四方光電在光散射技術(shù)上的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用可以追溯到2008年上海世博會(huì)。為滿足國(guó)內(nèi)某知名暖通空調(diào)（HVAC）企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需要，公司依托多年傳感器和儀器開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，為客戶開(kāi)發(fā)成功一套集成的空氣品質(zhì)模組，包含PM2.5、CO2、甲醛、磁輻射和溫濕度等多種指標(biāo)。從那開(kāi)始，公司持續(xù)深耕顆粒物傳感器的研發(fā)創(chuàng)新。四方光電從給工業(yè)高端儀器設(shè)備配套核心模組開(kāi)始，到現(xiàn)在給室內(nèi)各類(lèi)智能家電的配套、汽車(chē)整車(chē)OEM的配套、戶外揚(yáng)塵及網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)設(shè)備的配套、工廠潔凈度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全面配套，已經(jīng)覆蓋多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及室內(nèi)、室外、車(chē)內(nèi)等多種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了基于光散射技術(shù)的全產(chǎn)品線開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。

室內(nèi)粉塵檢測(cè)

早期空氣凈化器客戶多采用日本品牌的灰塵傳感器進(jìn)行顆粒物檢測(cè)，僅僅用來(lái)顯示不同顏色（通常是紅色代表超標(biāo)，黃色代表預(yù)警，綠色代表優(yōu)良）或者1，2，3數(shù)字等級(jí)來(lái)向用戶顯示凈化器的凈化效果。這種等級(jí)顯示的方式，只能作為趨勢(shì)變化的參考，無(wú)法傳遞環(huán)境真實(shí)的情況。之所以這樣，有兩個(gè)原因，一是早期霧霾等空氣污染不太嚴(yán)重，市場(chǎng)沒(méi)有精準(zhǔn)顯示的需求；二是光散射技術(shù)在民用家電領(lǐng)域的應(yīng)用被限制在了較低成本范圍內(nèi)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的技術(shù)升級(jí)。這類(lèi)傳感器以日本和韓國(guó)品牌為代表，產(chǎn)品外觀及設(shè)計(jì)思路如下：

可以看到，這類(lèi)以紅外LED作為光源，加熱電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣流動(dòng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理，其原始信號(hào)非常微弱，無(wú)法區(qū)分顆粒物信號(hào)與基底噪聲的差別，因此只能通過(guò)觸發(fā)低電平的方式，用單位檢測(cè)周期內(nèi)的低電平占空比來(lái)指代環(huán)境中探測(cè)到的顆粒物變化情況。

隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，影響城市居民呼吸道健康的霧霾問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，“PM2.5”也首次進(jìn)入大眾視野，成為了2013年的熱門(mén)關(guān)鍵詞。四方光電在2014年3月參加的AWE中國(guó)家電博覽會(huì)上，接受到了眾多家電企業(yè)對(duì)于低成本、高精度實(shí)現(xiàn)PM2.5探測(cè)的急切需求。

“高技術(shù)、低成本、量產(chǎn)化”正是四方光電氣體傳感器一貫致力專(zhuān)研的方向，公司立刻成立研發(fā)團(tuán)隊(duì)，積極響應(yīng)市場(chǎng)和用戶。通過(guò)接近一年的努力，四方光電于當(dāng)年底完成了首款專(zhuān)門(mén)針對(duì)空氣凈化器開(kāi)發(fā)的激光粉塵傳感器PM2005的開(kāi)發(fā)和投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的產(chǎn)品突破。PM2005通過(guò)將LED光源升級(jí)為激光光源，引入風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的氣流控制，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的數(shù)字化，并配置UART、IIC、PWM等多種數(shù)據(jù)通訊傳輸方式可選，真正意義上實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)測(cè)量、高性價(jià)比的產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)，一直倍國(guó)內(nèi)外主流的凈化器廠家配套選用。

LED紅外粉塵傳感器與激光型粉塵傳感器的性能對(duì)比：

從上表可以看到，如果用戶的設(shè)備需要進(jìn)行快速精確的實(shí)時(shí)數(shù)值顯示，激光粉塵傳感器無(wú)疑是一個(gè)更為合理的選擇，而如果設(shè)備只是僅僅作為等級(jí)顯示，或者只是用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字待變變化趨勢(shì)而對(duì)測(cè)量精度沒(méi)有要求，則可以繼續(xù)沿用LED紅外粉塵傳感器。

