CN107764708B - 一种车载激光pm2.5传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载激光PM2.5传感器，包括壳体，所述壳体上开设有进风口、出风口，所述进风口、出风口分别位于所述壳体相对两侧壁上，出风口处设有引风风扇，位于所述进风口处设有引风接口，所述引风接口上设有引风管接头；位于所述出风口处设有排风接口，所述排风接口上设有排风管接头。本发明通过设置引风接口、排风接口和内置的引风风扇将车内或者车外的空气引入传感器内部，再通过激光检测空气中的粉尘浓度，之后通过风扇和排风接口及外接的排风管道排出到车内或者车外，而不需要额外增加引风设备，通过外接管道，不受安装位置限制，密封性好，不受外部风速的影响，抗干扰能力强，检测精度高，检测结果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及激光粉尘传感器技术领域，具体涉及一种车载激光PM2.5传感器。
背景技术
随着环境的不断恶化，对粉尘浓度的检测日趋成为各行业领域乃至人们生活的必需，且需求量将会越来越大，而激光粉尘传感器作为激光粉尘检测仪器的核心零部件，其性能对检测仪器的质量有着决定性的影响。现有的PM2.5传感器主要应用于民用净化器上面，都是在静止状态下使用，而如果将PM2.5传感器置于车上会存在如下问题：1、车载内置风扇吸力太小，外界气流难以稳定均匀地通过传感器的检测区域，使得传感器的检测极易受到外界风速的影响，导致检测结果误差大，而额外增加外部管道后并不能起到引风风扇的作用；2、汽车外部无适合的固定安装孔，不便于传感器地固定安装，使用非常不方便；3、传感器外部无引风接口和排风接口，使得传感器的安装位置受到极大地限制；4、现有传感器上的进气口和出气口的密封性不佳，抗干扰性差，使得传感器极易受到外部风速的影响，造成传感器的测量结果不准确、异常甚至失效。
由于现有激光粉尘传感器置于车上存在上述难以安装、气流不稳定、抗干扰能力差、密封性不好等问题，使得车用激光粉尘传感器实用性差、检测精度低，给用户造成极大不便，严重制约了激光粉尘检测仪器在车载领域地进一步推广与应用，因此急需提供一种便于安装、气流稳定、抗干扰能力强、密封性好、检测精度高的车载的激光PM2.5传感器，使激光粉尘传感器适用于车载各种环境下的粉尘检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载激光PM2.5传感器，通过设置外接的引风管接口、排风管接口和内置的引风风扇将车内或者车外的空气粉尘引入传感器内部，再通过激光检测空气中的粉尘浓度，之后通过风扇和排风接口及外接的排风管道排出到车内或者车外，而不需要额外增加引风设备，通过外接管道连接，不受安装位置限制，密封性好，风速稳定不受外部风速的影响，抗干扰能力强，检测精度高，检测结果准确可靠。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种车载激光PM2.5传感器，包括壳体，所述壳体上开设有进风口、出风口，所述进风口、出风口分别位于所述壳体相对两侧壁上，出风口处设有引风风扇，壳体内设有电路板，电路板上方设有连接器端子，电路板下方设有激光模组固定座，所述激光模组固定座上设有风道入口、风道出口、光敏感区、光电二极管卡位；位于所述进风口处设有引风接口，所述引风接口与所述进风口连接处为一开口式方形盒结构，所述方形盒结构开口相对侧中心向外连接有引风管接头；位于所述出风口处设有排风接口，所述排风接口与出风口连接处为圆盘结构，所述圆盘结构、出风口与所述引风风扇的导风口相适配，从内向外穿过所述圆盘结构中心连接有排风管接头，所述圆盘结构内绕所述排风管接头外壁径向均布有多个骨位；所述进风口、引风管接头、排风管接头三者孔径相同，所述引风接口、进风口、风道入口、风道出口、引风风扇、出风口、排风接口位于同一轴线上；车内外空气气流在所述引风风扇的带动下依次经过所述引风接口、进风口、风道入口后，进入光敏感区进行检测后依次经过风道出口、出风口、排风接口流出，从而实现传感器稳定精确的检测。
