CN105784551A - 检测微小颗粒物的浓度的方法和传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传感器，包括：感测单元，包括贯穿感测单元的空气通道，并被配置为感测所述空气通道内的空气样本中的颗粒物的浓度；转动机构，与所述感测单元固定连接，能够使所述感测单元转动；以及控制器，用于控制所述感测单元和所述转动机构。所述控制器被配置为：控制所述转动机构使所述感测单元以预定转速转动预定时间，使得空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物与更大的颗粒物分离；控制所述感测单元感测空气样本中的颗粒物的浓度，作为空气样本中的微小颗粒物的浓度。

Description

检测微小颗粒物的浓度的方法和传感器

技术领域

本发明涉及空气质量检测，具体地，涉及一种用于检测容器内空气样本中的空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物的浓度的方法，传感器和空气净化器。

背景技术

近年来，随着快速工业化和机动车数量的爆发性增长，空气污染变得日益严重。在中国，尤其自2013年年初以来，空气中的微小颗粒物作为代表性空气污染物，尤其是细颗粒物(空气动力学当量直径等于或小于2.5微米的颗粒物，也称为PM2.5)的浓度保持在较高水平，雾霾天气显著增加。人们的健康和日常生活正在遭受严重威胁。因此，需要用于检测微小颗粒物浓度的检测设备。

目前，已经存在多种方法来检测空气中的微小颗粒物，包括例如石英振荡微天平方法、β射线方法和光散射方法。这些方法中大多需要惯性冲击器作为前端设备来将微小颗粒物与较大颗粒物分离。例如，专利文献CN102680349A公开了一种使用惯性冲击器的PM2.5监测设备。尽管惯性冲击器具有很好的尺寸分离能力，但是其高成本、大体积和对气流速率的精确控制限制了其在家庭中的应用。

另一方面，可以利用重力沉降原理来将微小颗粒物与较大颗粒物分离。然而，重力沉降方法需要较长的分离时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测容器内空气样本中的空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物的浓度的方法，传感器和空气净化器，在不显著增加成本的前提下，快速检测微小颗粒物的浓度。

根据本发明的第一方面，提供了一种传感器，包括：感测单元，包括贯穿感测单元的空气通道，并被配置为感测所述空气通道内的空气样本中的颗粒物的浓度；转动机构，与所述感测单元固定连接，能够使所述感测单元转动；以及控制器，用于控制所述感测单元和所述转动机构。所述控制器被配置为：控制所述转动机构使所述感测单元以预定转速转动预定时间，使得空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物与更大的颗粒物分离；控制所述感测单元感测空气样本中的颗粒物的浓度，作为空气样本中的微小颗粒物的浓度。

在一个实施例中，所述传感器还包括：密封机构，用于开启或封闭空气通道。当所述密封机构开启空气通道时，空气样本进入空气通道。所述控制器还被配置为：在控制所述转动机构使所述感测单元转动之前，控制所述密封机构封闭空气通道。

在一个实施例中，所述预定转速和所述预定时间与所述预定值相关。

在一个实施例中，所述预定值是2.5微米。

在一个实施例中，所述控制器还被配置为：在控制所述转动机构使所述感测单元转动之前，控制所述感测单元感测空气样本中的初始颗粒物浓度。

在一个实施例中，所述空气通道沿第一方向贯穿所述感测单元，所述转动机构使所述感测单元绕沿第一方向的转轴转动。

在一个实施例中，所述空气通道沿第一方向贯穿所述感测单元，所述转动机构使所述感测单元绕沿第二方向的转轴转动，所述第二方向与第一方向正交。

在一个实施例中，所述转动机构使所述感测单元绕沿转轴转动，所述转轴与所述感测单元的重心相符。

在一个实施例中，所述转动机构能够手动操作。

在一个实施例中，所述转动机构包括齿轮组。

根据本发明的第二方面，提供了一种空气净化器，包括根据上述第一方面的传感器。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于检测容器内空气样本中的空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物的浓度的方法，包括：使空气样本进入容器；使容器以预定转速转动预定时间，使得微小颗粒物与更大的颗粒物分离；感测空气样本中的颗粒物的浓度，作为空气样本中的微小颗粒物的浓度。