從2015年發(fā)展至今，四方光電每年都會(huì)持續(xù)針對(duì)客戶的需求變化持續(xù)不斷的推陳出新新的產(chǎn)品，目前激光粉塵傳感器已有PM2107、PM2008、PM2009、PM2012等多款量產(chǎn)品，客戶可根據(jù)自身結(jié)構(gòu)、性能的實(shí)際需求，靈活選擇。

車(chē)內(nèi)粉塵檢測(cè)

同時(shí)，霧霾也造成了人們對(duì)汽車(chē)車(chē)廂的空氣品質(zhì)的關(guān)注。通過(guò)積極開(kāi)展與OEM主機(jī)廠開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)交流，配合主機(jī)廠客戶進(jìn)行預(yù)研項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，在2016年推出了首款完全適用乘用車(chē)前裝技術(shù)及可靠性要求的激光車(chē)內(nèi)PM2.5傳感器總成CAPS-3500，并在當(dāng)年底被某國(guó)產(chǎn)品牌汽車(chē)作為T(mén)ier2供應(yīng)商被定點(diǎn)，2017公司通過(guò)IATF16949汽車(chē)質(zhì)量體系認(rèn)真，公司開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)第二代車(chē)規(guī)級(jí)PM2.5傳感器總成APMS-3000獲得國(guó)際著名汽車(chē)空調(diào)品牌的PM2.5傳感器定點(diǎn)，2018年開(kāi)發(fā)第三代PM2.5傳感器總成APMS-3500在被捷豹路虎定點(diǎn)為一級(jí)供應(yīng)商。此外公司還開(kāi)發(fā)出車(chē)規(guī)級(jí)PM2.5傳感器總成平臺(tái)APMS-3300系列，目前已批量應(yīng)用與多款國(guó)內(nèi)外車(chē)型。

光散射技術(shù)在整車(chē)上的前裝應(yīng)用，和室內(nèi)家居場(chǎng)景完全不同，在技術(shù)上遇到了多種困難和挑戰(zhàn)。首先，車(chē)艙內(nèi)的空氣環(huán)境更為復(fù)雜。室內(nèi)家居環(huán)境如果長(zhǎng)期開(kāi)著凈化器或者新風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)HEPA等過(guò)濾后，只要不是在霧霾天經(jīng)常開(kāi)窗通風(fēng)，一般室內(nèi)環(huán)境比較潔凈，大顆粒不多，1μm以下的小粒子居多。這個(gè)時(shí)候其實(shí)PM2.5與PM1.0的數(shù)值是非常接近的，那么我們通過(guò)香煙進(jìn)行傳感器標(biāo)定就合情合理，也有標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)（GBT18801-2015使用紅塔山1916品牌的香煙作為標(biāo)準(zhǔn)塵源）。但是車(chē)艙內(nèi)的環(huán)境就完全不是這樣，經(jīng)常的開(kāi)車(chē)窗、開(kāi)汽車(chē)空調(diào)外循環(huán)都會(huì)把外界空氣引入到車(chē)內(nèi)，而國(guó)道、高速、地下車(chē)庫(kù)、城市等不同道路上的環(huán)境粉塵構(gòu)成均不同，存在較大差異，如果繼續(xù)沿用室內(nèi)家居的粉塵傳感器，明顯無(wú)法做到準(zhǔn)確的塵源識(shí)別和測(cè)量。四方光電通過(guò)多年對(duì)光散射的技術(shù)積累和對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的深入理解，開(kāi)發(fā)出智能塵源識(shí)別算法（API算法），能夠有效識(shí)別出車(chē)艙內(nèi)的顆粒物構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量。

其次，不論是汽車(chē)空調(diào)內(nèi)循環(huán)還是外循環(huán)，車(chē)艙內(nèi)的氣流變化都是較大的，這點(diǎn)也與室內(nèi)空氣較為靜止非常不同，如果繼續(xù)沿用民用粉塵傳感器的設(shè)計(jì)，檢測(cè)數(shù)據(jù)一定會(huì)受到氣流變化的影響而出現(xiàn)較大波動(dòng)，給用戶帶來(lái)不好的體驗(yàn)。四方光電根據(jù)這一應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際情況，將民用粉塵中的軸承風(fēng)扇升級(jí)為大尺寸鼓風(fēng)機(jī)，抵抗風(fēng)阻的能力更強(qiáng)，還可以外接10-30cm的導(dǎo)氣管，從而確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

由于當(dāng)時(shí)市面上并沒(méi)有完全符合車(chē)規(guī)環(huán)境溫度及可靠性要求的鼓風(fēng)機(jī)，供應(yīng)商定制費(fèi)用昂貴且時(shí)間配合上無(wú)法滿足項(xiàng)目量產(chǎn)需求，四方光電投資開(kāi)設(shè)了自己的車(chē)規(guī)級(jí)風(fēng)扇工廠，從客戶需求出發(fā)，完全按照汽車(chē)應(yīng)用的性能及可靠性要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，目前已經(jīng)批量并應(yīng)用到多款車(chē)型中，實(shí)現(xiàn)了核心關(guān)鍵零部件的自制。

最后，由于主機(jī)廠的車(chē)型較多，既有新設(shè)計(jì)車(chē)型也有量產(chǎn)改款車(chē)型，留給粉塵傳感器的安裝和固定空間非常有限，四方光電為了降低客戶的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，創(chuàng)新的引入了平臺(tái)化開(kāi)發(fā)的創(chuàng)意，推出了平臺(tái)化的系列產(chǎn)品APMS-330X，該系列產(chǎn)品可以在確保PCBA及硬件設(shè)計(jì)完全不改動(dòng)的情況下，讓傳感器的進(jìn)出風(fēng)口及連接器在任意面按照客戶需求進(jìn)行位置調(diào)整。

室外揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)

2018年環(huán)境保護(hù)局發(fā)布了我國(guó)將推行網(wǎng)格化環(huán)境監(jiān)管逐步實(shí)現(xiàn)從重點(diǎn)區(qū)域至全覆蓋的計(jì)劃，相關(guān)試行標(biāo)準(zhǔn)《大氣PM2.5網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)指南（試行）》也逐步發(fā)布。利用精準(zhǔn)、科學(xué)的網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)治理大氣污染，可以有效提升治理環(huán)境的工作效率，而網(wǎng)格化系統(tǒng)的核心是PM2.5和PM10的有效監(jiān)測(cè)。

2020年又是打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、“十三五”規(guī)劃的全面收官之年，我國(guó)大氣污染治理進(jìn)入攻堅(jiān)“深水期”，剩下的都是難啃的“硬骨頭”。作為一直以來(lái)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，揚(yáng)塵污染治理已然成為大氣污染防治目標(biāo)完成與否的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

工地?fù)P塵及城市網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)是大氣污染防治的重要組成部分，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)探測(cè)的核心傳感器尤其重要，其必須同時(shí)具備產(chǎn)品的科學(xué)可靠性、應(yīng)用的完備性和經(jīng)濟(jì)的適用性三個(gè)特點(diǎn)。我國(guó)室外揚(yáng)塵及網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，早期多采用稱重法和β射線吸收法的監(jiān)測(cè)儀，該設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，投入費(fèi)用昂貴且后期維護(hù)成本高，無(wú)法大批量得到應(yīng)用。而民用凈化器中大量應(yīng)用的激光粉塵傳感器，又因?yàn)榇嬖跓o(wú)法滿足室外-30~70℃全天候的溫度環(huán)境，及無(wú)法滿足建設(shè)工地等實(shí)際使用場(chǎng)景經(jīng)常噴灑降霾的水霧影響或者下雨潮濕的高濕環(huán)境要求而難以得到使用。在戶外環(huán)境下使用凈化器上的傳感器，其溫度容易使傳感器損壞，水霧也經(jīng)常被誤判為霧霾而造成爆表，同時(shí)與國(guó)家大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)提供的PM2.5/PM10/TSP的多項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比，民用激光粉塵傳感器由于激光功率小、采樣流量小，導(dǎo)致PM10分辨率很低，只能根據(jù)PM2.5的數(shù)值按照比例計(jì)算出PM10和TSP，這樣的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重失真。

