CN109959591A - 组合灰尘传感器和气体传感器的传感器 - Google Patents

组合灰尘传感器和气体传感器的传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种组合灰尘传感器和气体传感器的传感器，包括：用于发射光的光发射单元；用于接收由光发射单元发射并被灰尘散射的散射光以检测灰尘浓度的第一光接收单元；用于改变光发射单元发射的发射光的路径的反射镜；以及用于接收其路径被反射镜改变的发射光以检测气体浓度的第二光接收单元。用于将空气引入到传感器内部的检测空间中的流入部以其中第一入口和第二入口相遇的Y形管形成。该流入部包括开关，该开关从第一入口和第二入口中选择空气通过其流入到的检测空间中的路径。

Description

组合灰尘传感器和气体传感器的传感器
本申请依据35 U.S.C.§119(a)要求于2017年12月22日提交的韩国专利申请No.10-2017-0178230的优先权的权益，其全部内容通过引用并入在本文中。
技术领域
本发明涉及一种组合灰尘传感器和气体传感器的传感器。
背景技术
随着人口的增加和车辆数量的增加，空气污染变得更加严重。对灰尘的关注不断增加，并且空气净化器的需求也在增加。对于主动空气清洁，空气清洁器需要灰尘传感器来测量空气污染程度，即空气中的灰尘浓度。
诸如三卤甲烷、三氯乙烯、和四氯乙烯，和挥发性有机化合物VOC的挥发性有机卤素化合物(诸如从新建的公寓排出的广泛地用于粘合物质的芳香族化合物的苯)引起恶臭、引起头痛和过敏性皮肤炎、并且被归类为致癌物。因此，对能够使用光催化剂合成材料除去这种挥发性有机化合物的空气净化器的需求的不断增长。为了使空气净化器除去这种挥发性有机化合物或CO2，有利的是使用气体传感器测量气体浓度。
作为灰尘传感器，主要使用光电灰尘传感器。图1概念性地示出光电灰尘传感器感测灰尘的原理。
光电型灰尘传感器在外壳中包括空气入口和空气出口，使从空气入口流动的空气穿过空气通道路径，并通过空气出口排出空气。灰尘传感器经由空气通道中放置的光发射单元朝向空气通道发光，经由空气通道中放置的光接收单元收集由光发射单元辐射并且然后被包括在空气中的灰尘散射的光，以及通过使用光接收单元的电信号测量空气中包含的灰尘浓度。
如果穿过空气通道的空气中几乎没有灰尘或烟雾，则从光发射单元发射的几乎所有光都到达未放置光接收部分的遮光区域，因此由光接收单元接收的光量变得非常小。另一方面，如果穿过空气通道的空气中存在一些灰尘或烟雾，则从光发射单元辐射的光的一部分被空气通道中的灰尘或烟雾反射且在光接收单元上入射，并且光接收单元的光接收量增加。
因此，能够基于光接收单元中包括的光接收元件(或光检测器)的输出信号的波动来检测穿过空气通道的灰尘或烟雾的存在/不存在，并且能够基于光接收元件的输出水平来检测穿过空气通道的灰尘或烟雾的浓度。
另一方面，光电操作的气体传感器利用气体的特性以吸收光。光发射单元在空气通道中发光，并且光接收单元直接地接收光。光接收单元仅接收按照由要测量的组分气体吸收的光量而减少的光量，使得当气体存在于空气中时由光接收单元接收的光量降低，以及当气体少时由光接收单元接收的光量增加。可以基于从光接收单元输出的信号的幅度来计算气体的浓度。
因为灰尘传感器使用由灰尘散射的光，所以由光发射单元发射的光不应当进入光接收单元。另一方面，气体传感器使用未被目标气体吸收的光，由光发射单元发射的光必须直接进入光接收单元。
如上所述，因为灰尘传感器和气体传感器的工作原理不同，所以即使在诸如空气净化器或车辆空气传感器这样的同时使用灰尘传感器和气体传感器二者的情况下，还存在必须单独使用灰尘传感器和气体传感器的问题。
发明内容
因此，鉴于这种情况提出了本发明，并且本发明的目的是在一个结构中实现灰尘传感器和气体传感器。
根据本发明的实施例的、组合灰尘传感器和气体传感器的传感器可以包括：光发射单元，所述光发射单元用于发射光；第一光接收单元，所述第一光接收单元用于接收由光发射单元发射并被灰尘散射的散射光以检测灰尘浓度；反射镜，所述反射镜用于改变光发射单元发射的发射光的路径；以及第二光接收单元，所述第二光接收单元用于接收其路径被反射镜改变的发射光以检测气体浓度。
