CN108398363B - 具有形成空气流的新翻转机构的微粒物质传感器 - Google Patents

Abstract

实施例一般地涉及用于对空气中的微粒物质进行检测的系统和方法。微粒物质传感器可包括：空气流通道；构造成使光通过空气流通道的光源；附接到传感器壳体的翻转件，该翻转件包括可在轴上自由旋转的第一部并且包括磁体；构造成向磁体施加力以使翻转件在轴上移动并产生进入到空气流通道中的空气流的线圈；构造成在来自光源的光已通过空气流通道之后接收来自光源的光的光检测器；以及联接到光检测器的具有处理器和存储指令的存储器的计算装置，该指令当由处理器执行时基于光检测器的输出而确定空气流通道中的颗粒的质量浓度。

Description

具有形成空气流的新翻转机构的微粒物质传感器

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

不适用。

对缩微平片附录的引用

不适用。

背景技术

微粒物质传感器或粉尘传感器可用于确定空气的质量，例如在被输入到空气清洁器和/或从空气清洁器输出的空气的质量。在一些工业化地区，环境空气可具有高浓度的不同尺寸的微粒物质。如果这样的微粒物质的浓度足够高，这对人体健康会是有害的。消费者会希望购买并安装用于住宅的空气清洁器以改善在家中所呼吸空气的质量。这样的消费者级空气清洁器可理想地适度地定价并且尺寸紧凑。

发明内容

在实施例中，微粒物质传感器可包括：空气流通道；构造成使光通过空气流通道的光源；附接到传感器的壳体的翻转件（flipper），该翻转件包括在轴上自由旋转的第一部并且包括磁体；构造成向磁体施加力以使翻转件在轴上移动并产生进入到空气流通道的空气流的线圈；构造成在来自光源的光通过空气流通道之后接收来自光源的光的光检测器；以及联接到光检测器的具有处理器和存储指令的存储器的计算装置，该指令当由处理器执行时基于光检测器的输出来确定在空气流通道中的颗粒的质量浓度。

在实施例中，一种用于确定在环境内的微粒物质的浓度的方法可包括：允许周围空气进入微粒物质传感器；向附接到传感器内部的翻转件的磁体施加电场；经由所施加的电场使翻转件移动；经由翻转件的移动产生进入到微粒物质传感器内部的空气流通道中的上升气流；给在微粒物质传感器内部的光源供电；引导光源经过空气流通道；在光源已通过在空气流通道中的微粒物质之后通过光检测器检测来自光源的光；以及基于光检测器的输出来确定在空气流通道中的颗粒的质量浓度。

在实施例中，微粒物质传感器可包括：空气流通道；激光二极管；构造成容纳传感器的元件的壳体；附接到壳体的翻转件，其中该翻转件构造成产生进入到空气流通道中的空气流的气流；构造成接收来自激光二极管的光的光检测器；以及联接到光检测器的具有处理器和存储指令的存储器的计算装置，该指令当由处理器执行时基于光检测器的输出来确定在空气流通道中的颗粒的质量浓度。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在参考以下的简要描述，结合附图和详细描述，其中类似的附图标记代表类似的部件。

图1示出了根据本公开的实施例的微粒物质传感器的示意图。

图2示出了根据本公开的实施例的微粒物质传感器的俯视图。

图3示出了根据本公开的实施例的微粒物质传感器的透视图。

图4示出了根据本公开的实施例的使用于微粒物质传感器中的翻转件的详细视图。

图5示出了根据本公开的实施例的经组装的微粒物质传感器。

具体实施方式

应当首先理解的是，尽管下面示出了一个或多个实施例的例示性实施方式，但所公开的系统和方法可利用任意数量的技术而实施，无论目前是已知的还是尚未存在的。本公开绝不应局限于下面所示出的例示性实施方式、附图、和技术，但可在所附权利要求书的范围内连同它们等同方案的全部范围内做出修改。

以下对术语的简要定义应贯穿本申请而适用。

术语“包括”意为包括但不限于，并且应以通常在本专利上下文中所采用的方式而解释。

短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等通常表示接在该短语之后的特定特征、结构、或特性可包括在本发明的至少一个实施例中，并且可包括在本发明的多于一个实施例中（重要地，这种短语未必是指相同的实施例）。

