CN109596489A - 一种自动调焦的激光pm2.5粉尘传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，其包括传感器本体以及检测系统，所述检测系统包括激光二极管、透镜以及光电二极管，与检测系统相配合的，所述传感器还包括温控机构，所述温控机构包括PCB电路板、温度感应组件以及伸缩组件，所述激光二极管固定装设在伸缩组件朝向气流通道的一端，另一端固定装设有PCB电路板，所述透镜固定装设在激光二极管和气流通道之间，所述温度感应组件以及伸缩组件分别与PCB电路板电性连接，本发明通过温控机构与检测系统相配合，使得因为温度变化而发生偏移的焦点重新回到原来的位置，从而提高检测系统对待检测气体的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及空气质量检测的技术领域，特别是涉及一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器。
背景技术
PM2.5粉尘只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5颗粒粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。为了监测空气环境的质量，通常采用具有激光PM2.5粉尘传感器的检测装置，对空气进行检测。
目前，激光PM2.5粉尘传感器主要通过激光系统中的圆形透镜折射聚焦，并根据激光从折射到聚焦过程中的变化来分析检测PM2.5颗粒的浓度，而检测装置的使用环境比较复杂，通常涉及高温或者低温环境，在不同的温度环境中，透镜的折射率会随温度的变化而变化，使得光学系统的焦点发生偏移，从而影响检测精度。
有鉴于此，本发明人针对上述激光PM2.5粉尘传感器结构设计上未臻完善所导致的诸多缺失及不便，而深入构思，且积极研究改良试做而开发设计出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，使得激光PM2.5粉尘传感器的聚焦点在工作温度变化范围内不发生偏移，从而提高检测精度。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，其包括传感器本体以及检测系统，所述检测系统设置在传感器本体的内部，所述传感器本体内设有供待检测气体通过的气流通道，所述检测系统包括激光二极管、透镜以及光电二极管，所述激光二极管与透镜配合连接并装设在气流通道的一侧，与之相配合的，所述光电二极管装设在气流通道内，并且位于激光二极管产生的检测激光的一侧，所述激光PM2.5粉尘传感器还包括温控机构，所述温控机构包括PCB电路板、温度感应组件以及伸缩组件，所述激光二极管固定装设在伸缩组件朝向气流通道的一端，另一端固定装设有PCB电路板，所述透镜固定装设在激光二极管和气流通道之间，所述温度感应组件以及伸缩组件分别与PCB电路板电性连接。
所述温控机构还包括内衬组件，所述内衬组件设有伸缩腔室以及激光腔室，所述伸缩组件设置在伸缩腔室内并与伸缩腔室的内壁滑接，所述激光二极管设置在激光腔室内并与激光腔室的内壁滑接，所述透镜固定在激光腔室朝向气流通道的一端。
所述传感器本体设有安装腔室，所述安装腔室朝向气流通道的一端与气流通道连通，另一端设有拆装孔，所述检测系统以及温控机构均可拆卸的装设在安装腔室内。
所述内衬组件设有插槽，与之相配合的，所述传感器本体设有销孔以及销钉。
所述检测系统还包括吸光组件，所述吸光组件固定在传感器本体上，并且激光二极管产生的检测激光穿过气流通道后照射在吸光组件上。
采用上述方案后，本发明的一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器设有温控机构，该温控机构包括PCB电路板、温度感应组件以及伸缩组件，所述激光二极管固定装设在伸缩组件朝向气流通道的一端，另一端固定装设有PCB电路板，所述透镜固定装设在激光二极管和气流通道之间，所述温度感应组件以及伸缩组件分别与PCB电路板电性连接，所述PCB电路板可以通过温度感应组件获取传感器所处在的工作环境的温度值，并根据该温度值通过上述函数关系确定焦点的移动方向以及移动距离，之后，PCB电路板根据焦点的移动情况，通过伸缩组件控制激光二极管向靠近透镜的一端延伸或者向远离透镜的一端收缩，并且延伸或者收缩的距离与焦点移动的距离相同，使得因为温度变化而发生偏移的焦点重新回到原来的位置，从而提高检测系统对待检测气体的检测精度。