在一个实施例中，传感器还可以包括流入部，所述流入部用于将空气引入到传感器内部的检测空间中，该流入部以其中第一入口和第二入口相遇的Y形管形成。
在一个实施例中，流入部可以包括开关，所述开关被放置在第一入口41和第二入口42相遇的位置处，并且该开关从第一入口和第二入口当中选择路径，空气通过该路径流入到的检测空间中。
在一个实施例中，用于限制进入检测空间的颗粒的大小的冲击器可以被放置在第一入口和第二入口中的一个或多个处。
在一个实施例中，反射镜可以由偏振镜实现。
在一个实施例中，传感器还可以包括管形引导件，所述管形引导件在反射镜和第二光接收单元之间放置，该管形引导件具有镀覆金属的表面。
在一个实施例中，光发射单元、第一光接收单元和第二光接收单元可以被放置为使得光发射单元发射光的第一方向、与第一光接收单元从其接收散射光的表面垂直的第二方向、以及与该第二光接收单元从其接收发射光的表面垂直的第三方向彼此垂直。
在一个实施例中，传感器还可以包括风扇，所述风扇用于生成吸力以允许空气流入到传感器中。
在一个实施例中，风扇可以根据用于检测灰尘浓度的第一模式或用于检测气体浓度的第二模式来改变马达的转数。
在一个实施例中，用于检测灰尘浓度的第一模式和用于检测气体浓度的第二模式可以交替进行。
通过将作为单独传感器实现的气体传感器与灰尘传感器组合，能够减小由两个传感器占用的空间并且能够降低价格。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解并且被并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1概念性地示出光电灰尘传感器感测灰尘浓度的原理；
图2图示根据本发明的结合灰尘传感器和气体传感器的传感器的结构；
图3示出其中冲击器被安装在图2的组合结构中的通过其引入气体的入口处的实施例；
图4示出从传感器的光源发射的光脉冲；
图5示出从检测灰尘浓度的第一光接收单元输出的信号；
图6示出从检测气体浓度的第二光接收单元输出的信号。
具体实施方式
在下文中，将会参考附图详细描述本发明的优选实施例。在整个说明书中相同的附图标记表示基本相同的构件。在下面的描述中，当可能使本发明的主题相当不清楚时，将省略对本文中并入的已知功能和配置的详细描述。
光电型灰尘传感器是通过经由光接收元件接收从空气中含有的诸如灰尘的细小颗粒散射的光并输出电信号来测量灰尘密度的装置。
光电型气体传感器是一种通过接收发射光来测量气体浓度并且输出电信号的装置，所述发射光的一部分由空气中包含的气体吸收从而使发射光在其量上减少。
灰尘传感器检测散射光，并且气体传感器检测直射光。为了将灰尘传感器和气体传感器组合成一个传感器，本发明的特征在于，用于灰尘感测的光接收单元在光路径的中间垂直于光路径布置，在该光路径中从光发射单元发射的辐射光行进到用于气体感测的光接收单元，并且偏振镜被放置在从光发射单元到用于气体感测的光接收单元的光路径中经过用于灰尘感测的光接收单元被放置的位置的点。该偏振镜可以防止从用于气体感测的光接收单元的表面反射的光被反射回到用于灰尘感测的光接收单元。
图2图示根据本发明的结合灰尘传感器和气体传感器的传感器的结构。
根据本发明的组合灰尘传感器和气体传感器的传感器可以包括用于在传感器内部的空气通道中发射辐射光的光发射单元10、用于收集由流过空气通道的空气中包含的灰尘散射的光的第一光接收单元21、用于收集辐射光的第二光接收单元22，该辐射光已经从光发射单元10发射并且其量由于在沿着空气通道流动的空气中包括的气体的光吸收而减少、以及用于改变由光发射单元10发射的辐射光的行进路径的偏振镜30。
光发射单元10和第一光接收单元21以彼此成直角进行布置，使得光发射单元10发射光的第一方向与第二方向彼此垂直进行布置，该第二方向垂直于第一接收单元21从其接收光的表面。因此，从光发射单元10发射的辐射光不直接进入第一光接收单元21。第一方向和第二方向可以与进入传感器的空气行进的方向(即，空气通道的方向)垂直。