在一个实施例中，所述方法还包括：在使容器转动之前，将容器密封。

在一个实施例中，所述预定转速和所述预定时间与所述预定值相关。

在一个实施例中，所述预定值是2.5微米。

在一个实施例中，所述方法还包括：在使容器转动之前，感测空气样本中的初始颗粒物浓度。

根据本发明的实施例，能够在不显著增加成本的前提下，快速检测微小颗粒物的浓度。

附图说明

通过下文结合附图的详细描述本发明的实施例，本发明的上述和其它特征将更为清晰，其中：

图1(a)和1(b)是根据本发明实施例的传感器的示意图；

图2(a)和2(b)是根据本发明另一实施例的传感器的示意图；

图3是根据本发明另一实施例的传感器的示意图；

图4是根据本发明另一实施例的传感器的示意图；

图5是根据本发明另一实施例的传感器的示意图；

图6是根据本发明另一实施例的传感器的示意图；

图7是根据本发明实施例的用于检测容器内空气样本中的微小颗粒物的浓度的方法的流程图。

具体实施方式

以下参照附图来描述本发明的实施例。在各个附图中，相同的参考标记用于表示相同或相似的部分。

本发明基于以下事实：在离心作用下，越大的颗粒向远心方向的运动越快。因此，可以利用离心分离方法将微小颗粒物与较大颗粒物分离，然后利用感测单元来检测微小颗粒物的浓度。在本发明中，“微小颗粒物”指空气动力学当量直径等于或小于预定值的颗粒物。作为示例，“微小颗粒物”指空气动力学当量直径等于或小于10微米的颗粒物。具体地，“微小颗粒物”包括空气动力学当量直径等于或小于2.5微米的颗粒物(PM2.5)。

图1(a)和1(b)是根据本发明实施例的传感器100的示意图。图1(a)和1(b)分别示出了传感器100的两个操作状态。如图所示，传感器100包括：感测单元110，包括贯穿感测单元的空气通道111，并被配置为感测所述空气通道111内的空气样本中的颗粒物的浓度。传感器100还包括：转动机构120，与所述感测单元110固定连接，能够使所述感测单元110转动。

转动机构120可以是电机。

传感器100还包括：控制器(未示出)，用于控制所述感测单元110和所述转动机构120。所述控制器被配置为：控制所述转动机构120使所述感测单元110(连同空气通道111)以预定转速转动预定时间(如图1(b)中箭头所示)，使得空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物与更大的颗粒物分离；控制所述感测单元110感测空气样本中的颗粒物的浓度，作为空气样本中的微小颗粒物的浓度。

优选地，所述传感器100还包括：密封机构130，用于开启或封闭空气通道111。如图1(a)所示，当所述密封机构130开启空气通道111时，空气样本进入空气通道111。所述控制器还被配置为：在控制所述转动机构120使所述感测单元110转动之前，控制所述密封机构130封闭空气通道111(如图1(b)所示)。可以认识到，密封机构130是可选的。

在一个实施例中，所述预定转速和所述预定时间与所述预定值相关。在一个实施例中，所述预定值是2.5微米(即PM2.5)。关于所述预定转速和所述预定时间，作为示例，对于PM2.5，预定转速为600rpm，预定时间为30s；备选地，预定转速为1800rpm，预定时间为10s。

在一个实施例中，所述控制器还被配置为：在控制所述转动机构120使所述感测单元110转动之前，控制所述感测单元110感测空气样本中的初始颗粒物浓度。初始颗粒物浓度可以用于与微小颗粒物的浓度进行对比。

在图1(a)和1(b)所示的示例中，所述空气通道111沿第一方向贯穿所述感测单元110，所述转动机构120使所述感测单元110绕沿第一方向的转轴转动。

图2(a)和2(b)是根据本发明另一实施例的传感器200的示意图。与传感器100类似地，传感器200包括感测单元210(包括贯穿感测单元的空气通道211)、转动机构220、密封机构230(可选)、控制器(未示出)。传感器200的感测单元210、转动机构220、密封机构230和控制器的配置和操作与传感器100的相应单元的配置和操作基本上相同，差别在于空气通道211贯穿感测单元210的方向与感测单元210的转轴方向正交。即，空气通道211沿第一方向贯穿所述感测单元210，所述转动机构220使所述感测单元210绕沿第二方向的转轴转动，所述第二方向与第一方向正交。

