CN110073196A - 微型光学颗粒物传感器模块 - Google Patents

微型光学颗粒物传感器模块 Download PDF

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Abstract

本发明题为“微型光学颗粒物传感器模块”。本公开的实施方案包括微型光学PM传感器模块。微型光学颗粒物传感器模块可包括外壳；定位在所述外壳内的微气流发生器；定位在所述微气流发生器附近并且被构造为驱动所述微气流发生器的致动器；与所述微气流发生器流体连通的微型颗粒物传感器板组件；以及被构造为附接到所述外壳和所述微型颗粒物传感器板组件中的至少一者的柔性电缆组件。

Description

微型光学颗粒物传感器模块
背景技术
对检测和测量大气颗粒物(PM)的微型化设备的需求日益增长。大气PM一般是指悬浮在空气中的固体与液体小滴的混合物。颗粒物的暴露可对健康有害，因为大气PM可包含污染物、有害的化学物质等。颗粒一般按尺寸划分为四种类别。PM10是指直径小于10μm的颗粒。PM2.5是指直径小于2.5μm的颗粒。PM1.0是指直径小于1μm的颗粒。PM0.1是指直径为100nm或更小的颗粒，亦称为超细颗粒或纳米颗粒。希望拥有紧凑且可靠的PM传感器来检测和监测周围环境中的PM水平。
现有微型光学PM传感器通常使用风扇来产生用于光学散射颗粒检测的气流。这些风扇往往庞大、嘈杂、不可靠，并且具有有限的寿命。加热器已用作风扇的替代形式来产生气流。然而，与风扇相比，加热器效率更低，具有更低的流速，并且具有更高的功耗。虽然常规泵可与大型光学PM传感器(例如，尺寸是微型光学PM传感器的至少10倍)一起用于产生可靠气流，但这些泵一般太大并且需要太多功率，无法有效用于微型PM传感器中的光学散射颗粒检测。用于此类常规泵的动力源的尺寸不能轻易减小或完全不能减小，而例如形成用于蜂窝电话应用的光学PM传感器将需要这种减小。
现有光学PM传感器进一步受到光源的限制。现有光学PM传感器可依赖于聚焦的光束环境或前向颗粒散射。该技术需要较长光路、高功率激光器输入、使光场聚焦的一组光学器件、以及捕获信号的灵敏光检测设备。因此，该传感器较大、较昂贵并且不易扩展。
发明内容
在一些实施方案中，微型光学颗粒物传感器模块可包括外壳；定位在外壳内的微气流发生器；定位在微气流发生器附近并且被构造为驱动微气流发生器的致动器；与微气流发生器流体连通的微型颗粒物传感器板组件；以及被构造为附接到外壳和微型颗粒物传感器板组件中的至少一者的柔性电缆组件。
在一些实施方案中，用于经由微气流发生器在紧凑光学散射颗粒物传感器内产生气流的方法可包括提供微型光学颗粒物传感器模块，该微型光学颗粒物传感器模块包括外壳；定位在外壳内的微气流发生器；以及定位在微气流发生器附近并且被构造为驱动微气流发生器的致动器；经由致动器向外壳中产生气流；将气流引导到与微气流发生器流体连通的微型颗粒物传感器板组件中；以及通过微型颗粒物传感器板组件检测气流内的颗粒物。
附图说明
图1A示出了根据本公开的实施方案的示例性微型光学PM2.5传感器模块的透视图。
图1B示出了根据本公开的实施方案的示例性微型光学PM2.5传感器模块的SMD模块的前透视图。
图1C示出了根据本公开的实施方案的示例性微型光学PM2.5传感器模块的SMD模块的后视图。
图2A和图2B示出了根据本公开的实施方案作为移动设备中的输入的示例性微型光学PM2.5传感器模块的透视图和侧视图。
图3是根据本公开的实施方案的包括MEMS致动器的示例性微型光学PM2.5传感器模块组件的分解图。
图4示出了根据本公开的实施方案的包括MEMS致动器的完全组装的微型光学PM2.5传感器模块的剖视图。
图5A是根据本公开的实施方案的微隔膜泵组件的分解图。
图5B是根据本公开的实施方案的完全组装的微隔膜泵的透视图。
图5C是根据本公开的实施方案的完全组装的微隔膜泵的剖视图。
图6A是根据本公开的实施方案的MEMS致动器的分解图。
图6B是根据本公开的实施方案的完全组装的MEMS致动器的透视图。
图6C是根据本公开的实施方案的完全组装的MEMS致动器的剖视图。
图7A是根据本公开的实施方案的微型PM2.5传感器板组件的顶视图。