光发射单元10可以包括用于辐射预定带的光的光源11和用于将由光源11辐射的光转换成平行光的源透镜12。光源11可以是激光二极管LD或发光二极管LED。光源透镜可以是用于将发散光转换成平行光的准直透镜或用于将平行光转换成会聚光的凸透镜。
第一光接收单元21和第二光接收单元22可以包括用于生成与入射光量成比例的电信号的光接收元件，并且还可以包括用于将入射光会聚在光接收元件上的接收透镜。
流入部40，其被设置在传感器内部并通过其将空气注入到形成空气通道的用于检测灰尘或气体的浓度的检测空间中，可以包括在用于检测灰尘浓度的第一模式中打开的第一入口41、在用于检测气体浓度的第二模式中打开的第二入口42、以及用于在第一模式和第二模式之间切换的开关43。
组合传感器还可以包括用于生成吸力的风扇60，使得空气能够容易地通过流入部40流入到空气通道中并通过流出部50流出。如果空气在预定的压力下从外部流动，则风扇60可以被省略。
组合传感器还可以被配备有在偏振镜30和第二接收单元22之间放置的引导件31，使得将其路径由偏振镜30改变的辐射光无损失地传输到第二光接收单元22。引导件31可以是矩形或圆形管，其表面被镀有金属以用作波导。
偏振镜30将由光发射单元10发射的辐射光的行进路径改变例如90度，使得在进入偏振镜30的辐射光中，仅第一偏振分量改变偏振方向以变成第二偏振方向分量，并且继续行进到第二光接收单元22，以及垂直于第一偏振分量的第二偏振分量被偏振镜30吸收并且不前进到第二光接收单元22。
在前进到第二光接收单元22的辐射光之中，从第二光接收单元22的光检测器的表面反射的反射光仅由第二偏振分量构成、被偏振镜30吸收，并且不前进到光发射单元10。
因此，偏振镜30(被采用以在光发射单元10和第二光接收单元22之间放置)可以防止由第二光接收单元22反射的反射光前进到光发射单元10，并且防止引起与从光发射单元10发射的辐射光的光学干涉。而且，偏振镜30可以防止散射光进一步由反射光生成并流入到第一光接收单元21中。
偏振镜30可以使由光发射单元10发射的辐射光将行进方向改变90度以前进到第二光接收单元22。偏振镜30可以被安装为使得辐射光在第三方向上前进，该第三方向与第一方向和第二方向两者都垂直，光发射单元10在第一方向上发射光，第二方向与第一光接收单元21的光检测器从其接收散射光的表面垂直。第二光接收单元22可以被安装为使得第二光接收单元22的光检测器的表面与第三方向垂直。
图3示出其中冲击器被安装在图2的组合结构中的通过其引入气体的入口处的实施例。
流入部40具有组合两个入口以形成一个出口的Y形管。通过其引入包含灰尘的空气的第一入口41和通过其引入包含气体的空气的第二入口被组合以将空气引入到用于检测灰尘浓度或气体浓度的检测空间中。
开关43被放置在第一入口41和第二入口42相遇的位置处。开关43根据模式控制信号旋转或移动，使得仅第一入口41被连接到流入部40的出口，或者仅第二入口42被连接到流入部40的出口。并且例如开关43可以被实现为螺线管。
开关43在检测灰尘浓度的第一模式中阻挡第二入口42并将第一入口41连接到流入部40的出口。并且，开关43在检测气体浓度的第二模式中阻挡第一入口41并将第二入口42连接到流入部40的出口。
空气流入路径的压力需要根据第一模式和第二模式而不同。因此，用于检测气体浓度的第二入口42被设置有冲击器44，该冲击器44用于限制被引入到传感器中的颗粒的尺寸，这防止了引起测量误差的大颗粒进入检测空间。
为了测量细小灰尘浓度，第一入口41还可以被配备有用于防止进入大颗粒的冲击器44
组合传感器还可以包括连接器(未示出)，以连接到用于控制传感器的操作的控制器。组合传感器经由连接器从控制器接收用于驱动光发射单元10、第一光接收单元21和第二光接收单元22以及风扇50的控制信号，并向控制器发送第一光接收单元21和第二光接收单元22的输出信号。控制信号还可以包括指示第一模式或第二模式的模式控制信号以选择模式。
控制器可以以时分方式输出在第一模式和第二模式之间交替的模式控制信号，使得组合传感器能够交替地输出指示灰尘浓度和气体浓度的输出信号。
风扇50可以根据模式控制信号改变吸力，并且可以根据模式控制信号变化马达的转数。
