CN107328695A - 颗粒物质量浓度传感器及颗粒物质量浓度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒物质量浓度传感器，其包括颗粒物检测模组；所述颗粒物检测模组包括颗粒物检测模组下壳、颗粒物检测模组上壳、PCB板、激光器座、光陷阱结构、感光元件、激光发生器和透风管；所述激光器座开设有两个平行的通孔，两个激光发生器分别插入所述通孔，并被固定于所述激光器座内。本发明通过透风管对气流路径、激光发生器、感光元件和光陷阱结构所组成的感光区域进行物理隔离，即气流通过物理隔离的独立通道经过感光区，使得灰尘不会直接沉积到感光区，当需要清洗时，可以直接清洗透风管即可，方便了用户操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种颗粒物质量浓度传感器及颗粒物质量浓度检测方法。
背景技术
目前，颗粒物质量浓度传感器一般均采用激光散射法进行测试，也就是，在气体通过感光区时，激光照射在颗粒物上，产生散射，并且由感光元件对散射的激光进行收集，并由此计算颗粒物含量。
这种测试方法使得颗粒物质量浓度传感器产生了积尘问题，即颗粒物随空气流过感光区时，部分颗粒物并不能够完全随气流离开感光区，反而逐渐在感光区累积，导致传感器性能下降，尤其在重污染环境下，需要经常人工手动清洁维护，清洗难度较大。
发明内容
本发明目的是颗粒物质量浓度传感器及颗粒物质量浓度检测方法，其能有效解决感光区的积尘问题，而且对积尘的清除也比较简单。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种颗粒物质量浓度传感器，其包括颗粒物检测模组；
所述颗粒物检测模组包括颗粒物检测模组下壳、颗粒物检测模组上壳、PCB板、激光器座、光陷阱结构、感光元件、激光发生器和透风管；
所述颗粒物检测模组上壳固定于所述颗粒物检测模组下壳上，并且在所述上壳和下壳之间形成有容置空间；
所述PCB板固定于所述颗粒物检测模组下壳上，并位于所述容置空间内，所述激光器座和光陷阱结构固定于所述PCB板上；
所述激光器座和光陷阱结构之间设置有固定构件；
所述透风管安装于所述固定构件内；
所述激光器座开设有两个平行的通孔，两个激光发生器分别插入所述通孔，并被固定于所述激光器座内。
可选的，所述固定构件为空心的筒状结构，在激光束穿过的所述固定构件的两个侧壁上沿激光束方向均开设有通孔，所述固定构件与所述PCB板接触的部分开设有第一孔和第二孔，所述第一孔和第二孔分别位于两个激光发生器的激光发射方向上；所述感光元件的数量为2个，两个所述感光元件分别位于所述第一孔和第二孔内；所述透风管为空心的筒状结构，其尺寸与所述固定构件的内部尺寸相对应，并通过将所述透风管插入所述固定构件的方式，使得透风管被固定于所述固定构件上。
可选的，所述透风管上沿激光束方向也开设有两个通孔，所述透风管的通孔内还设置有玻璃板；所述透风管在对应第一孔和第二孔的位置分别开设有第三孔和第四孔，且所述第三孔和第四孔内分别设置有玻璃板。
可选的，靠近所述激光器座的固定构件侧壁上的通孔直径大于激光束的直径，靠近所述光陷阱的固定构件侧壁上的通孔的尺寸与光陷阱结构入口面积相同。
可选的，所述颗粒物检测模组还包括接头，所述接头的一端固定于所述透风管的一端，并与所述透风管连通，所述接头的另一端穿过所述颗粒物检测模组上壳的排气孔，位于所述颗粒物检测模组上壳外部。
可选的，所述接头的一端形成有方形孔，所述透风管的一端插入于所述方形孔内，所述接头的另一端为圆形的插入部，所述插入部中形成有圆形孔，且所述插入部的外表面上形成有环形凸起，以方便套上软管。