图7B是根据本公开的实施方案的微型PM2.5传感器板组件的透视图。
图8是根据本公开的实施方案的微型PM2.5传感器板组件的侧剖视图。
具体实施方式
首先应当理解，尽管以下示出了一个或多个实施方案的示例性实施方式，但是可以使用任何数量的技术(无论是当前己知的还是尚不存在的技术)来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围及其等同物的全部范围内进行修改。
以下简短术语定义应适用于整个申请文件：
术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释；
短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施方案中，并且可包括在本发明的不止一个实施方案中(重要的是，这类短语不一定是指相同实施方案)；
如果说明书将某物描述为“示例性的”或“示例”，则应当理解为是指非排他性的示例；
术语“约”或“大约”等在与数字一起使用时，可意指具体数字，或另选地，如本领域技术人员所理解的接近该具体数字的范围(例如，+/-10％)；并且
如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类词语)被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。这种部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。
本公开整体涉及用于微型光学PM2.5传感器模块和组件的系统和装置，其足够小，可以用于移动(例如，蜂窝)电话应用，并且保持光学散射颗粒传感器准确性和稳定性。
本公开的实施方案整体描述了与微型相机模块(诸如移动电话中广泛使用的那些)的尺寸和形状类似的微型/紧凑光学PM传感器模块(例如，微型光学PM2.5传感器模块)(但示例性紧凑/微型光学PM2.5传感器模块仅仅是PM传感器模块/元件的一个示例，并且其他紧凑/微型光学传感器模块/元件也可以以类似方式使用-下文对PM2.5传感器的任何提及可作为示例提到该具体传感器，或可理解为在说明书中用作可类似地允许替换为其他紧凑/微型PM传感器的示例)。所公开的实施方案可描述具有微气流发生器的微型光学PM2.5传感器模块，该微气流发生器使用引发的隔膜/膜片元件的运动来产生气流(其中隔膜的运动继而引发空气的运动)。例如，隔膜或膜片元件可由电子致动器(或驱动器)元件诸如MEMS致动器元件或压电盘弯曲器、压电致动器、或音圈电机(或以引发气流的方式振动或移动隔膜元件的一些其他装置)来驱动。在一些实施方案中，电磁致动器(诸如MEMS致动器)自身可包括隔膜(使得电磁致动器可能包括隔膜和电子致动器元件)，并且可能用作隔膜/膜片和电子致动器元件两者。
在一些实施方案中，这种微气流发生器可称为微隔膜泵或微型泵，并且任何此类泵均可能用于实现所需的气流。通常，微型泵可能包括由致动器/驱动器(例如，引发对应隔膜的运动的装置)驱动的泵膜片(诸如隔膜元件)，该致动器/驱动器被构造为以在出口外产生气流(该气流可能朝向光学散射颗粒检测元件，诸如微型光学PM2.5传感器模块)的方式引发隔膜元件的运动。在一些实施方案中，微隔膜泵可能包括可变形隔膜板、空气出口止回阀(通常位于可变形隔膜板上)、固定的空气入口板以及空气入口止回阀(通常位于固定的空气入口板中的开口上或相对于该开口定位)。通常，与微型光学PM2.5传感器一起使用的微气流发生器可能提供0.1至1L/min范围内的出口气流流速。并且通常，这种微气流发生器的功耗可能为200mW或更小(例如，100至200mW的范围)，和/或微气流发生器所产生的最大噪声可能为20dB或更小(例如，10至20dB的范围)。并且为了有效用于微型光学PM2.5传感器，这种微气流发生器的尺寸通常将被设定为具有100mm2或更小的占用面积和/或250mm3或更小的体积。