本发明的工作原理：使用时，引风管接头可直接与外接的引风管连接，排风管接头与外接的排风管连接；通过外接的引风管、引风接口和传感器内部的引风风扇将车内或者车外的空气引入传感器内部，再通过激光检测空气中的粉尘浓度，之后通过引风风扇和排风接口及外接的排风管道排出到车内或者车外。在利用现有的传感器进行上述过程时，可能会因为车载内置风扇吸力太小，外界气流难以稳定均匀地通过传感器的检测区域，或者传感器极易受到外部风速的影响，造成传感器的测量结果不准确、异常甚至失效，而利用本发明传感器时可以完全避免风速小、被外界风速干扰、测量结果不准确、异常甚至失效的情况发生，原因在于：①限定引风接口的结构并配置内置风扇：采用内置风扇对传感器风道内的空气气流进行有序排出，提高空气气流在风道结构内的流速，在进风口处设置具有方形盒结构的引风接口形成空气气流的增压减速区，从而对进入传感器的空气气流进行突扩，根据气体流动原理，经过突扩后的空气气流能更均匀稳定地进入光敏感区，使得传感器检测结果更稳定可靠；②限定排风接口的结构：排风接口为圆盘结构且在圆盘结构内径向均布有多个骨位，首先设置圆盘结构可使得从内置风扇抽出的空气气流依次经过圆盘结构、排风管接头而发生渐缩，且圆盘结构的独特设计使得空气气流渐缩的行程较短，可大大减少由于气流形变产生的漩涡，从而降低形变阻力和摩擦阻力，风速损失少，使空气气流流通更通畅；其次，在圆盘结构内径向均布有多个骨位，可提高出风口的风速，进一步有利于空气气流快速有序的排出；另外，排风接口的结构与引风接口的结构结合并配合内置风扇，三者共同使得空气粉尘能够均匀稳定有序地经过传感器光敏感区，也即检测区，并快速有序从传感器排出，从而使得本发明传感器相对现有技术的传感器不易受外界风速的影响，抗干扰能力更强，检测精度更高，检测得到的PM2.5数据更可靠；③风道共轴：所述引风接口、进风口、风道入口、风道出口、引风风扇、出风口、排风接口位于同一轴线上，可以使得传感器对空气阻力最小，使得气流更稳定；④限定上述结构整体共同确保了传感器内部气流流通稳定均匀，空气气流能顺利经过传感器，损失少，在传感器检测空气粉尘浓度时能够达到检测所需的风速，而不易受外界风速的影响，抗干扰能力远远超过现有技术的传感器。
本发明经大量试验研究，优化限定所述圆盘结构直径、方形盒结构开口边长、排风管接头孔径比为8～10:4～6:1～3，使得空气粉尘更快速、均匀、稳定地经过本发明传感器的检测区域，确保更高地检测精度。
本发明具有结构简单，空气流通稳定、抗干扰能力强、检测精度高等优势，适于广泛推广使用。
优选地，所述圆盘结构直径、排风管接头孔径比为9:3～8:2。
优选地，所述方形盒结构开口边长、排风管接头孔径比为4:2.5～5:2。
进一步地，所述出风口边缘设有限位凸环，所述排风接口底部边缘为圆环，所述圆环的直径与所述限位凸环的直径相配合。使用时，将排风接口直接扣合在限位凸环上，防止排风接口相对出风口移动。
进一步地，所述进风口外设有方形凸起，所述方形盒结构的大小与所述方形凸起大小相配合。使用时，将方形盒结构扣合在方形凸起上，防止引风接口相对移动。
进一步地，所述电路板下方设有屏蔽罩，所述激光模组固定座设置于屏蔽罩内侧，用于屏蔽激光模组和光电二极管的电磁干扰；所述屏蔽罩上设有通孔，所述通孔与激光模组固定座上的风道入口、风道出口分别重合。
