CN109870541A - 气体检测装置 - Google Patents

Abstract

一种气体检测装置，包含：第一气体传感器、第二气体传感器、气体传输致动器、资料储存器以及资料处理器，第一气体传感器、第二气体传感器接收气体传输致动器所输送的气体并加以检测，将检测结果传递至资料储存器，使资料处理器得以由资料储存器获得第一气体传感器、第二气体传感器的检测结果与资料库交叉比对，计算气体浓度。

Description

气体检测装置

技术领域

本案是关于一种气体检测装置，尤指一种无需将欲测气体由待测气体中分离出来，便可测得欲测气体的气体浓度。

背景技术

气体信息为现在人非常注重的项目，但气体检测的困难度相当高，特别是常态下的气体往往皆以多种气体混合的情况下存在，所以于气体检测时，经常会受到其他气体的干扰导致测量失准或是失败的情况，而目前为避免欲测气体受其他气体干扰，会于检测前先将欲测气体分离出来，才有办法进行检测，但分离气体具有一定的困难度，并且需要较高的成本，而且气体分离装置亦难以微型化，不方便携带。

所以目前都尚未有无需分离混合气体，便可准确测量欲测气体浓度的设备，针对上述缺失，本案开发一种安全、便于携带且无需分离气体，便能够准确测量欲测气体的气体浓度的气体检测装置。

发明内容

为了解决难以准确取得单一气体的检测结果的问题，本案提供一种气体检测装置，用以检测一受测气体包含：一致动传感器模块，包含有一第一气体传感器、一第二气体传感器以及一气体传输致动器，该第一气体传感器对于一第一气体有较佳的检测能力，，该第二气体传感器对于一第二气体有较佳的检测能力，该气体传输致动器将该受测气体导入至第一气体传感器及第二气体传感器检测；一驱动控制器，控制该第一气体传感器、该第二气体传感器及该气体传输致动器的启动及关闭；一资料储存器，具有该第一气体传感器及该第二气体传感器对该受测气体中的该第一气体成份的单一气体、该第二气体气体成份的单一气体以及混合气体的资料库；以及一资料处理器，用以计算该受测气体内的气体浓度；其中，该第一气体传感器检测该受测气体后传输一第一气体检测信息至该资料储存器，该第二气体传感器检测该受测气体后传输一第二气体检测信息至该资料储存器，该资料处理器依据该资料储存器内的资料库、该第一气体检测信息、该第二气体检测信息做交叉比对，来计算出该受测气体中该第一气体的浓度。

附图说明

图1为本案的气体检测装置的结构示意图。

图2为本案的气体检测装置的方块图。

图3A为本案的气体检测装置的剖面示意图。

图3B为本案的气体检测装置的作动检测示意图。

图4为本案的气体传输致动器的结构示意图。

图5A及图5B为本案的气体传输致动器的正面及背面分解示意图。

图6所示为图5A及图5B所示的压电致动器的剖面结构示意图。

图7所示为本案的气体传输致动器的剖面结构示意图。

图8A至图8E所示为本案的气体传输致动器作动的流程结构图。

附图标记说明

100：气体检测装置

1：基板

2：致动传感器模块

21：第一气体传感器

22：第二气体传感器

23：气体传输致动器

23a：排气孔

230：第一腔室

231：进气板

231a：进气孔

231b：汇流排孔

231c：中心凹部

232：共振片

232a：可动部

232b：固定部

232c：中空孔洞

233：压电致动器

2331：悬浮板

2331a：凸部

2331b：第二表面

2331c：第一表面

2332：外框

2332a：第二表面

2332b：第一表面

2332c：导电接脚

2333：支架

2333a：第二表面

2333b：第一表面

2334：压电片

2335：空隙

234a、234b：绝缘片

235：导电片

235a：导电接脚

h：间隙

3：驱动控制器

4：资料储存器

5：资料处理器

6：显示模块

7：通讯模块

200：外部装置

具体实施方式

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本案。

请同时参阅图1及图2，本案为一种气体检测装置100，包含了一基板1以及设置于基板1上的一致动传感器模块2、一驱动控制器3、一资料储存器4、一资料处理器5，致动传感器模块2分别电连接驱动控制器3及资料储存器4，资料储存器4电连接资料处理器5；其中，致动传感器模块2更包含有一第一气体传感器21、一第二气体传感器22及一气体传输致动器23，气体传输致动器23邻设于第一气体传感器21与第二气体传感器22，用以将气体传输给第一气体传感器21与第二气体传感器22检测，此外，驱动控制器3分别电连接气体传输致动器23、第一气体传感器21及第二气体传感器22，来执行开启或关闭的动作，而第一气体传感器21、第二气体传感器22则各自电连接至资料储存器4，分别将各自所检测的气体信息传递给资料储存器4。此外，前述的第一气体传感器21及第二体传感器22皆可为但不限为半导体式气体传感器，而第一气体传感器21对于一第一气体的检测能力较佳，第二气体传感器22则对于第二气体的检测能力较佳。

