Systemy dla Internetu Rzeczy (41). Czujnik pomiaru pyłów SPS30 firmy Sensirion

Systemy dla Internetu Rzeczy (41). Czujnik pomiaru pyłów SPS30 firmy Sensirion
Pobierz PDF Download icon

Pomiar poziomu smogu stał się istotnym zagadnieniem. Pojawienie się niedrogich czujników pyłów spowodowało ich szerokie zastosowanie w Internecie Rzeczy. Niektóre z nowszych konstrukcji osiągają wyniki porównywalne z profesjonalnymi monitorami przy nawet stukrotnie niższej cenie. Jedną z najlepszych konstrukcji jest czujnik pomiaru pyłów SPS30 firmy Sensirion.

Spis treści

Budowa konstrukcyjna czujnika SPS30

Bardzo dobry opis rezultatu rozbierania czujnika SPS30 znajdziemy w Internecie [6]. Część (1) to gięta obudowa z blachy aluminiowej, zatrzaskiwana na obudowie plastikowej (2). W okolicach wlotu powietrza tworzy ona ruszty, służące (prawdopodobnie) do ograniczenia przepływu powietrza i/lub do ochrony przed wnikaniem większych cząstek lub zanieczyszczeń (rysunek 1).

Rysunek 1. Obudowa czujnika SPS30 [6]

Pod jasnozieloną osłoną znajduje się mały filtr HEPA, który służy do oczyszczania przychodzącego „powietrza osłonowego” (opisany jest w dalszej części artykułu – rysunek 5). Zasysane jest tam czyste powietrze, które poprzez otwory w płytce drukowanej wpada na fotodiodę. W ten sposób pozostaje ona czysta. Zasysany strumień powietrza jest następnie kierowany przez wiązkę światła laserowego, która odbija się od wszelkich cząstek znajdujących się w strumieniu powietrza (rysunek 2).

Rysunek 2. Zasada działania toru optycznego [4]

Te jasne punkty można następnie wykryć za pomocą fotorezystora pod spodem. Poprzez „zliczanie jasnych punktów” czujnik pokazuje, ile cząstek stałych (zanieczyszczeń) znajduje się w dopływającym strumieniu powietrza.

Rozmieszczenie lasera (5), ścieżki dolotowej powietrza (6) oraz czujnika światłoczułego (7) pokazuje rysunek 3.

Rysunek 3. Laser i czujnik światłoczuły [6]

Kluczowe znaczenie w tego typu projektach ma:

  • zapobieganie turbulencjom/przepływowi wstecznemu w strumieniu powietrza,
  • zapobieganie gromadzeniu się pyłu,
  • utrzymywanie fotodiody w czystości,
  • bezpieczne zarządzanie światłem lasera.

Spojrzenie pod wentylator Sunon daje lepszy obraz jego działania. Jest to miniaturowy wentylator odśrodkowy, który wtłacza powietrze do systemu dolotowego (rysunek 4).

Rysunek 4. Wentylator odśrodkowy [6]

Pod wentylatorem znajduje się niewielka kieszeń, która działa jak jej wlot. Powietrze jest następnie wyciągane przez wentylator i usuwane z drugiej strony. Kanał dolotowy powietrza ma charakterystyczny kształt, który służy do tworzenia laminarnego przepływu strumienia powietrza w komorze pomiarowej (rysunek 3). Zmniejszenie przekroju jest stopniowe, a promień łuku wokół narożnika jest zaprojektowany tak, aby zapobiec przepływowi turbulentnemu. Jest to ważne, ponieważ przepływ turbulentny może powodować przepływ wsteczny, a przez to wprowadzać błędy do odczytów, takie jak cząstki poruszające się tam i z powrotem nad czujnikiem. Turbulencje mogą również powodować, że cząsteczki pyłu utkną w rogach, co z czasem pogorszy działanie urządzenia. Inną cechą widoczną w całym kanale przepływu powietrza jest prawie lustrzane wykończenie powierzchni. Taka konstrukcja zdecydowanie poprawia dokładność pomiaru pojedynczych cząstek.

Rysunek 5. Wloty powietrza osłonowego i filtr HEPA [6]

Wydaje się, że filtr HEPA służy do tworzenia powietrza osłonowego (rysunek 5). Powietrze jest wyciągane przez ten sam wentylator i przechodzi przez filtr, a następnie przepływa przez górę płytki drukowanej i spływa przez małe dziurki (8). Czyste powietrze opływa fotoczujnik (9) w sposób ciągły, co pomaga uchronić go przed gromadzeniem się pyłu, który jest jednym z głównych źródeł błędów w tego rodzaju czujnikach (rysunek 6).

Rysunek 6. Kanał przepływu powietrza mierzonego [6]

Światło lasera przechodzi przez serię przegród, co pomaga zmniejszyć rozproszenie i tworzy czysto skupioną wiązkę, która dochodzi do fotodetektora (rysunek 7). Po drugiej stronie fotodiody umieszczona jest komora rozpraszania wiązki. Światło lasera po wejściu do tej komory ulega bezpiecznemu rozproszeniu.

Rysunek 7. Droga wiązki laserowej [6]
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2020
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik październik 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień - październik 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje październik 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna październik 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich październik 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów