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PM2.5を高精度に検出、三菱の空気質センサー (馬本隆綱,[EE T...

PM2.5を高精度に検出、三菱の空気質センサー (馬本隆綱,[EE Times Japan])

 三菱電機は2016年2月、PM2.5(微小粒子物質)の濃度を高精度に検出することができる小型の「空気質センサー」を開発したと発表した。1つのセンサーでPM2.5と、花粉/ほこりを識別することが可能である。

 新開発の空気質センサーは、上部と下部にそれぞれ集光ミラーを搭載する、独自のダブルミラー構造とした。集光ミラーが1個の場合に比べて、散乱光を約1.8倍も多く集光することが可能となる。このため光検知器は、粒子物質ごとに異なる特性をより正確に捉えることができ、微粒子数の検出精度を高めることが可能だという。

空気質センサーの垂直断面構造図 出典:三菱電機

 空気の流量を制御する機能も搭載した。一定流量の空気を安定的に送り込むことで、光検知器は流量中の粒子数を正しく計数し、PM2.5の濃度を精度よく検出することができる。また、空気の流量制御とレーザー光の光路をともに確保する配置とするなど、構成する部品配置を最適化したことにより小型化を図った。試作したセンサーモジュールの外形寸法は76×49×35mmである。従来の一般的な粉じん測定器は形状がラグビーボール大だという。

試作した空気質センサーの外観

 開発した空気質センサーは、空気中に浮遊する微粒子にレーザー光を照射して、その散乱光を光検知器で検出する仕組みである。特に、粒子サイズが小さいと散乱光は弱く、粒子サイズが大きいと散乱光が強い。このような散乱光の強弱で粒子サイズを判別することができる。また、散乱光は球形だと波形に乱れがなく、非球形だと波形が乱れるという特性がある。

独自の形状判別アルゴリズム

 こうした散乱光の変化度合いを検出する独自の形状判別アルゴリズムにより、1個のセンサーで、PM2.5だけでなく花粉やほこりの判別も可能となった。試作品の最小検出粒子径は0.3μmである。

粒子のサイズと形状から、微粒子の種類を識別することができる 出典:三菱電機

 同社は、一般的に市販されている高価で大型の粉じん測定器と、今回試作した空気質センサーの測定データを比較したところ、ほぼ同等の測定結果が得られたという。センサーの形状については、もう一段の小型化が可能とみている。

開発試作した空気質センサーと一般的な粉じん測定器を用いた測定データの比較例 出典:三菱電機

 量産時期やその時点の部品価格は今のところ未定としているが、価格については家庭用も含めて、空調機器に実装可能なレベルを想定している。空調機器に組み込んでおき、空気中のPM2.5や花粉が、ある一定の許容値を超えたときに、同センサーが検知して空調機器を作動させるようなセンサーシステムに最適だという。


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