上述的资料储存器4存有一气体资料库(未图示)，气体资料库内有第一气体传感器21对于第一气体的单一气体、第二气体的单一气体、第一气体与第二气体的混和气体、第一气体与其他气体的混和气体、第二气体与其他气体的混和气体、第一气体与第二气体与其他气体的混和气体的相关资料库，以及第二气体传感器22对于第一气体的单一气体、第二气体的单一气体、第一气体与第二气体的混和气体、第一气体与其他气体的混和气体、第二气体与其他气体的混和气体、第一气体与第二气体与其他气体的混和气体的相关资料库，但均不以此为限；于本实施例中，气体资料库更包含有气体传输致动器23启动后的第一气体传感器21对于第一气体的单一气体、第二气体的单一气体、第一气体与第二气体的混和气体、第一气体与其他气体的混和气体、第二气体与其他气体的混和气体、第一气体与第二气体与其他气体的混和气体的相关资料库，以及气体传输致动器23启动后的第二气体传感器22对于第一气体的单一气体、第二气体的单一气体、第一气体与第二气体的混和气体、第一气体与其他气体的混和气体、第二气体与其他气体的混和气体、第一气体与第二气体与其他气体的混和气体的相关资料库。

请继续参阅图2，当驱动控制器3启动致动传感模块2，致动传感模块2的第一气体传感器21及第二气体传感器22将分别传递一第一气体检测信息及一第二气体检测信息至资料储存器4，第一气体传感器21所传递的第一气体检测信息与第二气体传感器22所传递的第二气体检测信息分别包含有气体传输致动器23未启动时的气体信息，以及气体传输致动器23启动后的气体信息，使资料处理器5由资料储存器4取得第一气体检测信息与第二气体检测信息，再与资料储存器4所储存的气体资料库做交叉比对，来计算出第一气体与第二气体的浓度。前述的第一气体可为丙酮，第二气体可为乙醇或氢，但均不以此为限。

请继续参阅图1及图2，于本实施例中，气体检测装置100更包含一显示模块6，显示模块6电连接资料处理器5，使得资料处理器5计算出第一气体与第二气体的浓度后，能够透过显示模块6显示第一气体、第二气体的浓度信息，供使用者知悉；此外，气体检测装置100亦可包含一通讯模块7，通讯模块7可为有线传输通信模块或无线传输通信模块，透过有线或无线的方式将第一气体、第二气体的浓度信息发送至外部装置200。而外部装置200可以是一云端系统、一可携式电子装置、一电脑系统等至少其中之一。

承上，有线传输通信模块，可为USB、mini-USB、micro-USB等其中之一的有线传输模块，而无线传输通信模块可为Wi-Fi模块、蓝芽模块、无线射频辨识模块、一近场通讯模块等其中之一的无线传输模块。

请参阅图3A、图3B及图4所示，本案实施方式中，气体传输致动器23可为一压电致动泵的驱动结构，或者一微机电系统(MEMS)泵的驱动结构。气体传输致动器23具有排气孔23a，用以将气体输送至第一气体传感器21及第二气体传感器22。以下就以压电致动泵的气体传输致动器23的结构与作动来进行说明。

请参阅图4及图5所示，气体传输致动器23包括进气板231、共振片232、压电致动器233、绝缘片234a、234b及导电片235等结构，其中压电致动器233对应于共振片232而设置，并使进气板231、共振片232、压电致动器233、绝缘片234a、导电片235及另一绝缘片234b等依序堆叠设置，其组装完成的剖面图是如图3A及图3B所示。

