Plantower PMS5003 和 PMS7003 空气质量传感器实验

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PMS5003
PMS7003

Plantower PMS 5003 和 PMS 7003 传感器

The PMS 7003 and PMS 5003 sensors are the 7th resp 5th generation of the PMSx003 series developed by Plantower (chinese name 攀藤).

实验设置

对于本实验,3 个 PMS 7003 和 3 个 PMS 5003 共置在一起。目的是了解单个传感器读数的准确性,以及由于缺乏低成本传感器的有效校准而引起的潜在误差水平。

对于每个传感器(PMS5003 和 PMS7003),有 3 个传感器(标识为 PMSx003 #1、#2 和 #3)在 3 分钟内交替运行。每分钟仅收集最后 30 秒的数据,而保留前 30 秒的数据是为了让传感器稳定其输出。

There is additional PMS5003 sensor (number #4 ): It is a used (old) sensors which has been running in continuous mode for several months outdoor. The objective for this sensor is to understand if the accuracy decreases with the age (during to the laser or fan wearing off).

规格表: PMS5003.pdf and PMS7003.pdf.

请注意,来自传感器的 PMSx 数据有两种形式:“标准颗粒物”(标准颗粒或 CF-1,字节 4-9)和“大气环境下”(大气环境,字节 10) -15)。这是我们用于此实验的第二个(感谢 Bart 的澄清)。

传感器拆解

以下图片是 PMS5003 在户外连续模式下运行几个月所拍摄的。


好消息是 Plantower 成功地进行了相当好的机械设计,可以防止安装激光器和二极管的 PCB 正面积聚灰尘(参见右图 A)。与 Dylos 上的灰尘堆积相比,这保证了更好的使用寿命和数据准确性随着时间的推移。

在电气和电子元件方面,PMS5003 与最初的 PMS1003 设计没有太大不同。 CPU 仍然是 Cypress CY8C4245,它是一个以 48Mhz 运行的组合 ARM Cortex-M0 和专用 ADC,用于对二极管的输出进行采样。

实时数据

db 代表垃圾箱,以每分钟计数为单位。例如,db2.5-um 表示空气动力学直径低于 2.5 µm 的颗粒数量;

气象条件时间序列

需要气象条件,尤其是相对湿度 (RH),因为高 RH 可能对激光检测到的颗粒尺寸产生直接影响。对于BAM传感器来说,实际上有恒定湿度的要求。

上图基于 CWOP 站 EW2754。下表是根据我们的 GAIA A12 站的实时读数

颗粒物时间序列

请注意,前 3 个时间序列图显示的是使用 AQI 的值(而不是原始 mg/m3)。 AQI 基于美国 EPA 断点。对于 PM1,使用 PM2.5 断点。

对于颗粒物图,显示了来自邻近站点的参考 BAM 测量值,但未考虑偏差图 ~ 该实验的目的是了解相同类型传感器(例如 PMS)与非传感器之间的偏差在使用不同技术的传感器之间(例如激光计数器与 Beta 衰减)。

每个时间序列下方的偏差图计算为最小值(蓝色)和最小值之间的差异。每个 5 分钟周期块的最大值(红色)和平均读数。 X 轴显示平均值,Y 轴显示最小/最大与平均值之间的差值。对于前 3 个时间序列图,差异以 AQI 表示:这样,很容易评估那些低成本传感器的 AQI 值的潜在误差。

Comparison between Std. Particle (标准颗粒物) and Std. Atmosphere (大气环境下)

CF1 refers to Std. Particle (标准颗粒物). SAT refers to Std. Atmosphere (大气环境下).

The graphs below shows the correlation for the CF1 (X, absyss) and the ratio CF1/SAT (Y, ordinate), for the PM2.5 and PM10 data.


The almost too perfect correlation between approx. 30 mg to 100 mg for PM2.5 / PMS5003, (40mg to 150 for PM10) does not sound too scientific...

cf1<30 ⇒ sat=cf1
cf1>100 ⇒ sat = cf1 * 2/3
cf1 in ∈ [30;100] ⇒ sat = 30 + cf1 * (cf1-30)/70 * 2/3

Note: Thanks to Bart for the comment on `CF1>30 ⇒ SAT < CF1`
The formula has been updated with correct ratio (2/3)

一个有趣的问题是 CF-1/SAT 比率是否是 Plantower 校准过程的一部分?至少,对于 PM2.5,PMS7003 和 PMS5003 的上限阈值不同(第一个为 85,第二个为 100)。当有足够的数据可用时,此页面将更新答案......

PM10与PM2.5的相关性

Refering to the experiment on PM10 vs PM2.5, the question is weather the PMS sensor is able to correctly detect the particules. The graph below show the correlation between PM10 vs PM2.5 CF-1 readings for the past 10 days.


目前,这种相关性似乎是完全线性的,但一旦下一个 PM10 污染事件到来,该图将能够确认垃圾箱尺寸检测的效率。

此外,需要检查的一种有趣的模式是非线性曲线,可以在 Dylos 传感器上看到。这种弯曲模式是由于传感器无法正确检测不同的颗粒箱,这是由于“阻碍”二极管的颗粒数量过多造成的。目前,空气污染水平太低,无法检测到这种现象,但一旦冬天到来,数据就会证实这种模式是否存在。

颗粒物时间序列(室内设置)

There are 2 additional indoor PMS5003 sensors:
The graphs below are expressed in AQI units.
And this is for the meteorological indoor sensor



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关于空气质量与空气污染指数

本网站采用的污染指数和颜色与EPA是完全相同的。 EPA的指数可以从 AirNow上查到

空气质量指数 空气质量指数级别(状况)及表示颜色 对健康影响情况 建议采取的措施
0 - 50 一级(优) 空气质量令人满意,基本无空气污染 各类人群可正常活动
51 -100 二级(良) 空气质量可接受,但某些污染物可能对极少数异常敏感人群健康有较弱影响 极少数异常敏感人群应减少户外活动
101-150 三级(轻度污染) 易感人群症状有轻度加剧,健康人群出现刺激症状 儿童、老年人及心脏病、呼吸系统疾病患者应减少长时间、高强度的户外锻炼
151-200 四级(中度污染) 进一步加剧易感人群症状,可能对健康人群心脏、呼吸系统有影响 儿童、老年人及心脏病、呼吸系统疾病患者避免长时间、高强度的户外锻炼,一般人群适量减少户外运动
201-300 五级(重度污染) 心脏病和肺病患者症状显著加剧,运动耐受力降低,健康人群普遍出现症状 儿童、老年人及心脏病、肺病患者应停留在室内,停止户外运动,一般人群减少户外运动
300+ 六级(严重污染) 健康人群运动耐受力降低,有明显强烈症状,提前出现某些疾病 儿童、老年人和病人应停留在室内,避免体力消耗,一般人群避免户外活动
(参考详见 http://zh.wikipedia.org/wiki/空气质量指数)

如果你想了解更多有关空气质量与污染,详见维基百科或者 AirNow

有关健康建议详见北京的Richard Saint Cyr MD医生的博客:www.myhealthbeijing.com


注意事项: 所有空气质量数据在发布时均未经验证,并且为了保证数据质量,这些数据可能随时被修改,恕不另行通知。 世界空气质量指数项目在编制此信息的内容时已经运用了所有合理的技能和谨慎,在任何情况下世界空气质量指数项目团队或其代理人将不会为由于提供此数据而直接或间接引起的伤害、合同损失、侵权及其他任何损失负责。



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