CN105486617A - 细颗粒物快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细颗粒物快速检测仪，用于快速检测气体中的细颗粒物含量，其具有：传感器，利用光散射法检测待测气体中的细颗粒物的初始浓度数据，该传感器中的受光元件为雪崩二极管，其中传感器中的雪崩二极管接受的是经待测气体中的颗粒物散射后的全部或部分散射光。并根据标准浓度数据利用最小二乘法经曲线拟合形成标准模型，并将测得的初始浓度数据与标准模型进行比对来得到细颗粒物浓度数据。其中的待检测气体可以是通过预定孔径的滤网过滤后的。本发明的细颗粒物快速检测仪，能够快速、准确地测量细颗粒物的含量，同时其体积小巧、成本低，简单易行，值得推广。

Description

细颗粒物快速检测仪

技术领域

本发明涉及细颗粒物的检测领域，尤其是一种利用光散射法快速检测细颗粒物浓度的检测仪。

背景技术

近日北京雾霾严重，出门经常需要戴口罩，而戴口罩又非常不方便；同时室内也有很多由室外带入的可吸入颗粒物，影响人们健康。所以我们需要检测细颗粒物含量从而量化空气质量，并决定何时戴口罩。

目前市面上有许多传统的细颗粒物浓度监测仪，但他们大多成本高昂、大型、只能测量固定地点细颗粒物含量，非常不方便，不适合家用。

能不能制作一种细颗粒物检测仪，从而检测各种环境中不同直径的细颗粒物含量，如家庭中、马路边、衣服上等？

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明目的是提供一种细颗粒物快速检测仪，其可以快速、准确地测量细颗粒物的含量，同时其体积小巧、成本低。

为了达到上述目的，本发明提供的主要技术方案包括：

一种细颗粒物快速检测仪，用于快速检测气体中的细颗粒物含量，其具有：传感器，利用光散射法检测待测气体中的细颗粒物的初始浓度数据，该传感器中的受光元件为雪崩二极管。

其中，传感器中的雪崩二极管接受的是经待测气体中的颗粒物散射后的全部或部分散射光。

其中，传感器还具有激光发射器、第一透镜、第二透镜，激光发射器发射的激光经第一透镜后，再经过待检测气体，激光遇到颗粒物产生反射，部分反射光经第二透镜后，汇集到雪崩二极管，由雪崩二极管得到细颗粒物的初始浓度数据的模拟信号。

上述任一种细颗粒物快速检测仪，其根据标准浓度数据利用最小二乘法经曲线拟合形成标准模型，并将测得的初始浓度数据与标准模型进行比对来得到细颗粒物浓度数据。

优选为，利用最小二乘法经6次曲线拟合形成标准模型。

所述的细颗粒物快速检测仪，其还具有：

检测空间，具有开口，供待检测气体进入，所述传感器利用光散射法检测该检测空间中的细颗粒物的初始浓度数据；

处理器，将传感器所测得的细颗粒物的初始浓度数据与预制的标准模型进行比对分析，得到最终的细颗粒物浓度数据。

其中，开口设有气泵，供引导外界的气体进入到检测空间中，或反之供引导检测空间中的气体到外界。

其中，开口设有滤网，滤网具有与待检测的细颗粒物的粒径相对应的网孔，外界的气体经滤网过滤后进入到检测空间中。

其中，雪崩二极管通过模数转换器连接作为处理器的单片机。

所述的细颗粒物快速检测仪，其还具有显示屏和/或外壳。

本发明的有益效果是：本发明的细颗粒物快速检测仪，其能够快速、准确地测量不同直径的细颗粒物的含量，同时其体积小巧、成本低，简单易行，值得推广。

附图说明

图1为本发明中的光散射原理图；

图2为本发明一个实施例的整体流程示意图；

图3为本发明一个实施例中的标准模型示意图；

图4为本发明一个实施例的检测仪的分解示意图；

图5为本发明一个实施例的传感器的组装示意图；

图6为本发明一个实施例的传感器固定装置的底座示意图；

图7为本发明一个实施例的传感器固定装置的盖子示意图；

图8为本发明一个实施例的雪崩二极管固定座的示意图；

图9为本发明一个实施例的测试结果曲线图。

【主要元件符号说明】

激光发射器1、第一透镜2、第二透镜3、雪崩二极管4、检测部分9、变压器10、单片机11、气泵12、充电电池13、屏幕14、传感器固定装置的底座5、传感器固定装置的盖体6、侧孔7、雪崩二极管固定座40、安装槽41、固定孔42、卡固装置80、81、82、83。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式对本发明作详细说明。