于本实施例中，进气板231具有至少一进气孔231a，其中进气孔231a的数量以4个为较佳，但不以此为限。进气孔231a是贯穿进气板231，用以供气体自装置外顺应大气压力的作用而自该至少一进气孔231a流入气体传输致动器23之中。进气板231上具有至少一汇流排孔231b，用以与进气板231另一表面的该至少一进气孔231a对应设置。于汇流排孔231b的中心交流处是具有中心凹部231c，且中心凹部231c是与汇流排孔231b相连通，借此可将自该至少一进气孔231a进入汇流排孔231b的流体引导并汇流集中至中心凹部231c，以实现气体传递。于本实施例中，进气板231具有一体成型的进气孔231a、汇流排孔231b及中心凹部231c，且于中心凹部231c处即对应形成一汇流流体的汇流腔室，以供流体暂存。于一些实施例中，进气板231的材质可为但不限于不锈钢材质所构成。于另一些实施例中，由该中心凹部231c处所构成的汇流腔室的深度与汇流排孔231b的深度相同，但不以此为限。共振片232是由一可挠性材质所构成，但不以此为限，且于共振片232上具有一中空孔洞232c，是对应于进气板231的中心凹部231c而设置，以使流体流通。于另一些实施例中，共振片232是可由一铜材质所构成，但不以此为限。

压电致动器233是由一悬浮板2331、一外框2332、至少一支架2333以及一压电片2334所共同组装而成，其中，该压电片2334贴附于悬浮板2331的第一表面2331c，用以施加电压产生形变以驱动该悬浮板2331弯曲振动，以及该至少一支架2333是连接于悬浮板2331以及外框2332之间，于本实施例中，该支架2333是连接设置于悬浮板2331与外框2332之间，其两端点是分别连接于外框2332、悬浮板2331，以提供弹性支撑，且于支架2333、悬浮板2331及外框2332之间更具有至少一空隙2335，该至少一空隙2335是与气体通道相连通，用以供气体流通。应强调的是，悬浮板2331、外框2332以及支架2333的型态及数量不以前述实施例为限，且可依实际应用需求变化。另外，外框2332是环绕设置于悬浮板2331的外侧，且具有一向外凸设的导电接脚2332c，用以供电连接之用，但不以此为限。

悬浮板2331是为一阶梯面的结构(如图6所示)，意即于悬浮板2331的第二表面2331b更具有一凸部2331a，该凸部2331a可为但不限为一圆形凸起结构。悬浮板2331的凸部2331a是与外框2332的第二表面2332a共平面，且悬浮板2331的第二表面2331b及支架2333的第二表面2333a亦为共平面，且该悬浮板2331的凸部2331a及外框2332的第二表面2332a与悬浮板2331的第二表面2331b及支架2333的第二表面2333a之间是具有一特定深度。悬浮板2331的第一表面2331c，其与外框2332的第一表面2332b及支架2333的第一表面2333b为平整的共平面结构，而压电片2334则贴附于此平整的悬浮板2331的第一表面2331c处。于另一些实施例中，悬浮板2331的型态亦可为一双面平整的板状正方形结构，并不以此为限，可依照实际施作情形而任施变化。于一些实施例中，悬浮板2331、支架2333以及外框2332是可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如但不限于不锈钢材质所构成。又于另一些实施例中，压电片2334的边长是小于该悬浮板2331的边长。再于另一些实施例中，压电片2334的边长是等于悬浮板2331的边长，且同样设计为与悬浮板2331相对应的正方形板状结构，但并不以此为限。

于本实施例中，如图5所示，气体传输致动器23的绝缘片234a、导电片235及另一绝缘片234b是依序对应设置于压电致动器233之下，且其形态大致上对应于压电致动器233的外框2332的形态。于一些实施例中，绝缘片234a、234b是由绝缘材质所构成，例如但不限于塑胶，俾提供绝缘功能。于另一些实施例中，导电片235可由导电材质所构成，例如但不限于金属材质，以提供电导通功能。于本实施例中，导电片235上亦可设置一导电接脚235a，以实现电导通功能。

于本实施例中，如图7所示，气体传输致动器23是依序由进气板231、共振片232、压电致动器233、绝缘片234a、导电片235及另一绝缘片234b等堆叠而成，且于共振片232与压电致动器233之间是具有一间隙h，于本实施例中，是于共振片232及压电致动器233的外框2332周缘之间的间隙h中填入一填充材质，例如但不限于导电胶，以使共振片232与压电致动器233的悬浮板2331的凸部2331a之间可维持该间隙h的深度，进而可导引气流更迅速地流动，且因悬浮板2331的凸部2331a与共振片232保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音产生可被降低。于另一些实施例中，亦可借由加高压电致动器233的外框2332的高度，以使其与共振片232组装时增加一间隙，但不以此为限。