图3是根据本发明另一实施例的传感器300的示意图。传感器300与图1所示的传感器100基本上相同。在图3所示的示例中，感测单元310的重心与几何中心不重合。在这种情况下，所述转动机构320使所述感测单元310绕沿转轴转动，所述转轴与所述感测单元310的重心相符，从而实现转动平衡。

图4是根据本发明另一实施例的传感器400的示意图。传感器400与图1所示的传感器100基本上相同，差别在于转动机构420(转盘)能够手动操作，以如图4中箭头所示转动。

图5是根据本发明另一实施例的传感器500的示意图。传感器500与图4所示的传感器400基本上相同，差别在于转动机构包括齿轮组521来替代转盘420。在这种情况下，可以通过如图中箭头所示左右移动摇臂522来转动齿轮组521，从而获得足够的转速。

图6是根据本发明另一实施例的传感器600的示意图。传感器600与图2所示的传感器200基本上相同，差别在于转动机构620(齿轮组)能够手动操作，以如图6中箭头所示转动。

相应地，本发明还提供了一种空气净化器，包括上述传感器100、200、300、400、500、600中的至少一个。

图7是根据本发明实施例的用于检测容器内空气样本中的微小颗粒物的浓度的方法700的流程图。如图7所示，方法700包括以下步骤：

在步骤S710，使空气样本进入容器。

在步骤S720，使容器以预定转速转动预定时间，使得微小颗粒物与更大的颗粒物分离。

在步骤S730，感测空气样本中的颗粒物的浓度，作为空气样本中的微小颗粒物的浓度。

在一个实施例中，方法700还包括：在使容器转动之前，将容器密封。

在一个实施例中，所述预定转速和所述预定时间与所述预定值相关。

在一个实施例中，所述预定值是2.5微米。

在一个实施例中，方法700还包括：在使容器转动之前，感测空气样本中的初始颗粒物浓度。

本发明的实施例提供一种用于检测容器内空气样本中的空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物的浓度的方法，传感器和空气净化器，能够在不显著增加成本的前提下，快速检测微小颗粒物的浓度。

尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (16)

1.一种传感器，包括：

感测单元，包括贯穿感测单元的空气通道，并被配置为感测所述空气通道内的空气样本中的颗粒物的浓度；

转动机构，与所述感测单元固定连接，能够使所述感测单元转动；以及

控制器，用于控制所述感测单元和所述转动机构，

其中，所述控制器被配置为：

控制所述转动机构使所述感测单元以预定转速转动预定时间，使得空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物与更大的颗粒物分离；

控制所述感测单元感测空气样本中的颗粒物的浓度，作为空气样本中的微小颗粒物的浓度。

2.根据权利要求1所述的传感器，还包括：密封机构，用于开启或封闭空气通道，

其中，当所述密封机构开启空气通道时，空气样本进入空气通道，

其中，所述控制器还被配置为：在控制所述转动机构使所述感测单元转动之前，控制所述密封机构封闭空气通道。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述预定转速和所述预定时间与所述预定值相关。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中，所述预定值是2.5微米。

5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述控制器还被配置为：

在控制所述转动机构使所述感测单元转动之前，控制所述感测单元感测空气样本中的初始颗粒物浓度。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述空气通道沿第一方向贯穿所述感测单元，所述转动机构使所述感测单元绕沿第一方向的转轴转动。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述空气通道沿第一方向贯穿所述感测单元，所述转动机构使所述感测单元绕沿第二方向的转轴转动，所述第二方向与第一方向正交。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述转动机构使所述感测单元绕沿转轴转动，所述转轴与所述感测单元的重心相符。

9.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述转动机构能够手动操作。

10.根据权利要求9所述的传感器，其中，所述转动机构包括齿轮组。

11.一种空气净化器，包括根据权利要求1-10中任一项所述的传感器。

12.一种用于检测容器内空气样本中的空气动力学当量直径等于或小于预定值的微小颗粒物的浓度的方法，包括：

使空气样本进入容器；

使容器以预定转速转动预定时间，使得微小颗粒物与更大的颗粒物分离；

感测空气样本中的颗粒物的浓度，作为空气样本中的微小颗粒物的浓度。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

在使容器转动之前，将容器密封。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预定转速和所述预定时间与所述预定值相关。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述预定值是2.5微米。

16.根据权利要求12所述的方法，还包括：

在使容器转动之前，感测空气样本中的初始颗粒物浓度。