参见图1至图4，本发明一个实施例的细颗粒物快速检测仪，其具有传感器，利用光散射法检测待测气体中的细颗粒物的初始浓度数据，该传感器中的受光元件为雪崩二极管4，通过对雪崩二极管4光通量的测定，推算出颗粒物浓度。其通过光散射传感器可以用于快速检测气体中的细颗粒物含量，而采用雪崩二极管4作为传感器中的受光元件，可以更便于实现快速、准确的测量。

具体的，本发明中的传感器中的雪崩二极管4接受的是经待测气体中的颗粒物散射后的部分散射光(参见图1)。

具体的，传感器包括激光发射器1、第一透镜2和雪崩二极管4(参见图5)，激光发射器1发射的激光经其前端的第一透镜2后再经过待测气体，经颗粒物散射后，部分散射光由雪崩二极管4接受。

进一步的，传感器还可以具有第二透镜3，激光发射器1发射的激光经第一透镜2后，再经过待检测气体，激光遇到颗粒物产生反射，部分反射光经第二透镜3后，汇集到雪崩二极管4，由雪崩二极管4得到细颗粒物的初始浓度数据的模拟信号。

具体的，为了对数据进行处理，本发明的细颗粒物快速检测仪，其还具有处理器，将传感器所测得的细颗粒物的初始浓度数据与预制的标准模型进行比对分析，得到最终的细颗粒物浓度数据。

具体的，雪崩二极管4通过模数转换器连接作为处理器的单片机，雪崩二极管4得到的模拟信号先经模数转换器转换为数字信号，之后由处理器进行处理得到最终的细颗粒物浓度数据。

具体的，可以在单片机11中对数字信号与标准数值(可以利用现有的专业仪器测出)进行数学拟合、回归分析，得到公式，再利用公式换算出最终的细颗粒物浓度。

具体的，可以采用最小二乘法进行曲线拟合，本实施例中是采用最小二乘法进行六次曲线拟合，得到公式。参见图3，本发明一个实施例中的公式图，其中，x轴表示模数转换后的数字信号数据，y轴表示最终的细颗粒物浓度数据，该曲线是通过AD转换的原始数据与大型专业仪器测出的颗粒物数值拟合出来的。

具体的，为了便于检测、提高检测结果的准确性，本发明的细颗粒物快速检测仪，其还设置有检测空间，该检测空间具有开口(参见图4)，供待检测气体进入，所述传感器利用光散射法检测该检测空间中的细颗粒物的初始浓度数据。

具体的，开口处设有气泵12，供引导外界的气体进入到检测空间中，或反之将检测空间内的气体导出。通过设置气泵12，可以根据实际需要将校内、家中、马路边，甚至是衣服上的细颗粒物随气体吸入检测空间中

具体的，开口处还设有滤网，滤网具有与待检测的细颗粒物的粒径相对应的网孔(例如检测PM2.5数据时，可以采用孔径2.5微米的滤网)，外界的气体经滤网过滤后进入到检测空间中，以过滤掉大的颗粒物，避免干扰，提高结果的准确性。

优选为，该滤网为可拆卸的，以便根据需要更换不同孔径的滤网，或在使用多次之后更换新的滤网，来保证结果的准确性。

参见图4、图5，本发明的细颗粒物快速检测仪，其还具有外壳，检测空间设于外壳中，检测空间的开口及滤网设于外壳的上部，外壳的一侧(定义为前侧)设有屏幕14和开关，对外的接口(如电源、数据等接口)设于外壳的下部，例如可以通过接口为内部的充电电池13充电，还可以通过变压器10连接。

具体的，该外壳上部呈马蹄形，下部是圆柱形。

外壳顶部的外侧设有一个容置槽，容置槽的槽底部设有贯穿外壳内外侧的贯穿孔，滤网设置于容置槽中并覆盖贯穿孔，滤网上方可以再设置压制件(如可以嵌入容置槽中的压环)等将之固定，气泵12引导的气体经滤网过滤后再经贯穿孔进入外壳的内部。