通過(guò)準(zhǔn)確把握上述客戶需求的痛點(diǎn)，四方光電繼續(xù)攻堅(jiān)克難，發(fā)揮在光散射原理上長(zhǎng)期積淀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合在室內(nèi)及車(chē)內(nèi)粉塵檢測(cè)上所積累的經(jīng)驗(yàn)，研制出了揚(yáng)塵傳感器-PM3003、PM3006系列產(chǎn)品，其具備如下關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)和特性：

首先，采用寬溫型大功率線型激光光源、API粉塵自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、先進(jìn)的流道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)抗污染、高濕度環(huán)境的水霧去除裝置等，開(kāi)創(chuàng)新的低成本實(shí)現(xiàn)了對(duì)室外揚(yáng)塵的準(zhǔn)確測(cè)量，PM2.5和PM10的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)值與β射線吸收法監(jiān)測(cè)設(shè)備，準(zhǔn)確測(cè)量的相關(guān)性可以達(dá)到0.9以上。

其次，PM3003X、 PM3006激光揚(yáng)塵傳感器采用了工作溫度在-30~70℃的恒功率、線型光源，其光功率高達(dá)100mW，相比點(diǎn)光源高出20倍以上，原始信號(hào)更強(qiáng)，大大提升了顆粒物的識(shí)別效率。同時(shí)對(duì)光源采用了恒功率控制，保證原始信號(hào)的穩(wěn)定輸出，確保測(cè)量的穩(wěn)定性。

最后，配套了除濕裝置，防止室外環(huán)境中細(xì)小的水珠進(jìn)入檢測(cè)氣室，消除水汽對(duì)揚(yáng)塵傳感器的精度影響。

由此，四方光電實(shí)現(xiàn)了從室內(nèi)到車(chē)內(nèi)，再到戶外粉塵檢測(cè)的全領(lǐng)域覆蓋，其最大的優(yōu)勢(shì)在于，可以結(jié)合不同領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)產(chǎn)品的需求，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的靈活配置，最大程度的為客戶提供創(chuàng)造性的優(yōu)質(zhì)解決方案，并可在未來(lái)客戶的產(chǎn)品升級(jí)換代中，提供進(jìn)一步的技術(shù)及性能拓展空間。

四方光電企業(yè)介紹

四方光電于2003年在“中國(guó)武漢-光谷”成立，是一家專(zhuān)業(yè)從事氣體傳感器、氣體分析儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè)。四方光電公司董事長(zhǎng)、創(chuàng)始人熊友輝為華中科技大學(xué)熱能工程專(zhuān)業(yè)博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，國(guó)務(wù)院特殊津貼專(zhuān)家。

公司開(kāi)發(fā)了基于非分光紅外(NDIR)、光散射探測(cè)(LSD)、超聲波(Ultrasonic)、紫外差分吸收光譜(UV-DOAS)、熱導(dǎo)(TCD)、激光拉曼(LRD)等原理的氣體傳感技術(shù)平臺(tái)，形成了氣體傳感器、氣體分析儀器兩大類(lèi)產(chǎn)業(yè)生態(tài)、幾十款不同產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的家電、汽車(chē)、醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)、能源計(jì)量等領(lǐng)域。

四方光電是湖北省首批知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范建設(shè)企業(yè)，建設(shè)有湖北省氣體分析儀器儀表工程技術(shù)研究中心、湖北省企業(yè)技術(shù)中心，承擔(dān)了國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)、工信部物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)等國(guó)家科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。截至2020年8月底，公司及子公司擁有101項(xiàng)境內(nèi)外注冊(cè)專(zhuān)利，其中國(guó)內(nèi)99項(xiàng)，國(guó)外2項(xiàng)。發(fā)明專(zhuān)利共有33項(xiàng)（境內(nèi)31項(xiàng)，境外2項(xiàng)）。公司及子公司湖北銳意分別入選工信部2019年工業(yè)強(qiáng)基工程-“傳感器一條龍”應(yīng)用計(jì)劃示范企業(yè)和示范項(xiàng)目。憑借長(zhǎng)期的技術(shù)積淀、良好的產(chǎn)品性能及國(guó)際化視野，公司已取得多家國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)的認(rèn)可，產(chǎn)品銷(xiāo)往全國(guó)并出口到80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

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