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例的结构分解图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图1至图2所示，为本发明一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器的较佳实施例，其包括传感器本体1以及检测系统2，检测系统2设置在传感器本体1的内部，传感器本体1内设有供待检测气体通过的气流通道11，使用时，开启激光PM2.5粉尘传感器，待检测气体能够被吸入到传感器本体1的内部，并在气流通道11内平顺流动，之后，开启检测系统2，检测系统2能够对气流通道11内的待检测气体进行PM2.5颗粒浓度的分析检测。
上述检测系统2包括激光二极管21、透镜22、光电二极管23以及吸光组件24，激光二极管21与透镜22配合连接并装设在气流通道11的一侧，与之相配合的，光电二极管23装设在气流通道11内，并且位于激光二极管21产生的检测激光的一侧，吸光组件24固定在传感器本体1上，并且激光二极管21产生的检测激光穿过气流通道11后照射在吸光组件24上。
在检测过程中，传感器内部的激光二极管21能够产生检测激光，检测激光均由同一发光点发出并射向透镜22，并在进入和离开透镜22时产生折射现象，检测激光离开透镜22后穿过待检测气体，并在穿过气流通道11后照射在吸光组件24上，同时，因为透镜22的折射作用，检测激光能够在气流通道11内形成一焦点，该焦点位于光电二极管23接收端中心的正前方，光电二极管23能够接收来自焦点处的检测激光的光信号信息，并将接收的光信号转化成电信号，同时完成待检测气体的检测工作。另外，经过焦点处的检测激光会继续朝着吸光组件24的方向照射，最终照射在吸光组件24上并被吸光组件24吸收，避免了经过焦点后的检测激光照射在传感器本体1的内壁上并在气流通道11内产生散射现象，散射的检测激光被光电二极管23误接收，从而影响检测系统2对待检测气体的检测值。
在使用过程中发现，上述激光PM2.5粉尘传感器的工作环境的温度值通常为-40℃至85℃，并且，温度的变化会对检测系统2中的透镜22造成影响，当温度升高时，透镜22的折射率减小，焦点会向远离透镜22的方向移动，反之，当温度降低时，透镜22的折射率增大，焦点会向靠近透镜22的方向移动，同时，焦点的移动距离与工作环境的温度值呈函数关系，因为焦点的位置发生偏移，焦点前后偏移后会离开光电二极管23中心的正前方，使得光能量最大的点发生偏移，则对于同样大小的颗粒散射的光，在光电二级管接收后产生的信号会不同，测试结果会有误差，使得光电二极管23无法准确的接收来自焦点处的检测激光的光信号信息，从而影响检测系统2对待检测气体的检测值，只有焦点位置、亮度保持不变，相同颗粒产生的散射光在光电二极管23产生的信号才会稳定，才能保持高精度。
为了解决上述问题，上述激光PM2.5粉尘传感器还包括温控机构3，该温控机构3包括PCB电路板31、温度感应组件32以及伸缩组件33，上述激光二极管21固定装设在伸缩组件33朝向气流通道11的一端，伸缩组件33的另一端固定装设有PCB电路板31，上述透镜22固定装设在激光二极管21和气流通道11之间，温度感应组件32以及伸缩组件33分别与PCB电路板31电性连接，PCB电路板31可以通过温度感应组件32获取传感器所处在的工作环境的温度值，并根据该温度值通过上述函数关系确定焦点的移动方向以及移动距离，之后，PCB电路板31根据焦点的移动情况，通过伸缩组件33控制激光二极管21向靠近透镜22的一端延伸或者向远离透镜22的一端收缩，并且延伸或者收缩的距离与焦点移动的距离相同，使得因为温度变化而发生偏移的焦点重新回到原来的位置。
上述温控机构3还包括内衬组件34，内衬组件34设有伸缩腔室341以及激光腔室342，伸缩组件33设置在伸缩腔室341内并与伸缩腔室341的内壁滑接，激光二极管21设置在激光腔室342内并与激光腔室342的内壁滑接，透镜22固定在激光腔室342朝向气流通道11的一端，通过设有内衬组件34，使得伸缩组件33和激光二极管21只能够沿着内衬组件34的径向方向来回移动，避免了伸缩组件33和激光二极管21在内衬组件34的周向方向发生偏移，导致因为温度变化而发生偏移的焦点无法重新回到原来的位置。