参见图5、图6、图7和图8，外壳中还设有一个传感器固定装置，其设置于检测部分9所示的位置，其设有供固定激光发射器1和雪崩二极管4的固定位，以及所述检测空间。

该传感器固定装置具有底座5和盖体6，二者配合构成一盒体。激光发射器1和雪崩二极管4设于二者之间，激光发射器1的固定位由分设于底座5和盖体6上的卡固装置81、82、80构成，激光发射器1被二者夹持固定；雪崩二极管4的固定位除设于底座5上的卡固装置83和盖体6之外，还具有设于二者之间的雪崩二极管固定座40，该雪崩二极管固定座40设于底座5上的卡固装置83和盖体6之间，该雪崩二极管固定座40设有一安装槽41，安装槽41底壁设有固定孔42(本实施例中为三个，呈三角形布置)，雪崩二极管4设于该安装槽41中，并通过固定孔42固定；传感器固定装置的底座5和盖体6分别设有对应光路上预定位置的侧孔7，两个侧孔7正对设置，待检测气体通过该两个侧孔7时，激光穿过待检测气体。

其中，激光发射器1和第一透镜2共同设于卡固装置82中，第二透镜3和雪崩二极管4共同设于卡固装置83中，利于彼此间相对位置的设置，且能精简结构、缩小体积。

其中，激光发射器1、雪崩二极管4和侧孔7三者分设于三角形的三个顶点。

参见图2，本发明的细颗粒物快速检测仪可以按如下流程工作：

启动检测仪的开关，检测仪开始工作；

气泵启动；

气体及细颗粒物经过滤网进入检测空间；

传感器工作，利用光散射法检测模拟信号数据；

模数转换成数字信号数据；

数字信号数据传输至单片机进行处理得到结果；

通过显示屏显示结果；

检测结束。

参见图9，利用本发明一个实施例的检测仪在多个地理位置多个时间点得到的检测结果与标准值的对比图。

综上所述，本发明的细颗粒物快速检测仪，通过筛网过滤，使得特定大小的细颗粒物进入仪器内，仪器中的传感器运用光散射法，使得激光经过透镜，然后经过仪器内空气，遇到细颗粒物产生反射，部分光反射至另一个透镜，最终汇聚到雪崩光电二极管，得到与颗粒物浓度相对应的模拟信号，再将雪崩光电二极管得到的模拟信号转化为数字信号传到单片机中，对该数值与专业仪器的数值进行数学拟合、回归分析，得出公式，用该公式换算出最终细颗粒物浓度。

基于上述，本发明具有结构简单、操作简便、结果精确、成本低等优点，相比于市面上的家用产品，不仅价格低廉，而且通过智能化程序与拟合的公式得出的数据准确性高，与环保局数据(作为标准值)相吻合。在实际应用中，可检测家居、衣服、环境中的超细颗粒物，给人提供污染状况，带来了一个简便可行的空气质量检测方法。

虽然本发明是以细颗粒物为例进行的说明，但是，本领域技术人员可以知道的是，本发明也可以用于可吸入颗粒物或其他粒径的颗粒物的检测。

Claims (10)

1.一种细颗粒物快速检测仪，用于快速检测气体中的细颗粒物含量，其特征在于，其具有：

传感器，利用光散射法检测待测气体中的细颗粒物的初始浓度数据，该传感器中的受光元件为雪崩二极管。

2.如权利要求1所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：

传感器中的雪崩二极管接受的是经待测气体中的颗粒物散射后的全部或部分散射光。

3.如权利要求1所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：

传感器还具有激光发射器、第一透镜、第二透镜，激光发射器发射的激光经第一透镜后，再经过待检测气体，激光遇到颗粒物产生反射，部分反射光经第二透镜后，汇集到雪崩二极管，由雪崩二极管得到细颗粒物的初始浓度数据的模拟信号。

4.如权利要求1、2或3所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：

根据标准浓度数据利用最小二乘法经曲线拟合形成标准模型，并将测得的初始浓度数据与标准模型进行比对来得到细颗粒物浓度数据。

5.如权利要求4所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：利用最小二乘法经6次曲线拟合形成标准模型。

6.如权利要求4所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于，还具有：

检测空间，具有开口，供待检测气体进入，所述传感器利用光散射法检测该检测空间中的细颗粒物的初始浓度数据；

处理器，将传感器所测得的细颗粒物的初始浓度数据与预制的标准模型进行比对分析，得到最终的细颗粒物浓度数据。

7.如权利要求4所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：还设有气泵，供引导外界的气体进入到检测空间中，或反之供引导检测空间中的气体到外界。

8.如权利要求4所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：还设有滤网，滤网具有与待检测的细颗粒物的粒径相对应的网孔，外界的气体经滤网过滤后进入到检测空间中。

9.如权利要求4所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：雪崩二极管通过模数转换器连接作为处理器的单片机。

10.如权利要求4所述的细颗粒物快速检测仪，其特征在于：还具有显示屏和/或外壳。