有效的空氣質(zhì)量緩解措施。
通過(guò)在不影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和質(zhì)量的情況下降低每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的成本，這些傳感器促進(jìn)了監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從而更深入地了解影響空氣質(zhì)量的因素。
要了解有關(guān) Alphasense OPC 產(chǎn)品和氣體傳感器的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) www.alphasense.com。
完整的評(píng)估報(bào)告可在南海岸 AQMD 網(wǎng)站 http://www.aqmd.gov/aq-spec/evaluations/field 上獲得。