光发射单元10，如图4所示，以周期性脉冲形状辐射光。如图5所示，用于检测灰尘浓度的第一光接收单元21将入射在光检测器上的光转换成电信号并输出该电信号。如图6所示，用于检测气体浓度的第二光接收单元22将入射在光检测器上的光转换成电信号并输出电信号。在图6中，假设的是，在图表上显示信号的输出的时间期间气体浓度是恒定的。
在测量灰尘浓度的第一模式中，即使在穿过空气通道路径的空气中无任何灰尘，从光发射单元10辐射的光也在传感器内部不规则地反射，并且通过第一光接收单元21接收少量的光。因此，如图5所示，即使无任何灰尘，光检测器的输出信号的水平也具有恒定值S1。根据在穿过空气通道路径的空气中包含的灰尘的浓度，第一光接收单元21的光检测器输出以图5中的曲线的形式变化的信号。
在测量气体浓度的第二模式中，当在穿过空气通道路径的空气中不存在要检测的目标气体时，从光发射单元10发射的所有辐射光进入第二光接收单元22，因此第二光接收单元22的光检测器输出图6中由“浓度0”指示的“水平0”的信号。当在穿过空气通道路径的空气中包括要检测的目标气体时，从光发射单元10发射的辐射光的一些被目标气体吸收，并且剩余的辐射光进入第二光接收单元22，因此光检测器的输出水平降低。目标气体的浓度越高，输出水平降低越多。如图6所示，当“浓度b”高于“浓度a”时，“浓度b”的输出水平“水平b”变得低于“浓度a”的输出水平“水平a”。
在整个说明书中，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的技术原理的情况下，能够进行各种改变和修改。因此，本发明的技术范围不限于本说明书中的详细描述，而应当由所附权利要求的范围限定。

Claims (10)

1.一种组合灰尘传感器和气体传感器的传感器，包括：
光发射单元，所述光发射单元用于发射光；
第一光接收单元，所述第一光接收单元用于接收由所述光发射单元发射并被灰尘散射的散射光以检测灰尘浓度；
反射镜，所述反射镜用于改变所述光发射单元发射的发射光的路径；以及
第二光接收单元，所述第二光接收单元用于接收其路径被所述反射镜改变的所述发射光以检测气体浓度。
2.根据权利要求1所述的传感器，还包括：
流入部，所述流入部用于将空气引入到所述传感器内部的检测空间中，所述流入部以在其中第一入口和第二入口相遇的Y形管形成。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述流入部包括开关，所述开关被放置在所述第一入口41和所述第二入口42相遇的位置处，并且所述开关在所述第一入口和所述第二入口中选择空气通过其流入到的所述检测空间中的路径。
4.根据权利要求2所述的传感器，其中，用于限制进入所述检测空间的颗粒的大小的冲击器被放置在所述第一入口和所述第二入口中的一个或多个处。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述反射镜由偏振镜实现。
6.根据权利要求1所述的传感器，还包括：
管形引导件，所述管形引导件在所述反射镜和所述第二光接收单元之间放置，所述管形引导件具有镀覆金属的表面。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述光发射单元、所述第一光接收单元和所述第二光接收单元被放置为使得第一方向、第二方向以及第三方向彼此垂直，其中所述光发射单元在所述第一方向上发射光，所述第二方向垂直于所述第一光接收单元从其接收所述散射光的表面，以及第三方向垂直于所述第二光接收单元从其接收所述发射光的表面。
8.根据权利要求1所述的传感器，还包括：
风扇，所述风扇用于生成吸力以允许空气流入到所述传感器中。
9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述风扇根据用于检测所述灰尘浓度的第一模式或用于检测所述气体浓度的第二模式来改变马达的转数。
10.根据权利要求1所述的传感器，其中，用于检测所述灰尘浓度的第一模式和用于检测所述气体浓度的第二模式交替进行。
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