进一步地，所述壳体上设有第一卡勾，所述引风接口、排风接口上分别对应设有与所述第一卡勾相配合的第一卡扣。通过第一卡勾与第一卡扣的配合，有效防止引风接口、排风接口相对壳体移动，在满足可拆卸更换的条件下，牢固可靠地固定所述引风接口、排风接口。
进一步地，所述上壳体上设置第二卡扣，所述下壳体上设有与所述第二卡扣匹配的第二卡勾。通过第二卡勾与第二卡扣的配合，有效防止上壳体、下壳体之间发生相对移动，提高传感器检测精度。
进一步地，所述壳体上设有固定安装孔，通过固定安装孔防止传感器晃动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过内置引风风扇，使得传感器在使用时无需额外增加引风设备，就可以确保车内外空气气流均匀稳定地通过传感器的检测区域，确保传感器正常工作；2、在传感器上设置具有特殊结构的引风接口、排风接口，使用时，空气粉尘能更稳定顺利地通过传感器，风速损失少，在传感器检测空气粉尘浓度时能够达到检测所需的风速，而不易受外界风速的影响，抗干扰能力强，传感器检测到的粉尘浓度数据更精确可靠，且传感器可直接外接管道，而不受安装位置的限制；3、在壳体上设置固定安装孔，进一步牢固安装传感器，有效防止车辆运行过程中的晃动影响检测结构；4、上壳体与下壳体、壳体与引风接口、排风接口之间均采用卡勾与卡扣卡合的方式，有效提高进气口和出气口的密封性，避免传感器受到外部风速的影响，确保传感器测量结果准确可靠；5、本发明结构简单、不易受外界风速的影响，抗干扰能力强、检测精度高、使用方便，经大量试验研究，优化限定引风接口、排风接口、进风口、出风口的口径比例，非常有利于激光粉尘检测仪器在车载领域地进一步推广与应用。
附图说明
图1为本发明车载激光PM2.5传感器的爆炸结构示意图；
图2为本发明车载激光PM2.5传感器的整体装配结构示意图；
图3为本发明车载激光PM2.5传感器的整体装配结构示意图；
图4为本发明车载激光PM2.5传感器的结构示意图；
图5为本发明空气气流经过引风接口的示意图；
图6为对比例1车载激光PM2.5传感器的结构示意图；
图7为对比例2车载激光PM2.5传感器的结构示意图；
图中：1、壳体；1.1、上壳体；1.2、下壳体；2、进风口；3、出风口；4、引风风扇；5、电路板；7、连接器端子；9、引风接口；91、引风管接头；92、方形盒结构；10、排风接口；101、排风管接头；102、圆盘结构；103、骨位；11、屏蔽罩；12、第一卡勾；13、第一卡扣；14、第二卡扣；15、第二卡勾；16、固定安装孔；18、限位凸环；19、方形凸起；20、喇叭结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-5所示，一种车载激光PM2.5传感器，包括壳体1，所述壳体1上开设有进风口2、出风口3，所述进风口2、出风口3分别位于所述壳体1相对两侧壁上，出风口3处设有引风风扇4，壳体1内设有电路板5，电路板5上方设有连接器端子7，电路板5下方设有激光模组固定座，所述激光模组固定座上设有风道入口、风道出口、光敏感区、光电二极管卡位；位于所述进风口处设有引风接口，所述引风接口9与所述进风口2连接处为一开口式方形盒结构92，所述方形盒结构92开口相对侧中心向外连接有引风管接头91；位于所述出风口3处设有排风接口10，所述排风接口10与出风口3连接处为圆盘结构102，所述圆盘结构102、出风口3与所述引风风扇4的导风口相适配，从内向外穿过所述圆盘结构102中心连接有排风管接头101，所述圆盘结构102内绕所述排风管接头101外壁径向均布有多个骨位103；所述进风口2、引风管接头91、排风管接头101三者孔径相同，所述引风接口9、进风口2、风道入口、风道出口、引风风扇4、出风口3、排风接口10位于同一轴线上；所述圆盘结构102直径、方形盒结构92开口边长、排风管接头101孔径比为9:6:3；车内外空气气流在所述引风风扇4的带动下依次经过所述引风接口9、进风口2、风道入口后，进入光敏感区进行检测后依次经过风道出口、出风口3、排风接口10流出，从而实现传感器稳定精确的检测。