可选的，所述颗粒物质量浓度传感器还包括风扇模组，所述风扇模组包括风扇模组面壳、风扇模组底壳和风扇，在所述风扇模组面壳和风扇模组底壳之间形成有容置空间，所述风扇设置于所述容置空间内；所述透风管连接接头的一端开设有第二排风口，所述颗粒物检测模组下壳上相对于所述第二排风口的位置开设有第一通孔，所述风扇模组面壳上相对于所述第一通孔的位置开设有第二通孔，所述第二通孔与所述风扇模组面壳和风扇模组底壳之间形成的容置空间连通。
可选的，所述风扇模组面壳上开设有排风口，当所述风扇转动时，其抽吸的空气从所述风扇模组面壳上开设有排风口排出。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种采用颗粒物质量浓度传感器检测颗粒物浓度的方法，所述颗粒物质量浓度传感器包括两个激光发生器，所述两个激光发生器为第一激光发生器和第二激光发生器，所述第一激光发生器的波长为λa，第二激光发生器的波长为λb，λa>λb，所述第一激光发生器针对1～100微米的颗粒物的散射光进行探测，第二激光发生器针对0.3～5微米的颗粒物的散射光进行探测；其包括：
第一激光发生器和第二激光发生器对彼此的状态进行校验。
本发明具有如下有益效果：本发明通过透风管对气流路径、激光发生器、感光元件和光陷阱结构所组成的感光区域进行物理隔离，即气流通过物理隔离的独立通道经过感光区，使得灰尘不会直接沉积到感光区，当需要清洗时，可以直接清洗透风管即可，方便了用户操作。
附图说明
图1为本发明的颗粒物质量浓度传感器的爆炸结构示意图；
图2为本发明的颗粒物质量浓度传感器的爆炸结构示意图；
图3为本发明的颗粒物质量浓度传感器的结构示意图；
图4为本发明的透风管和接头的结构示意图；
图中标记示意为：1-气泵；2-排气管；3-风扇模组；4-进气管；5-颗粒物检测模组；6-颗粒物检测模组上壳；7-颗粒物检测模组下壳；8-PCB板；9-激光器座；10-光陷阱结构；11-激光发生器；12-透风管；13-接头；14-风扇模组面壳；15-风扇；16-风扇模组底壳。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种颗粒物质量浓度传感器，其包括颗粒物检测模组和风扇模组。
如图1所示，所述风扇模组可以通过螺钉固定于所述颗粒物检测模组上。
具体地，所述颗粒物检测模组包括颗粒物检测模组下壳、颗粒物检测模组上壳、PCB板、激光器座、光陷阱结构、感光元件、透风管和接头。
所述颗粒物检测模组上壳固定于所述颗粒物检测模组下壳上，例如通过十字螺钉将所述颗粒物检测模组上壳和颗粒物检测模组下壳固定在一起，并且在所述颗粒物检测模组上壳和颗粒物检测模组下壳之间形成有容置空间。
本实施例中，所述颗粒物检测模组下壳呈平板状，所述颗粒物检测模组上壳呈下端开口的立方体状，且在所述颗粒物检测模组上壳内形成容置空间，所述颗粒物检测模组下壳封闭所述颗粒物检测模组上壳的开口。
所述PCB板固定于所述颗粒物检测模组下壳上，并位于所述容置空间内，本实施例中，所述激光器座和光陷阱结构固定于所述PCB板上。
所述感光元件设置于所述PCB板上，并位于所述激光器座和光陷阱结构之间，本实施例中，PCB板上可以布置控制器，以对所述感光元件捕捉的激光散射光的信息进行处理，从而得到颗粒物质量浓度参数；更优选地，所述PCB板上还可以布置多种通信接口，以将所述控制器得到的颗粒物浓度数据传递至与所述颗粒物质量浓度传感器信号连接的其他设备；对本领域技术人员而言，所述PCB板上的各电路元件可以通过其掌握的本领域技术常识来实现，在此不再一一赘述。