一些所公开的实施方案可包括MEMS致动器，该MEMS致动器驱动微气流发生器(例如通过由致动器耦合器在其间的连接)，从而实现显著的尺寸减小和功耗，同时保持可靠的机构。其他所公开的实施方案可包括具有固定的止回阀的微气流发生器，这些固定的止回阀在隔膜的入口和出口端口上实现。在一个实施方案中，MEMS致动器驱动微气流发生器(例如，微隔膜泵)以提供振荡气流，该振荡气流可有助于减少激光二极管晶粒输出表面上的灰尘积聚。
本公开的一些实施方案将包括使用具有极短检测距离的简化激光光源的微型光学PM2.5传感器模块。所公开的实施方案描述了具有极小激光束尺寸(例如，标称波长650nm下为2μm)的光源，该光源包括直接二极管激光束，该直接二极管激光束例如通常不与任何光学部件(诸如光学窗、镜头或其他聚焦光学器件)一起使用或交互。所公开的激光二极管晶粒在靠近二极管输出区域的近场处具有规整的输出光束轮廓。因此，可在不对光束轮廓进行光学重塑的情况下使用初始二极管激光束(并且消除光学元件允许进一步微型化，而不会以显著的方式对准确性构成负面影响)。所公开的实施方案还可包括收集散射的激光的光电二极管，该光电二极管通常将在没有任何集光光学器件的情况下使用(例如，不与之交互)(同样，这有助于微型化)。在一些实施方案中，短集光距离意指光电二极管能高度有效地收集散射的激光。该高效率确保了对足够的颗粒物进行检测和计数，以便即使在这样小的尺寸下且在不使用聚焦光学器件的情况下，传感器也能正常操作。在一些实施方案中，可存在收集杂散散射光并且使最少的杂散光进入检测区域的光阱，并且还存在为激光二极管晶粒提供热管理的激光器散热片。
图1A示出了示例性微型光学PM2.5传感器模块100的透视图(但该示例性传感器模块仅仅是PM传感器模块/元件的一个示例，并且其他紧凑/微型光学传感器模块/元件也可以以类似方式使用)。微型光学PM2.5传感器模块100可包括表面安装设备(SMD)模块102，该SMD模块在该实施方案中可附接到(且通常与之电连通和/或流体连通)柔性模块/电缆104(其例如可被构造为允许安装/附接到移动电话，和/或允许功率和/或信息/数据在移动电话与SMD模块之间传送)(但在其他类似实施方案中，SMD模块可能替代地通过移动电话的主板上的直接回焊来与移动电话应用一起使用)。柔性电缆104连同板对板连接器一起可提供向空间受限的移动组件中的柔性集成。柔性电缆104可包括所检测的信息从SMD模块102(和/或其中所含的元件)向用户的传送(可能经由与移动设备或移动电话的连接)。
图1B至图1C示出了SMD模块102的前透视图和后透视图。图1A的微型光学PM2.5传感器模块100在完全组装时(包括柔性电缆104)通常为直径大约7mm(例如，直径小于10mm、小于8mm、或5-8mm)且3.9mm厚(例如，小于4mm或3-4mm厚)。
图2A至图2B示出了根据一个实施方案的图1A的微型光学PM2.5传感器模块100的透视图和侧视图，该模块已与蜂窝电话202(或蜂窝电话类应用或移动设备)组合或已输入到该蜂窝电话中。图2A至图2B提供了对微型光学PM2.5传感器模块100的微型化性质以及该模块由于具有微型尺寸而在设备中的潜在适用性的理解。
图3是微型光学PM2.5传感器模块100的分解图(但该示例性传感器模块仅仅是PM传感器模块的一个示例，并且其他紧凑/微型光学传感器元件/模块也可以以类似方式使用)。图3的微型光学PM2.5传感器模块100可包括外壳302、微气流发生器304、致动器306、空气入口板308、微型PM2.5传感器板组件310和柔性电缆组件104。在图3中，外壳302呈圆柱形的形状。实际上，SMD模块102(图1A所示)的所有部件都呈圆形和/或圆柱形的形状。该圆柱形形状可允许SMD模块102易于利用表面安装技术工艺通过在主印刷电路板上的直接回焊来制造。在一些实施方案中，微气流发生器304可包括隔膜泵，也称为微隔膜泵，其在图5A至图5C中更全面地描述。在一些实施方案中，致动器306可包括电子致动器元件，诸如MEMS致动器，其在图6A至图6C中更全面地描述。在其他实施方案中，致动器306可为或可包括压电(例如，盘弯曲器)致动器、音圈电机、或引发微气流发生器的运动/振动/振荡的一些其他装置。微型PM2.5传感器板组件310实施方案在图7A至图7B和图8中更全面地描述。