上述传感器本体1设有安装腔室12，安装腔室12朝向气流通道11的一端与气流通道11连通，另一端设有拆装孔121，上述检测系统2以及温控机构3均可拆卸的装设在安装腔室12内，在本实施例中，上述可拆卸的装设方式是在上述内衬组件34设有插槽343，与之相配合的，上述传感器本体1设有销孔13以及销钉14。
在组装时，先将激光二极管21和固定连接有温度感应组件32的PCB电路板31分布固定安装在伸缩组件33的两端，之后，将其固定安装在内衬组件34朝向拆装孔121的一端，同时将透镜22固定安装在内衬组件34朝向气流通道11的一端，接着，对应插槽343与销孔13的位置将固定连接在一起的检测系统2和温控机构3从拆装孔121塞入到安装腔室12内，直至插槽343与销孔13相吻合，此时，从销孔13处插入销钉14，直至销钉14插设在插槽343内，并将固定连接在一起的检测系统2和温控机构3卡固在安装腔室12内，当需要将检测系统2和温控机构3从传感器本体1内取出时，只需拔出销钉14以解除销钉14对插槽343的卡固作用，即可由拆装孔121处将固定连接在一起的检测系统2和温控机构3从安装腔室12内取出，使得本发明的激光PM2.5粉尘传感器具有安装、维护方便的优点。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (5)
1.一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，其包括传感器本体以及检测系统，所述检测系统设置在传感器本体的内部，所述传感器本体内设有供待检测气体通过的气流通道，所述检测系统包括激光二极管、透镜以及光电二极管，所述激光二极管与透镜配合连接并装设在气流通道的一侧，与之相配合的，所述光电二极管装设在气流通道内，并且位于激光二极管产生的检测激光的一侧，其特征在于：所述激光PM2.5粉尘传感器还包括温控机构，所述温控机构包括PCB电路板、温度感应组件以及伸缩组件，所述激光二极管固定装设在伸缩组件朝向气流通道的一端，另一端固定装设有PCB电路板，所述透镜固定装设在激光二极管和气流通道之间，所述温度感应组件以及伸缩组件分别与PCB电路板电性连接。
2.如权利要求1所述的一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述温控机构还包括内衬组件，所述内衬组件设有伸缩腔室以及激光腔室，所述伸缩组件设置在伸缩腔室内并与伸缩腔室的内壁滑接，所述激光二极管设置在激光腔室内并与激光腔室的内壁滑接，所述透镜固定在激光腔室朝向气流通道的一端。
3.如权利要求2所述的一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述传感器本体设有安装腔室，所述安装腔室朝向气流通道的一端与气流通道连通，另一端设有拆装孔，所述检测系统以及温控机构均可拆卸的装设在安装腔室内。
4.如权利要求3所述的一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述内衬组件设有插槽，与之相配合的，所述传感器本体设有销孔以及销钉。
5.如权利要求1所述的一种自动调焦的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述检测系统还包括吸光组件，所述吸光组件固定在传感器本体上，并且激光二极管产生的检测激光穿过气流通道后照射在吸光组件上。
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| CN116380740A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-07-04 | 江苏省环境监测中心 | 一种废气浓度检测机构及其使用方法 |
| CN116380740B (zh) * | 2023-05-16 | 2023-08-08 | 江苏省环境监测中心 | 一种废气浓度检测机构及其使用方法 |
| CN117571561A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 北京英视睿达科技股份有限公司 | 一种便于校准的气体颗粒物粒径传感器及校准方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| EP3660487B1 (en) | 2022-10-05 |
| EP3660487A1 (en) | 2020-06-03 |
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