所述激光器座开设有两个平行的通孔，两个激光发生器分别插入所述通孔，并被固定于所述激光器座内，在所述每一个激光发生器的前端分别设置有凸透镜和光阑。
所述激光器座和光陷阱结构之间设置有固定构件，所述激光束的中心线与所述固定构件的轴线垂直；而且优选地，所述固定构件为空心的筒状结构(套筒结构)，其横截面为矩形，激光束穿过的两个侧壁均垂直于所述激光束的中心线。
为使得所述激光发生器所发射的激光能够穿过所述固定构件和透风管，在激光束穿过的所述固定构件的两个侧壁上沿激光束方向均开设有通孔，其中，靠近所述激光器座的固定构件侧壁上的通孔直径略大于激光束的直径，由此形成最后一个光阑，靠近所述光陷阱结构的固定构件侧壁上的通孔的尺寸与光陷阱入口面积相同，由此用于收集经过聚焦后扩散的激光。
同时，所述透风管上沿激光束方向也开设有两个通孔，以使得所述激光束能够穿过所述透风管，本实施例中，当所述透风管的截面为矩形时，所述透风管上的通孔形成在所述透风管的两个相对的侧壁上；更优选地，所述透风管的通孔内还设置有玻璃板，以通过所述玻璃板密封所述透风管的通孔，从而使得空气仅仅通过所述透风管流动。
更优选地，所述固定构件与所述PCB板接触的部分开设有第一孔和第二孔，所述第一孔和第二孔分别位于两个激光发生器的激光发射方向上；例如所述第一孔和第二孔可以为方形孔，所述感光元件的数量为2个，分别位于所述第一孔和第二孔内，并用于接收两个激光发生器发出的激光在照射到颗粒物之后的散射光，以防止散射光穿过固定构件时，造成散射光的损失。
当所述固定构件上开设有通孔和方形孔时，所述固定结构与激光器座一体注塑成型，而且，所述固定构件、激光器座和透风管也可以一体注塑成型，同时，所述透风管在对应第一孔和第二孔的位置分别开设有第三孔和第四孔，即对应第一孔的位置开设有第三孔，对应第二孔的位置开设有第四孔，且更优选地，所述第三孔和第四孔内分别设置有玻璃板，以将颗粒物散射的激光通过所述第三孔和第四孔的玻璃板，被感光元件所采集。
所述透风管安装于所述固定构件内，本实施例中，所述透风管为空心的筒状结构，其横截面为矩形，其尺寸与所述固定构件的内部尺寸相对应，从而在将所述透风管插入所述固定构件时，所述固定构件能实现对所述透风管的固定。
而且，当所述透风管被固定于所述固定构件时，所述透风管的各个侧壁与与其相对应的固定构件的侧壁相平行。
所述接头的一端固定于所述透风管的一端，并与所述透风管连通，所述接头的另一端穿过所述颗粒物检测模组上壳的排气孔，位于所述颗粒物检测模组上壳外部。
所述颗粒物检测模组上壳上开设有进风口，所述进风口内设置有进风管，所述透风管的另一端与所述进风管连通，本实施例中，所述进风管与所述透风管以及接头在同一直线上。
优选地，所述接头的一端形成有方形孔，所述透风管的一端插入于所述方形孔内，所述接头的另一端为圆形的插入部，所述插入部中形成有圆形孔，且所述插入部的外表面上形成有环形凸起，以当将所述插入部插入于管道时，能形成稳定的连接。
也就是说，所述接头包括方形部和插入部，所述方形部上开设有方形孔，所述圆形孔与所述方形孔连通，本实施例中，所述方形部上连接插入部的侧壁采用滤网制备，以使得洁净空气可以从带有颗粒物的空气的四周进入，压迫颗粒物呈近似直线路径流过两个激光发生器，此时，所述圆形孔与所述方形孔的轴线重合。
本实施例中，所述颗粒物质量浓度传感器还包括气泵，所述气泵通过排气管与所述接头连通，以在所述气泵抽气时，气体通过进风管进入所述透风管内，并在所述透风管内完成颗粒物的检测，然后通过气泵排出到大气中。
所述风扇模组包括风扇模组面壳和风扇模组底壳，所述风扇模组底壳呈平板状，所述风扇模组面壳为下部开口的立方体状，在所述风扇模组面壳和风扇模组底壳之间形成有容置空间，所述风扇设置于所述容置空间内。