如果本说明书将某物描述为“示例性的”或者“示例”，则应当理解的是，指的是非排它性的示例。

术语“约”或“大约”等当与数字使用时可意为该具体的数字、或者替代地接近该特定数字的范围，如本领域技术人员所理解的；并且

如果本说明书中陈述部件或特征“可”、“可以”、“能够”、“应当”、“将会”、“优选地”、“可能”、“通常”、“可选地”、“例如”、“经常”或“可能”（或者其它的这种语言）包括或具有特性，那么该特定的部件或特征无需包括或具有该特性。这种部件或特征可以可选地包括在一些实施例中，或者可将它排除。

本公开的实施例包括用于提供在微粒物质（或粉尘）传感器中的空气流的系统和方法。典型的粉尘传感器利用扇产生在传感器内部的空气流可以提供良好的精确度、一致性及相当可接受的制造成本。然而，对于移除在传感器内部的扇以消除由扇所产生的噪声并且增加传感器的使用寿命存在着需求。此外，从成本的观点来看，移除扇部件可削减材料清单（BOM）的成本（大约30%）。

典型的微粒物质传感器可利用光源和扇结构来引导空气流经过光源。扇通常可花费传感器总成本的大约30%。此外，扇可产生显著的噪声，并且会是在传感器使用寿命期间的故障点。同样，传感器的总体尺寸可取决于产生经过传感器的空气流所需扇的尺寸。

本公开的实施例提供一种用翻转元件来代替传统扇的新机构。该翻转元件可包括构造成来回地摆动从而产生经过传感器的空气流的元件。然而，当与典型的扇相比较时，翻转元件可减小噪声并且提高传感器的可靠性。此外，翻转元件可允许传感器尺寸的减小。

可利用由电线圈所产生的磁力来控制翻转元件。翻转元件可包括附接到翻转元件并且/或者合并到翻转元件的磁体，并且线圈可产生交变电场用以推动和拉动翻转元件。翻转元件的一端可固定到传感器的壳体。

图1示出了示例性微粒物质传感器100，该微粒物质传感器100包括壳体102，具有经过壳体102的空气流通道108。空气流通道108可引导空气流120经过壳体102并且经过来自激光二极管110（或另一个光源）的光束111。光束111可由光检测器112接收，其中由空气流120中的微粒物质所反射出的任何光可减少由光检测器112所检测的光束111。替代地，光检测器112可构造成对从在空气流120内的微粒物质中所反射出的光进行检测。

在一些实施例中，传感器100可包括构造成将朝向光检测器112所引导的光放大的附加的反射元件114。光检测器112可包括或联接到计算装置113，该计算装置113构造成基于光检测器的输出而确定在空气流通道108中的颗粒的质量浓度。

传感器100可包括翻转件130，该翻转件130可由位于翻转件130附近的线圈132所控制。可使该翻转件130在轴上来回地移动，从而将空气流120经由进口104拉动到空气流通道108中。可将空气流120经过空气流通道108朝向出口106推动，从而通过光束111。空气流通道108示出为直的通路，但在其它实施例中，空气流通道108可包括在传感器壳体102内部的角度或曲线。

线圈132可位于壳体102的内部、与翻转件130相邻。翻转件130可位于壳体102的内部、进口104的附近。在一些实施例中，翻转件130可位于在空气流通道108内部的任何位置。在一些实施例中，线圈132可位于空气流通道108的一侧上，同时附加的反射元件114可位于空气流通道108的相对侧上。这可防止线圈132干扰由反射元件114和/或光检测器112对光束111进行的处理和检测。此外，线圈132可定位成使得壳体102的尺寸可以尽可能地小，同时容纳所描述的全部元件。

图2示出了微粒物质传感器100的另一个俯视图。空气流通道108可由在壳体102内部的壁所限定。翻转件130可附接到壳体102的壁或延伸部210。壳体102可包括位于用于翻转件130的移动路径的边缘的缓冲器202。缓冲器202可防止翻转件130接触空气流通道108的壁，该接触可能损坏翻转件130。此外，壳体102可包括构造成引导翻转件130的移动的通道204。

翻转件130可包括附接到翻转件130并且/或者合并到翻转件130中的磁体134。可通过由电线圈132所产生的磁力来控制翻转件130。线圈132可产生交变电场，以便通过向磁体134施加吸引力和排斥力而推动和拉动翻转件130。翻转件130的一端可固定到壳体102，并且磁体134可位于翻转件130的未附接部上。

在一些实施例中，可以通过弹簧或其它偏置构件（例如，重力等）使翻转件130在一个方向上偏压。然后，线圈132可以产生吸引力或排斥力以对抗偏置力而使翻转件130移动。然后，线圈132可以停止吸引力或排斥力的产生，从而允许偏置构件使翻转件130返回到静止位置。该循环的重复可以导致翻转件130在空气流通道108的内部来回地移动。