本实施例设置了内置的引风风扇4及引风接口9与排风接口10的结构并优化限制了风道的尺寸及空气气流的走向，有效确保空气气流均匀稳定快速地通过本实施例传感器，从而可以完全避免现有传感器粉尘浓度测量结果不准确、异常甚至失效的情况发生。
发明人采用本实施例的结构制备了6台传感器，分别进行模拟车载粉尘浓度检测试验，记录不同外部干扰条件下每组传感器检测到的PM2.5值与标准值的比对测试结果。风速影响测试结果如下：
通过上述风速影响测试试验各传感器检测结果比对，发现每组传感器检测到的PM2.5值与标准值的误差在±5.0μg/m3范围内。说明本发明实施例传感器不易受外界风速影响，检测结果稳定可靠、测试精度高，极具参考价值。
实施例2
本实施例为实施例1的进一步优化，所述出风口3边缘设有限位凸环18，所述排风接口10底部边缘为圆环，所述圆环的直径与所述限位凸环18的直径相配合。使用时，将排风接口10直接扣合在限位凸环18上，防止排风接口10相对出风口3移动。
作为本实施例优选的实施方式，所述进风口2外设有方形凸起19，所述方形盒结构92的大小与所述方形凸起19大小相配合。使用时，将方形盒结构92扣合在方形凸起19上，防止引风接口9相对移动。
作为本实施例优选的实施方式，所述电路板5下方设置屏蔽罩11，所述激光模组固定座设置于屏蔽罩11内侧，用于屏蔽激光模组和光电二极管的电磁干扰；所述屏蔽罩11上设有通孔，所述通孔与激光模组固定座上的风道入口、风道出口分别重合。通过屏蔽罩11来提高传感器的抗干扰能力和检测精度。
所述引风接口9、排风接口10与所述壳体1的连接方式可以是直接焊接固定，但是直接焊接固定就限制了传感器的使用范围，使得传感器仅适用于同一型号的车辆，更换时需要统一更换，浪费型材。因此，为使本发明传感器实用性更强，本实施例优选将传感器上的引风接口9、排风接口10设置成可拆卸的，可以根据引风管/排风管的型号更换引风接口9、排风接口10，而无需更换传感器内的检测组件。具体的可拆卸方式为：所述壳体1相对侧壁上设有第一卡勾12，所述引风接口9、排风接口10上分别对应设有与所述第一卡勾12相配合的第一卡扣13。通过第一卡勾12与第一卡扣13的配合，有效防止引风接口9、排风接口10相对壳体1移动，在满足可拆卸更换的条件下，牢固可靠地固定所述引风接口9、排风接口10。另外，引风接口9、排风接口10与壳体的连接方式，可有效确保传感器上进气口和出气口的密封性，提高传感器抗干扰性，避免外部风速影响传感器的检测精度，检测结果可靠。
作为本实施例优选的实施方式，所述壳体1分为上壳体1.1、下壳体1.2，现有技术中，上壳体1.1与下壳体1.2之间大部分通过螺栓连接，但是当传感器置于车上时，车在运行过程中晃动极易造成螺栓松动，导致传感器气密性不好影响检测精度。本发明为避免上壳体1.1、下壳体1.2松动错位，在所述上壳体1.1相对侧壁上设置第二卡扣14，所述下壳体1.2上设有与所述第二卡扣14匹配的第二卡勾15。通过第二卡勾15与第二卡扣14的配合，有效防止上壳体1.1、下壳体1.2之间发生相对移动，提高传感器的密封性，从而提高传感器检测精度。
为进一步提高传感器的检测精度，本实施例优选的在所述壳体1上设有固定安装孔16，通过固定安装孔16防止传感器晃动。
采用上述方式改进后的传感器检测非常稳定，检测数据精度更高。
实施例3
本实施例与上述实施例的区别在于：所述圆盘结构102直径、方形盒结构92开口边长、排风管接头101孔径比为7:5:2。
