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低成本Alphasense OPCs在美国本土试验中大放异彩

更新时间:2022-04-15 10:14:20

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应用介绍



Alphasense低成本颗粒物(PM)空气质量传感器第三方评估表明,它与参考设备之间的良好相关性,而成本只占这类参考设备的一小部分。Alphasense 欧洲区销售经理 Will Parrett 对试验结果表示欢迎,他说道:“随着市场上出现越来越多的低成本传感器,客户越来越难以选择他们可以信任的技术。因此,诸如此类的第三方评估非常有用。”

 

这些结果的发布恰逢其时,因为随着人们对健康影响的广泛了解,近几个月来人们更加关注细颗粒物。 2021 9 月,世界卫生组织WTO将年平均 PM 指导值削减至 5 μg/m32022 3 月,英国政府宣布就将纳入《环境法》的新目标进行磋商,包括到 2040 年将PM2.5降低至 10 μg/m3 的目标。

 

PM传感器评估涉及3AlphasenseOPC-R2传感器,它们部署在加州RubidouxSouth Coast AQMD的固定环境监测站点,运行时间从202110月至12月,为期三个月。同这些传感器共同监测的还有联邦等效方法仪器(FEM),监测的参数包含:颗粒物PM1PM2.5PM10以及相对湿度和温度。

 

OPC试验背景


南海岸空气质量管理区是(South Coast AQMD是负责在南加利福尼亚州南岸空气地区实现州和联邦洁净空气标准的机构。南海岸空气地区占地6745平方英里,其中包含洛杉矶,人口约1460万。

 

为了让公众了解商用“低成本”空气质量传感器的实际性能,South Coast AQMD设立了空气质量传感器性能评估中心(AQ-SPEC)项目,对现场和实验室环境下传感器进行表征。AQ-SPEC项目成立于2014年,在过去的8年间,项目组与超过100家的传感器制造商/开发人员/供应商密切合作,评估了超过170监测国家环境空气质量标准(NAAQS)的基准污染物的传感器。 要获得评估资格,传感器须低于2000美金的成本,且须实时或近实时地监测目标参数列表中的一种。Alphasense传感器符合这项研究,但成本远低于目标成本额度。

 

认识到低成本空气质量传感器日益增长的日渐普及,因为担心不应该在不评估精度和整体质量的前提下接受传感器数据,用于评估设备性能的AQ-SPEC项目应运而生。随着新设备进入市场,人们担心源自不可靠传感器的低质量数据不仅将导致混乱,还将危及低成本传感器技术的成功发展。除了需要表征空气监控传感器的性能,South Coast AQMD也在试图让公众了解此类设备的优点以及潜在不足。

 

目前正在对气态和颗粒污染物进行 AQ-SPEC 评估。 与直径等于或小于 10 2.5 微米 (μm) 的颗粒物(分别为 PM10 PM2.5)相关的健康风险与公共健康特别相关。 PM2.5 PM10 都能够深入肺部,但 PM2.5 甚至可以进入血液,主要导致心血管和呼吸系统的影响,还会影响其他器官。

 

Alphasense OPC-R2颗粒物传感器

 

重量不到 30 克,最长尺寸为 72 毫米,OPC-R2(光学粒子计数器)为如此小的传感器提供了令人印象深刻的性能。 传感器的激光部分用于检测粒径从 0.30 12.4 μm 的颗粒,带有 16 个软件“bin”。 使用嵌入式算法将计数测量值转换为 PM1.0PM2.5 PM10 的质量浓度。 该传感器还测量温度和相对湿度。

 


所有 Alphasense 传感器在发货前都经过工厂校准,数据采集软件可从 www.alphasense.com 免费下载。South Coast AQMD 在试验开始前没有进行任何进一步的校准。

 

OPC测试评估结果


对于所有 PM 测量,Alphasense 传感器的数据恢复率接近 100% OPC-R2 传感器的性能通过两个 FEM 参考仪器进行了评估,South Coast AQMD 估计每个仪器的成本在 21,000 美元到 25,000 美元之间。 PM 范围内,两种 FEM 仪器之间存在很强的相关性。

 

Alphasense OPC-R2传感器1小时平均结果显示:

PM1:与 FEM 仪器具有强相关性(0.77 < R2 < 0.88)。

PM2.5:与 FEM 仪器具有中度至强的相关性(0.67 < R2 < 0.80)。

PM10:与 FEM 仪器具有强到非常强的相关性(0.70 < R2 < 0.91)。

与相应的South Coast AQMD 气象站数据的温度和湿度具有很强的相关性(分别为 R2 ~0.95 R2 ~0.97

R2 是线性相关系数,它衡量三个被测传感器的平均测量值与相应的参考仪器值之间的线性关系。 接近值 1 R2 反映传感器和参考读数之间接近完美的一致性,而值 0 表示完全缺乏相关性。

 

OPC-R2 传感器的成功评估建立在 Alphasense 的其他 PM 传感器 OPC-N3 2018 South Coast AQMD 评估期间展示的高水平性能的基础上。 OPC-N3 OPC-R2 稍大,可检测粒径为 0.35 40 μm 的颗粒,并将它们分类到 24 个软件“bin”中。 OPC-N3 尺寸为 65 毫米(宽)x 75 毫米(长),重量不到 105 克。与 OPC-R2 一样,OPC-N3 记录 PM1.0PM2.5 PM10(可选 PM4.25)并测量温度和相对湿度。 Alphasense OPC-N3 传感器(平均 1 小时)评估的试验结果显示:

 

PM1:与 GRIMM 仪器相关性良好(R2 ~ 0.80)。

PM2.5:分别与 FEM GRIMMFEM BAM FEM T640 仪器具有中等至良好的相关性(R2 ~ 0.640.44 0.57)。

PM10:与 GRIMMFEM BAM T640 仪器(R2 ~ 0.510.28 0.47)的相关性低到中等。

与相应的南海岸 AQMD 气象站数据的温度和湿度有很强的相关性(分别为 R2 ~0.97 R2 ~0.98

 


OPC测试评估总结


Alphasense OPC-R2 传感器在所有三个 PM 范围内都表现出色。 “我们对South Coast AQMD 的评估感到高兴; 评估结果为我们的客户提供了保证,即可以从这些低成本传感器中获得高质量的数据,”Will Parrett 如是说。

“我们赞赏South Coast AQMD 的努力,因为诸如此类的第三方评估可以帮助客户选择可靠的技术。这建立了对低成本监测器的信心和信任,进而可以显著改善空气质量监测,并鼓励人们更广泛地采用空气质量监测项目和举措。”

 

低成本监测器提供的改进的时间和空间分辨率提供了必要的数据粒度,有助于政府、地方当局和教育机构更好地了解空气质量的影响,同时也能够实施和评估有效的空气质量缓解措施。

 

通过在不影响数据准确性和质量的情况下降低每个监测点的成本,这些传感器促进了监测网络的发展,从而更深入地了解影响空气质量的因素。

 

要了解有关 Alphasense OPC 产品和气体传感器的更多信息,请访问 www.alphasense.com

 

完整的评估报告可在南海岸 AQMD 网站 http://www.aqmd.gov/aq-spec/evaluations/field 上获得。