翻转件130的移动可产生空气流120，将该空气流经过进口104而吸入。可经由激光二极管110和光检测器112对空气流120中的微粒物质进行检测。线圈132可构造成以特定的频率产生电场，以驱动磁体134并因此驱动翻转件130来回地摆动。在一些实施例中，由线圈所产生的频率可以是处于大约3.3 V的方波。在一些实施例中，可基于所确定的经过传感器100的空气流量来控制线圈132的频率。在一些实施例中，所确定的空气流量可以利用翻转件移动速度与流量之间的相关性来确定，该相关性可以利用方程式、查找表、或者相关性的另一种表示来确定。

图3示出了传感器100的透视图，其中将壳体102的顶部移除。如上所述，空气流通道108可由在壳体102内部的壁形成。进口104可包括在壳体102中的一个或多个开口。出口106可包括在壳体102中的一个或多个开口。

如图2-图3中所示，线圈132可位于相对于翻转件130的一角度处。可基于线圈132与翻转件130之间的相互作用对线圈132的角度和位置进行调整和选择，从而提供从线圈132对翻转件130的最强和最可靠的作用。

参照图4，示出了翻转件130的详细视图。该翻转件130可包括如所描述的磁体134。翻转件130可包括构造成附接到磁体134的第一部402，其中第一部402可在（上文描述的）线圈的影响下自由地移动。翻转件130可包括构造成安装到传感器壳体的第二部404。第二部404可包括一个或多个安装特征408，例如用于附接螺钉的孔、或者另一种类似的附接件。替代地，第二部404可更直接地合并到传感器壳体中。可利用柔性材料406将第一部402与第二部404附接到一起，该柔性材料可起铰链和/或轴的作用，从而允许第一部402相对于第二部404移动。柔性材料406可包括附接到第一部402和第二部404的每一个的一块或更多块材料。在一些实施例中，柔性材料406可夹在形成第一部402的两块材料之间，并且柔性材料406的另一端可夹在形成第二部404的两块材料之间。在一些实施例中，可用粘合剂将柔性材料406附接到第一部402和第二部402。在一些实施例中，第一部402的材料可以化学地电镀到柔性材料上，并且第二部404的材料可以化学地电镀到柔性材料上。第一部402和/或第二部404可由铜材料（例如铜板）形成。柔性材料406可包括卡普顿（Kapton）材料。在一些实施例中，翻转件130可包括镜板410，该镜板附接到与磁体134相对的侧。该小镜板410可增加重量以减轻翻转件中的振动。因此利用特定频率的方波，磁体可以驱动翻转件从而导致翻转件来回地摆动并产生空气流。

图5示出经组装的微粒物质传感器100，其中壳体102可包括顶部502，该顶部502附接到壳体102并且覆盖传感器100的内部元件。

在第一实施例中，微粒物质传感器可包括：空气流通道；构造成使光通过空气流通道的光源；附接到传感器壳体的翻转件，该翻转件包括在轴上自由旋转的第一部并且包括磁体；构造成向磁体施加力以使翻转件在轴上移动并产生进入到空气流通道中的空气流的线圈；构造成在来自光源的光通过空气流通道之后接收来自光源的光的光检测器；和联接到光检测器的具有处理器和存储指令的存储器的计算装置，该指令当由处理器执行时基于光检测器的输出来确定在空气流通道中的颗粒的质量浓度。

第二实施例可以包括第一实施例的微粒物质传感器，其中光源是激光二极管。

第三实施例可以包括第一或第二实施例的微粒物质传感器，其中磁体附接到翻转件的第一部，其中翻转件包括附接到传感器的壳体的第二部，并且其中第一部经由柔性材料附接到第二部。

第四实施例可以包括第一至第三实施例中任一实施例的微粒物质传感器，其中翻转件包括附接到翻转件的第一部的配重。

第五实施例可以包括第一至第四实施例中任一实施例的微粒物质传感器，其中光检测器构造成对从在空气流通道中的空气流中的微粒物质散射出的光进行检测。

第六实施例可以包括第一至第五实施例中任一实施例的微粒物质传感器，其中光检测器构造成对来自光源的光进行检测，其中一部分光已从在空气流通道中的空气流中的微粒物质散射出。