发明人采用本实施例1的传感器也进行了如实施例1中的模拟车载粉尘浓度检测试验，记录不同外部干扰条件下每组传感器检测到的PM2.5值与标准值的比对测试结果。风速影响测试结果如下：
通过上述风速影响测试试验各传感器检测结果比对，发现每组传感器检测到的PM2.5值与标准值的误差在±8.0μg/m3范围内。说明本发明实施例传感器较实施例1传感器检测结果相差不大，也不易受外界风速影响，检测结果稳定可靠，具有参考价值。
实施例4
本实施例与上述实施例的区别在于：所述圆盘结构102直径、方形盒结构92开口边长、排风管接头101孔径比为8:4:2.3。
发明人采用本实施例的传感器也进行了如实施例1中的模拟车载粉尘浓度检测试验，记录不同外部干扰条件下每组传感器检测到的PM2.5值与标准值的比对测试结果。风速影响测试结果如下：
通过上述风速影响测试试验各传感器检测结果比对，发现每组传感器检测到的PM2.5值与标准值的误差在±10.0μg/m3范围内，该误差在传感器检测允许的误差范围内且误差非常小，说明本发明实施例传感器较实施例1传感器检测结果相差不大，也不易受外界风速影响，检测结果稳定可靠，具有参考价值。
在得到上述优化的结构及尺寸的传感器之前，发明人经过大量试验进行了比对研究，下述对比例均为在研发过程中验证过的不同结构的传感器，具体试验及其结果如下：
对比例1
如图6所示，一种车载激光PM2.5传感器，与本发明实施例1的区别仅在于：进风口2处直接连接引风管接头91，出风口3处直接连接排风管接头101，而不设置方形盒结构92、圆盘结构102，其他结构及尺寸与实施例1相同。
发明人采用对比例1的传感器也进行了如实施例1中的模拟车载粉尘浓度检测试验，测试条件与实施例1完全相同，记录并比对测试结果。通过各传感器检测结果比对，发现对比例1传感器PM2.5检测值与标准值的误差在±39μg/m3范围内，该误差范围过大。这是由于对比例1中传感器内的空气气流流动非常不均匀，且空气气流从出风口流向排风管接头时产生巨大的涡旋，气流阻力较大，使空气气体不易从排风管接头排出，气体流动非常不稳定，传感器内部检测区域空气气流流速非常小，从而极易受到外界较高风速的影响，抗干扰能力非常差，导致检测结果误差大。
对比例2
如图7所示，一种车载激光PM2.5传感器，与本发明实施例1的区别仅在于：进风口2处直接连接引风管接头91，出风口3处排风接口10为喇叭结构20，喇叭结构20外连接排风管接头101，而不设置方形盒结构92，其他结构及尺寸与实施例1相同。
发明人采用对比例2的传感器也进行了如实施例1中的模拟车载粉尘浓度检测试验，测试条件与实施例1完全相同，记录并比对测试结果。通过各传感器检测结果比对，发现对比例2传感器PM2.5检测值与标准值的误差在±25μg/m3范围内，该误差范围较大。这是由于对比例2中传感器这是由于对比例2中空气气流从出风口流向排风管接头时经过喇叭结构，导致空气气流渐缩的行程较长，在出风口处产生的涡旋较实施例1传感器的多，空气气体流动相对不稳定，相对实施例1传感器气体难以稳定从传感器流出，传感器内的风速较低从而易受到外界风速的干扰，抗干扰能力差，导致检测结果误差大。
综上所述，本发明车载激光PM2.5传感器各零部件的结构及其连接关系均为最优的，相较于现有车载用传感器具有不易受外界风速影响、抗干扰能力强、检测精度高、检测结果准确可靠、安装简单、密封性好等优点，适合推广应用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种车载激光PM2.5传感器，包括壳体(1)，所述壳体(1)上开设有进风口(2)、出风口(3)，所述进风口(2)、出风口(3)分别位于所述壳体(1)相对两侧壁上，出风口(3)处设有引风风扇(4)，壳体(1)内设有电路板(5)，电路板(5)上方设有连接器端子(7)，电路板(5)下方设有激光模组固定