本实施例中，所述透风管连接接头的一端开设有第二排风口，所述颗粒物检测模组下壳上相对于所述第二排风口的位置开设有第一通孔，所述风扇模组面壳上相对于所述第一通孔的位置开设有第二通孔，所述第二通孔与所述风扇模组面壳和风扇模组底壳之间形成的容置空间连通，即该容置空间通过第一通孔和第二通孔与所述第二排风口连通，以当所述风扇转动时，能够从透风管内抽气，从而通过所述进气管使得空气进入所述透风管内，并且从所述风扇处向外排出。
所述风扇模组面壳上开设有排风口，当所述风扇转动时，其抽吸的空气从所述风扇模组面壳上开设有排风口排出。
更进一步，所述透风管内可以涂覆纳米涂层，所述纳米涂层可以为北京耐高温涂料有限公司的ZS-511型涂料，通过该涂料，可以达到单个灰尘颗粒与涂层表面接触面积减小90％，使得所述透风管的内部非常光滑，灰尘极难附着。这样就令颗粒物可以充分随气流流走，不在感光区沉积，并且很少需要人工维护。
相比于现有技术中的激光粒子计数器(颗粒物质量浓度传感器)，即使其颗粒物不能直接积累在感光区，但由于管道长而弯曲，管道内是很容易积累灰尘的，需要经常清理。而且这种结构因为气路很长，不适合放在小体积的传感器内；但是本发明的颗粒物质量浓度传感器光路较短，体积较小。
本发明的颗粒物质量浓度传感器将气流通道设计成较短的长方体透风管，通过接头和激光器座上的套筒结构固定，使得气流可以快速通过，降低积尘率。透风管内壁加纳米涂层，增加光滑度，使得灰尘无法附着，通过拆下接头，可以很方便地拆下透风管，这样即便经过长时间使用需要维护时也很方便。
而且通过两个激光发生器，能够更精确地检测空气中颗粒物的质量浓度，此时，所述两个激光发生器为第一激光发生器和第二激光发生器，所述第一激光发生器的波长为λa，第二激光发生器的波长为λb，λa>λb，所述第一激光发生器针对1～100微米的颗粒物的散射光进行探测，第二激光发生器针对0.3～5微米的颗粒物的散射光进行探测；从而使得有效探测颗粒物范围扩大到0.3～100微米(原有的只有0.3～10微米)。
实施例2
本实施例提供一种采用颗粒物质量浓度传感器检测颗粒物浓度的方法，所述颗粒物质量浓度传感器包括两个激光发生器，所述两个激光发生器为第一激光发生器和第二激光发生器，所述第一激光发生器的波长为λa，第二激光发生器的波长为λb，λa>λb，所述第一激光发生器针对1～100微米的颗粒物的散射光进行探测，第二激光发生器针对0.3～5微米的颗粒物的散射光进行探测；从而使得有效探测颗粒物范围扩大到0.3～100微米(原有的只有0.3～10微米)。
第一激光发生器和第二激光发生器对彼此的状态进行校验，具体地，对于第一激光发生器和第二激光发生器探测的重合区(1～5微米)的颗粒物浓度，在颗粒物质量浓度传感器初始化时，将第一激光发生器和第二激光发生器的探测结果进行记录和标定，此时第一激光发生器和第二激光发生器测试的结果之间的偏差最小(正负10％之间)；如果第一激光发生器和第二激光发生器探测颗粒物重合区浓度的偏差超过正负10％，则可判断此颗粒物质量浓度传感器出现硬件故障，并报警。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，包括颗粒物检测模组；
所述颗粒物检测模组包括颗粒物检测模组下壳、颗粒物检测模组上壳、PCB板、激光器座、光陷阱结构、感光元件、激光发生器和透风管；
所述颗粒物检测模组上壳固定于所述颗粒物检测模组下壳上，并且在所述上壳和下壳之间形成有容置空间；
所述PCB板固定于所述颗粒物检测模组下壳上，并位于所述容置空间内，所述激光器座和光陷阱结构固定于所述PCB板上；
所述激光器座和光陷阱结构之间设置有固定构件；
