El principio de los sensores de materia particulada (PM) se basa principalmente en la dispersión óptica (dispersión de la luz), aunque existen otros métodos.

Principio básico: dispersión de la luz (más común):

Fuente de luz: Un diodo infrarrojo (IR) o láser emite un haz de luz en una cámara de detección a través de la cual se extrae aire que contiene partículas (a menudo por un pequeño ventilador o bomba).
Interacción de partículas: A medida que las partículas en el aire (polvo, humo, polen, etc.) pasan a través de este haz de luz, dispersan la luz en varias direcciones.La cantidad y el patrón de dispersión dependen del tamaño de la partícula, forma, composición y concentración.
Fotodetector: Un fotodetector sensible (como un fotodiodo o un fototransistor), posicionado en un ángulo específico (a menudo 90 ° o menos comúnmente dispersión hacia adelante / hacia atrás), detecta la luz dispersa.
Conversión de señal: El fotodetector convierte la intensidad de la luz dispersa en una señal eléctrica.
Correlación con la concentración de partículas: la intensidad de esta señal de luz dispersa está correlacionada con la concentración (masa por volumen, típicamente μg/m3) de partículas en el aire.Una mayor concentración de partículas da lugar a una mayor dispersión de luz y una señal más fuerte.
Diferenciación del tamaño (PM2.5/PM10): algunos sensores pueden estimar la distribución del tamaño de las partículas utilizando:
Modelos ópticos: algoritmos que analizan el patrón de dispersión/diferencias de intensidad.
"Propulsores" de alta velocidad que permiten el control de la velocidad de entrada de las partículas de una cámara óptica.
Calibración: Calibración con instrumentos de referencia para fracciones de tamaño específico (como PM2,5).

Principio alternativo: atenuación beta (utilizado en los monitores de referencia/regulatorios):

Fuente radiactiva: Una fuente radiactiva débil (como el carbono-14) emite partículas beta (electrones).
Cinta filtrable: Una cinta filtrable recoge las partículas en el aire que atraviesan el instrumento.
Medida de atenuación: las partículas beta pasan a través de una sección limpia de la cinta filtrante y son detectadas por un sensor, estableciendo una línea de base.las partículas beta pasan a través de la sección de la cinta cargada de partículas.
Cálculo de masa: la masa de partículas en el filtro absorbe/disemina las partículas beta, reduciendo el número que llega al detector.La atenuación (reducción) del recuento de partículas beta es directamente proporcional a la masa de partículas recogidas en el filtro.Combinado con el volumen de aire muestreado, se obtiene una concentración de masa de PM (por ejemplo, μg/m3).

Otros principios menos comunes:

Microbalance resonante (TEOM - Tapered Element Oscillating Microbalance): Las partículas se recogen en una punta de filtro vibrante.que se mide para determinar la concentración de masa.
Detección electrostática: mide la carga adquirida por las partículas que pasan a través de una sección de carga o la carga presente naturalmente en las partículas.

Consideraciones clave para los sensores ópticos (de dispersión) (tipo más común):

Calibración: requiere calibración con instrumentos de referencia (como monitores de atenuación beta) debido a las variaciones en las propiedades de las partículas que afectan la dispersión.Pero los factores ambientales (humedad, tipo de partícula) puede causar deriva.
Sensibilidad a la humedad: el vapor de agua puede condensarse en partículas o dispersar la luz en sí misma, lo que conduce a una sobreestimación, especialmente a alta humedad.Los sensores avanzados incorporan sensores de humedad y algoritmos de compensación.
Sensibilidad a la composición de partículas: los diferentes tipos de partículas (por ejemplo, hollín vs polvo) dispersan la luz de manera diferente.
Límites del rango de tamaño: las partículas muy pequeñas (< ~ 0,3 μm) y las partículas muy grandes pueden dispersar una luz insuficiente o eludir la cámara de detección, limitando el rango de tamaño efectivo.
Resolución/Límite de detección inferior: Existe una concentración mínima por debajo de la cual el sensor no puede distinguir con fiabilidad la señal del ruido electrónico.

Aplicaciones:
Los sensores ópticos PM se utilizan ampliamente debido a su costo relativamente bajo, pequeño tamaño y salida en tiempo real en:

Purificadores de aire de consumo
Monitores de calidad del aire interior
Detectores de contaminación portátiles
Control de los procesos industriales
Sistemas de climatización y climatización inteligentes
Redes de sensores de calidad del aire urbano (aunque con consideraciones de calibración/control de calidad)

En resumen, aunque existen varios principios, la tecnología dominante en los sensores de PM de consumo y muchos sensores industriales es la dispersión óptica de la luz,donde se mide la cantidad de luz esparcida por las partículas en el aire que pasan a través de un haz para estimar la concentración de masa de partículas, a menudo calibrados para fracciones de tamaño específico como PM2.5 o PM10.