第七实施例可以包括第一至第六实施例中任一实施例的微粒物质传感器，该微粒物质传感器还包括构造成朝向光检测器引导光的反射元件。

第八实施例可以包括第一至第七实施例中任一实施例的微粒物质传感器，其中该传感器是粉尘传感器。

第九实施例可以包括第一至第八实施例中任一实施例的微粒物质传感器，其中计算装置确定在空气流通道内的空气流量并且构造成控制线圈。

在第十实施例中，一种用于确定在环境内部的微粒物质浓度的方法可包括：允许周围空气进入微粒物质传感器；向附接到在传感器内部的翻转件的磁体施加电场；经由所施加的电场使翻转件移动；经由翻转件的移动产生进入到在微粒物质传感器内部的空气流通道中的上升气流；给在微粒物质传感器内部的光源供电；引导光源经过空气流通道；在光源已通过在空气流通道中的微粒物质之后通过光检测器对来自光源的光进行检测；以及基于光检测器的输出来确定在空气流通道中的颗粒的质量浓度。

第十一实施例可以包括第十实施例的方法，其中光源包括激光二极管。

第十二实施例可以包括第十或第十一实施例的方法，该方法还包括经由计算装置来控制微粒物质传感器的元件。

第十三实施例可以包括第十至第十二实施例中任一实施例的方法，其中对空气流通道中的颗粒质量浓度的确定是由连接到光检测器的计算装置来完成。

第十四实施例可以包括第十至第十三实施例中任一实施例的方法，该方法还包括确定在空气流通道内的空气流量。

第十五实施例可以包括第十四实施例的方法，该方法还包括基于在空气流通道内的所确定的空气流量来调整所施加的电场。

在第十六实施例中，微粒物质传感器可包括：空气流通道；激光二极管；构造成容纳传感器的元件的壳体；附接到壳体的翻转件，其中该翻转件构造成产生进入到气流通道中的空气流的气流；构造成接收来自激光二极管的光的光检测器；以及联接到光检测器的具有处理器和存储指令的存储器的计算装置，该指令当由处理器执行时基于光检测器的输出来确定空气流通道中的颗粒的质量浓度。

第十七实施例可以包括第十六实施例的微粒物质传感器，其中翻转件包括围绕轴自由移动的第一部、附接到壳体的第二部、以及将第一部连接到第二部的柔性材料。

第十八实施例可以包括第十六或第十七实施例的微粒物质传感器，该微粒物质传感器还包括位于翻转件附近的线圈，其中该线圈构造成控制翻转件的移动。

第十九实施例可以包括第十八实施例的微粒物质传感器，其中翻转件包括磁体，并且其中线圈构造成向磁体施加力。

第二十实施例可以包括第十八或第十九实施例的微粒物质传感器，其中线圈以受控制的频率在翻转件上施加吸引力和排斥力。

虽然上面已示出并描述了根据本文中所公开原理的各种实施例，但可由本领域技术人员做出这些实施例的修改而不偏离本公开的精神和教导。本文中所描述的实施例只是代表性的而并非意图是限制性的。许多变型、组合和修改是可行的，并且是在本公开的范围内。通过将各实施例的特征加以组合、合并和/或省略所形成的替代实施例也是在本公开的范围内。因此，保护范围并不受上面所陈述的描述的限制，而是由所附权利要求书所限定，该范围包括权利要求书的主题的所有等同方案。每个权利要求是作为进一步的公开而并入本说明书中，并且这些权利要求是本发明的实施例。此外，任何上文描述的优点和特征可能与具体实施例有关，但不应将这样所授权权利要求书的应用局限于实现任何或全部上述优点或者具有任何或全部上述特征的工艺和结构。

此外，本文中所使用的部分标题是为了与在37 C.F.R. 1.77下的建议一致或者为了在其它方面提供组织线索而提供。这些标题不应限制或表征在可由本公开所授权的任何权利要求中所陈述的发明。具体地并通过举例，尽管这些标题可能涉及到“技术领域”，但权利要求不应受到在描述所谓技术领域的此标题下所选择的用语的限制。此外，在“背景技术”中对技术的描述不应解释成承认某个技术是针对本公开中的任何发明的现有技术。“发明内容”也不应认为是在所授权的权利要求书中所陈述发明的限制性特征描述。此外，在本公开中以单数形式对“发明”的任何参考不应用于认为在本公开中只存在单个新颖点。多个发明可根据由本公开所授权的多项权利要求的限制而陈述，因此这样权利要求限定本发明和由此受到保护的本发明的等同方案。在所有情况下，权利要求书的范围应根据本公开的自身优点而加以考虑，但不应受到本文中所陈述的标题限制。