所述透风管安装于所述固定构件内；
所述激光器座开设有两个平行的通孔，两个激光发生器分别插入所述通孔，并被固定于所述激光器座内。
2.根据权利要求1所述的颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，所述固定构件为空心的筒状结构，在激光束穿过的所述固定构件的两个侧壁上沿激光束方向均开设有通孔，所述固定构件与所述PCB板接触的部分开设有第一孔和第二孔，所述第一孔和第二孔分别位于两个激光发生器的激光发射方向上；所述感光元件的数量为2个，两个所述感光元件分别位于所述第一孔和第二孔内；所述透风管为空心的筒状结构，其尺寸与所述固定构件的内部尺寸相对应，并通过将所述透风管插入所述固定构件的方式，使得透风管被固定于所述固定构件上。
3.根据权利要求2所述的颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，所述透风管上沿激光束方向也开设有两个通孔，所述透风管的通孔内还设置有玻璃板；所述透风管在对应第一孔和第二孔的位置分别开设有第三孔和第四孔，且所述第三孔和第四孔内分别设置有玻璃板。
4.根据权利要求3所述的颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，靠近所述激光器座的固定构件侧壁上的通孔直径大于激光束的直径，靠近所述光陷阱的固定构件侧壁上的通孔的尺寸与光陷阱结构入口面积相同。
5.根据权利要求4所述的颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，所述颗粒物检测模组还包括接头，所述接头的一端固定于所述透风管的一端，并与所述透风管连通，所述接头的另一端穿过所述颗粒物检测模组上壳的排气孔，位于所述颗粒物检测模组上壳外部。
6.根据权利要求5所述的颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，所述接头的一端形成有方形孔，所述透风管的一端插入于所述方形孔内，所述接头的另一端为圆形的插入部，所述插入部中形成有圆形孔，且所述插入部的外表面上形成有环形凸起，以方便套上软管。
7.根据权利要求1-6之一所述的颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，还包括风扇模组，所述风扇模组包括风扇模组面壳、风扇模组底壳和风扇，在所述风扇模组面壳和风扇模组底壳之间形成有容置空间，所述风扇设置于所述容置空间内；所述透风管连接接头的一端开设有第二排风口，所述颗粒物检测模组下壳上相对于所述第二排风口的位置开设有第一通孔，所述风扇模组面壳上相对于所述第一通孔的位置开设有第二通孔，所述第二通孔与所述风扇模组面壳和风扇模组底壳之间形成的容置空间连通。
8.根据权利要求7所述的颗粒物质量浓度传感器，其特征在于，所述风扇模组面壳上开设有排风口，当所述风扇转动时，其抽吸的空气从所述风扇模组面壳上开设有排风口排出。
9.一种采用颗粒物质量浓度传感器检测颗粒物浓度的方法，所述颗粒物质量浓度传感器包括两个激光发生器，所述两个激光发生器为第一激光发生器和第二激光发生器，所述第一激光发生器的波长为λa，第二激光发生器的波长为λb，λa>λb，所述第一激光发生器针对1～100微米的颗粒物的散射光进行探测，第二激光发生器针对0.3～5微米的颗粒物的散射光进行探测；其特征在于，包括：
第一激光发生器和第二激光发生器对彼此的状态进行校验。
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