请参阅图5A及图5B、图7所示，于本实施例中，当进气板231、共振片232与压电致动器233依序对应组装后，于共振片232具有一可动部232a及一固定部232b，可动部232a处可与其上的进气板231共同形成一汇流流体的腔室，且在共振片232与压电致动器233之间更形成一第一腔室230，用以暂存流体，且第一腔室230是透过共振片232的中空孔洞232c而与进气板231的中心凹部231c处的腔室相连通，且第一腔室230的两侧则由压电致动器233的支架2333之间的空隙2335而与流体通道相连通。

请参阅图5、图7、图8A至图8E，本案的气体传输致动器23的作动流程简述如下。当气体传输致动器32进行作动时，压电致动器233受电压致动而以支架2333为支点，进行垂直方向的往复式振动。如图8A所示，当压电致动器233受电压致动而向下振动时，由于共振片232是为轻、薄的片状结构，是以当压电致动器233振动时，共振片232亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，即为共振片232对应中心凹部231c的部分亦会随的弯曲振动形变，即该对应中心凹部231c的部分是为共振片232的可动部232a，是以当压电致动器233向下弯曲振动时，此时共振片232对应中心凹部231c的可动部232a会因流体的带入及推压以及压电致动器233振动的带动，而随着压电致动器233向下弯曲振动形变，则流体由进气板231上的至少一进气孔231a进入，并透过至少一汇流排孔231b以汇集到中央的中心凹部231c处，再经由共振片232上与中心凹部231c对应设置的中空孔洞232c向下流入至第一腔室230中。其后，由于受压电致动器233振动的带动，共振片232亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，如图8B所示，此时共振片232的可动部232a亦随的向下振动，并贴附抵触于压电致动器233的悬浮板2331的凸部2331a上，使悬浮板2331的凸部2331a以外的区域与共振片232两侧的固定部232b之间的汇流腔室的间距不会变小，并借由此共振片232的形变，以压缩第一腔室230的体积，并关闭第一腔室230中间流通空间，促使其内的流体推挤向两侧流动，进而经过压电致动器233的支架2333之间的空隙2335而向下穿越流动。之后，如图8C所示，共振片232的可动部232a向上弯曲振动形变，而回复至初始位置，且压电致动器233受电压驱动以向上振动，如此同样挤压第一腔室230的体积，惟此时由于压电致动器233是向上抬升，因而使得第一腔室230内的流体会朝两侧流动，而流体持续地自进气板231上的至少一进气孔231a进入，再流入中心凹部231c所形成的腔室中。之后，如图8D所示，该共振片232受压电致动器233向上抬升的振动而共振向上，此时共振片232的可动部232a亦随的向上振动，进而减缓流体持续地自进气板231上的至少一进气孔231a进入，再流入中心凹部231c所形成的腔室中。最后，如图8E所示，共振片232的可动部232a亦回复至初始位置，由此实施态样可知，当共振片232进行垂直的往复式振动时，是可由其与压电致动器233之间的间隙h以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于该两结构之间设置间隙h可使共振片232于共振时可产生更大幅度的上下位移。是以，在经此流体致动器23的流道设计中产生压力梯度，使流体高速流动，并透过流道进出方向的阻抗差异，将流体由吸入端传输至排出端，以完成流体输送作业，即使在排出端有气压的状态下，仍有能力持续将流体推入流体通道，并可达到静音的效果，如此重复图8A至图8E的流体致动器23作动，即可使流体致动器23产生一由外向内的流体传输。

综上所述，本案所提供的气体检测装置，其第一气体传感器对于第一气体有较高的检测能力，并检测待测气体于气体输送致动器未启动与启动时的第一气体检测信息传递至资料储存器，而第二气体传感器对于第二气体有较高的检测能力的特性，并检测待测气体于气体输送致动器未启动与启动时的第二气体检测信息传递至资料储存器，使得资料处理器能够于资料储存器取得第一气体检测信息与第二气体检测信息与资料储存器内的气体资料库交叉比对，来计算出第一气体的浓度，获得欲测气体的气体浓度，无需分离气体，便能够获得单一气体的气体浓度，此外，利用致动传感模块为微型化的气体传感器与气体传输致动器所构成，能够减少体积，方便使用者携带。

本案得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (17)