座，所述激光模组固定座上设有风道入口、风道出口、光敏感区、光电二极管卡位，其特征在于，位于所述进风口(2)处设有引风接口(9)，所述引风接口(9)与所述进风口(2)连接处为一开口式方形盒结构(92)，所述方形盒结构(92)开口相对侧中心向外连接有引风管接头(91)；位于所述出风口(3)处设有排风接口(10)，所述排风接口(10)与出风口(3)连接处为圆盘结构(102)，所述圆盘结构(102)、出风口(3)与所述引风风扇(4)的导风口相适配，从内向外穿过所述圆盘结构(102)中心连接有排风管接头(101)，所述圆盘结构(102)内绕所述排风管接头(101)外壁径向均布有多个骨位(103)；所述进风口(2)、引风管接头(91)、排风管接头(101)三者孔径相同，所述引风接口(9)、进风口(2)、风道入口、风道出口、引风风扇(4)、出风口(3)、排风接口(10)位于同一轴线上；车内外空气气流在所述引风风扇(4)的带动下依次经过所述引风接口(9)、进风口(2)、风道入口后，进入光敏感区进行检测后依次经过风道出口、出风口(3)、排风接口(10)流出，从而实现传感器稳定精确的检测。
2.根据权利要求1所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述圆盘结构(102)直径、方形盒结构(92)开口边长、排风管接头(101)孔径比为8～10:4～6:1～3。
3.根据权利要求2所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述圆盘结构(102)直径、排风管接头(101)孔径比为(9:3)～(8:2)。
4.根据权利要求2所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，方形盒结构(92)开口边长、排风管接头(101)孔径比为(4:2.5)～(5:2)。
5.根据权利要求1所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述出风口(3)边缘设有限位凸环(18)，所述排风接口(10)底部边缘为与所述限位凸环(18)配合的圆环。
6.根据权利要求1所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述进风口(2)外设有方形凸起(19)，所述方形盒结构(92)的大小与所述方形凸起(19)大小相配合。
7.根据权利要求1所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述电路板(5)下方设有屏蔽罩(11)，所述激光模组固定座设置于屏蔽罩(11)内侧，用于屏蔽激光模组和光电二极管的电磁干扰；所述屏蔽罩(11)上设有通孔，所述通孔与激光模组固定座上的风道入口、风道出口分别重合。
8.根据权利要求1所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述壳体(1)上设有第一卡勾(12)，所述引风接口(9)、排风接口(10)上分别对应设有与所述第一卡勾(12)相配合的第一卡扣(13)。
9.根据权利要求1所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述壳体(1)分为上壳体(1.1)、下壳体(1.2)，所述上壳体(1.1)上设有第二卡扣(14)，所述下壳体(1.2)上设有与所述第二卡扣(14)匹配的第二卡勾(15)。
10.根据权利要求1所述的一种车载激光PM2.5传感器，其特征在于，所述壳体(1)上设有固定安装孔(16)。
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