更宽泛术语（例如“包括”、“包含”和“具有”）的使用应理解成为更狭窄术语（例如“由……组成”、“基本上由……组成”和“大体上由……组成”）提供支持。有关于实施例的任何元件的术语“可选地”、“可”、“可以”、“可能”等的使用意味着该元件不是必需的，或者替代地该元件是必需的，这两种替代方案是在实施例的范围内。另外，对示例的参考仅仅是为了例示的目的而提供，而并非意图是排它的。

虽然在本公开中已提供了若干实施例，但应当理解的是，所公开的系统和方法可具体实施为许多其它具体形式，而不背离本公开的精神或范围。本发明的示例应看作是例示性的而不是限制性的，并且本发明并非意图局限于本文中所给出的细节。例如，可将各种元件或部件组合或合并入另一个系统中，或者可将某些特征省略或不实施。

另外，在各种实施例中描述或示出为分离的或独立的技术、系统、子系统、和方法可与其它系统、模块、技术、或方法组合或整合，而不背离本公开的范围。其它被示出或描述为彼此直接地联接或连通的物件可经过一些接口、装置、或中间部件而间接地联接或连通，无论是电气地、机械地还是其它。改变、代替、和修改的其它示例可由本领域技术人员确定并且可以做出而不背离本文中所公开精神和范围。

Claims (9)

1.一种微粒物质传感器（100），包括：

空气流通道（108）；

光源，其构造成使光通过所述空气流通道（108）；

翻转件（130），其附接到所述微粒物质传感器（100）的壳体（102），所述翻转件包括围绕轴自由旋转的第一部（402）；

磁体（134），其附接到所述翻转件（130）的所述第一部（402）；

线圈（132），其构造成向所述磁体（134）施加力以使所述翻转件（130）围绕所述轴移动，并且产生进入到所述空气流通道（108）中的空气流；

光检测器（112），其构造成在来自所述光源的光通过所述空气流通道（108）之后接收来自所述光源的光；以及

计算装置（113），其联接到所述光检测器（112），具有处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时基于所述光检测器（112）的输出而确定在所述空气流通道（108）中的颗粒的质量浓度的指示，

其中，所述翻转件（130）包括第二部（404），该第二部（404）附接到所述微粒物质传感器（100）的所述壳体（102），并且其中所述第一部（402）经由柔性材料（406）附接到所述第二部（404）。

2.如权利要求1所述的微粒物质传感器（100），其中，所述光源是激光二极管。

3.如权利要求1所述的微粒物质传感器（100），其中，所述翻转件（130）包括配重，该配重附接到所述翻转件（130）的所述第一部（402）。

4.如权利要求1所述的微粒物质传感器（100），其中，所述光检测器（112）构造成对从在所述空气流通道（108）中的空气流中的微粒物质中所散射出的光进行检测。

5.如权利要求1所述的微粒物质传感器（100），其中，所述光检测器（112）构造成当一部分的光已从在所述空气流通道（108）中的空气流中的微粒物质中散射出时对来自所述光源的光进行检测。

6.如权利要求1所述的微粒物质传感器（100），还包括构造成朝向所述光检测器（112）引导光的反射元件（114）。

7.如权利要求1所述的微粒物质传感器（100），其中，所述微粒物质传感器（100）是粉尘传感器。

8.如权利要求1所述的微粒物质传感器（100），其中，所述计算装置（113）构造成确定在所述空气流通道（108）内的空气流量，并且控制所述线圈（132）。

9.一种用于确定在环境内的微粒物质浓度的方法，所述方法包括：

允许周围空气进入微粒物质传感器；

向附接到在所述微粒物质传感器内部的翻转件的磁体施加电场；

响应于所施加的电场而使所述翻转件移动；

响应于所述翻转件的移动而产生进入到在所述微粒物质传感器内部的空气流通道中的气流；

给在所述微粒物质传感器内部的光源供电；

引导所述光源经过所述空气流通道；

在所述光源已通过在所述空气流通道中的含有微粒物质的空气之后，通过光检测器对来自所述光源的光进行检测；以及

基于所述光检测器的输出而确定在所述空气流通道中的颗粒的质量浓度，

其中，所述翻转件包括第一部和第二部，该第二部附接到所述微粒物质传感器的壳体，并且其中所述第一部经由柔性材料附接到所述第二部。

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