1.一种气体检测装置，用以检测包含有一第一气体及一第二气体之一受测气体包含：

一致动传感器模块，包含有一第一气体传感器、一第二气体传感器以及一气体传输致动器，该气体传输致动器将该受测气体导入至第一气体传感器及第二气体传感器检测；

一驱动控制器，控制该第一气体传感器、该第二气体传感器及该气体传输致动器的启动及关闭；

一资料储存器，具有该第一气体传感器及该第二气体传感器对该受测气体中的该第一气体成份的单一气体、该第二气体成份的单一气体以及混合气体的一气体资料库；以及

一资料处理器，用以计算该受测气体内的气体浓度；

其中，该第一气体传感器检测该受测气体后传输一第一气体检测信息至该资料储存器，该第二气体传感器检测该受测气体后传输一第二气体检测信息至该资料储存器，该资料处理器依据该资料储存器内的该气体资料库、该第一气体检测信息及该第二气体检测信息做交叉比对，来计算出该受测气体中该第一气体及该第二气体的浓度。

2.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该第一气体传感器为半导体式气体传感器，并对于该第一气体有较佳的检测能力。

3.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该第二气体传感器为半导体式气体传感器，并对于该第二气体有较佳的检测能力。

4.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该第一气体为丙酮。

5.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该第二气体为乙醇或氢。

6.如权利要求1所述的气体检测装置，进一步包含一显示模块，该显示模块用于显示该计算出的该第一气体的浓度或该第二气体的浓度。

7.如权利要求1所述的气体检测装置，进一步包含一通信模块，该通信模块用于发送该计算出第一气体的浓度或该第二气体的浓度。

8.如权利要求7所述的气体检测装置，其特征在于，该通信模块是为一有线传输通信模块及一无线传输通信模块的至少其中之一。

9.如权利要求8所述的气体检测装置，其特征在于，该有线传输通信模块是为一USB、一mini-USB、一micro-USB的至少其中之一。

10.如权利要求8所述的气体检测装置，其特征在于，该无线传输通信模块是为一Wi-Fi模块、一蓝芽模块、一无线射频辨识模块及一近场通讯模块的至少其中之一。

11.如权利要求7所述的气体检测装置，其特征在于，该通信模块与一外部装置进行通信，该外部装置是为一云端系统、一可携式装置、一电脑系统等至少其中之一。

12.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该气体传输致动器包括：

一进气板，具有至少一进气孔、至少一汇流排孔及构成一汇流腔室的一中心凹部，其特征在于，该至少一进气孔供导入气流，该汇流排孔对应该进气孔，且引导该进气孔的气流汇流至该中心凹部所构成的该汇流腔室；

一共振片，具有一中空孔对应于该汇流腔室，且该中空孔的周围为一可动部；以及

一压电致动器，与该共振片相对应设置；

其中，该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一腔室，以使该压电致动器受驱动时，使气流由该进气板的该至少一进气孔导入，经该至少一汇流排孔汇集至该中心凹部，再流经该共振片的该中空孔，以进入该腔室内，由该压电致动器与该共振片的可动部产生共振传输气流。

13.如权利要求12所述的气体检测装置，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，具有一第一表面及一第二表面，且可弯曲振动；

一外框，环绕设置于该悬浮板的外侧；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，以提供弹性支撑；以及

一压电片，具有一边长，该边长是小于或等于该悬浮板的一边长，且该压电片是贴附于该悬浮板的一第一表面上，用以施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

14.如权利要求13所述的气体检测装置，其特征在于，该悬浮板为一正方形悬浮板，并具有一凸部。

15.如权利要求12所述的气体检测装置，其特征在于，该压电致动器包括：一导电片、一第一绝缘片以及一第二绝缘片，其特征在于，该进气板、该共振片、该压电致动器、该第一绝缘片、该导电片及该第二绝缘片是依序堆叠设置。

16.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该第一气体检测信息包含该第一气体传感器检测未启动该气体传输致动器时受测气体的气体信息，以及该气体传输致动器启动后该受测气体的气体信息，而该第二气体检测信息包含该第二气体传感器检测未启动该气体传输致动器时受测气体的气体信息，以及该气体传输致动器启动后该受测气体的气体信息。

17.如权利要求16所述的气体检测装置，其特征在于，该资料储存器具有气体传输致动器未启动时的该第一气体传感器及该第二气体传感器对该受测气体中的该第一气体成份的单一气体、该第二气体气体成份的单一气体、混合气体的一气体资料库以及该气体传输致动器启动后的该第一气体传感器及该第二气体传感器对该受测气体中的该第一气体成份的单一气体、该第二气体成份的单一气体、混合气体的一气体资料库。