低成本Plantower PMS光学传感器的性能特性

摘要： 近年来，低成本传感器在空气污染物监测中广受欢迎。通常通过将其信号与参考仪器测量值相关联，并采用机器学习模型来考虑空气特性的影响来进行校准。由于颗粒物特性随地理位置变化，此类校准模型仅适用于校准地点在有限时间段内的测量数据。要实现这些传感器的更广泛应用，关键在于采用研究级仪器常用的校准方法来确定其测量性能。在不失一般性的前提下，我们通过使用粒径分级、成分和浓度变化的颗粒物进行了实验研究，以确定流行低成本传感器Plantower PMS5003的响应函数。采用Tikhonov正则化和二次规划方法，在颗粒物尺寸非负且单调响应的约束条件下，分析了该传感器所有粒径通道的响应。结果表明，响应函数形状与光散射响应密切相关，这与光学传感器的预期特性一致。响应函数显示，所有粒径通道的信号都与颗粒物材质和粒径分布存在复杂关联，因此直接从不同通道的传感器信号准确确定颗粒物质量与数量分布并非易事。通过比较多分散颗粒物的传感器实测信号与预测信号，验证了响应函数的计算结果。所得响应函数为理解这种流行低成本传感器的运行机制提供了关键见解，并对其测量结果的解读具有指导意义。