图4示出了微型光学PM2.5传感器模块100(图1所示)的剖视图，但该示例性传感器模块仅仅是PM传感器模块的一个示例，并且其他紧凑/微型光学传感器元件也可以以类似方式使用。如图4所示，各种元件的孔口/开口/孔(例如，气流开口)通常例如沿着设备的中心轴线对齐，和/或固定的空气入口板中的孔口与MEMS致动器中的孔/开口/孔口和激光散射传感器板中的孔/开口/孔口对齐。另外，SMD模块102与柔性模块/电缆104的附接通常可能在其间提供间距，这可(进一步)允许出口气流(例如，作为流过柔性模块/电缆中的开口/孔/孔口的气流的补充或替代)。例如，焊料可能用于附接，从而可能提供电和/或物理附接/连接和/或附加空气排出路径的间隙。一般在操作期间，空气沿箭头402的方向被抽入微型光学PM2.5传感器模块100(例如，在远离移动电话或附接点(诸如柔性电缆)的远侧端部处)，并且沿箭头404的方向和/或在近侧端部的侧面处离开微型光学PM2.5传感器模块100。
图5A至图5C示出了微隔膜泵500的各种视图，该微隔膜泵作为微型光学PM2.5传感器模块100中的微气流发生器304(图3所示)操作。图5A示出了根据一个实施方案的微隔膜泵500的分解图。图5A的微隔膜泵500可包括具有孔口(例如在其中心中)的固定的(例如，相对于致动器/驱动器不活动的/不移动的)空气入口板502；空气入口隔膜止回阀504；具有空气出口止回阀508(通常位于可变形隔膜板506的中心中)的可变形隔膜板506；密封环510；和/或致动器耦合器512(被构造为将运动从致动器传递到可变形隔膜板)。图5B示出了完全组装的微隔膜泵500的透视图。图5C示出了完全组装的微隔膜泵500的剖视图。
在该实施方案中，空气入口止回阀504夹在固定的空气入口板502与可变形隔膜板506之间。在操作中(例如，如通过致动器经由致动器耦合器512的耦合来驱动)，可沿图5C中的箭头516的方向穿过空气入口板502(经由孔口)吸入空气。空气沿箭头518的方向穿过具有空气出口508的可变形隔膜板506从图5C的微隔膜泵500排出。因此，例如，在操作中，空气可能例如通过具有空气出口止回阀508的可变形隔膜板506的运动/振动/脉动经由空气入口板502抽入外壳302中，该空气出口止回阀形成真空并且将空气抽进空气入口板502中。一旦空气被抽入外壳中，可变形隔膜506的运动就可通过出口508将空气驱逐出外壳302。因此，微隔膜泵500可由圆盘形小室以及可变形隔膜支撑的顶部活动板组成。内置隔膜止回阀通常位于底部固定板的中心和顶部活动板的中心。通过按压和按下顶部活动(例如，可变形)板，可经底部隔膜阀(例如，空气入口隔膜止回阀)将空气吸入小室(例如，微隔膜泵)中，并且经顶部隔膜阀(例如，可变形隔膜板中的空气出口止回阀)将空气排出小室。在一些实施方案中，微隔膜泵由致动器306提供动力，该致动器产生沿如箭头520所示的方向的运动。
图6A至图6C示出了根据一个实施方案的示例性致动器306(如图3所示)的各种视图。MEMS致动器600可见于图6A，该图示出了分解图。MEMS致动器600可包括基板602；MEMS衬底604；MEMS竖直运动梳齿驱动致动器606；以及顶盖608。图6B示出了完全组装的MEMS致动器600的透视图。图6C示出了MEMS致动器600的剖视图，并且运动方向如箭头614所示。从图6B中可以看出，MEMS致动器600具有中心孔口，该中心孔口与从微隔膜泵流过出口止回阀(如上所述)的输出气流对齐。
在一些实施方案中，MEMS致动器600被构造为通过三对竖直运动梳齿驱动器(未在图6A中示出)沿着轴线产生运动。例如，MEMS致动器(诸如用于相机镜头自聚焦的致动器)可用作MEMS致动器600。这种MEMS致动器600所引起的致动可能由固定的外框架和活动的内框架组成，这两个框架由双折叠悬臂铰链连接于边缘处。然后固定的外框架与活动的内框架之间的竖直运动梳齿驱动器将产生使内框架沿着微型光学PM2.5传感器模块100的中心轴线移入和移出的力。
在一些实施方案中，MEMS致动器600可由绝缘体上硅工艺或任何其他用于形成MEMS的适当技术制造。MEMS致动器600的实施方案的尺寸通常被设定为直径大约6mm且1mm高。MEMS致动器600的占用面积可能为28mm2或更小(例如，25-28mm2、26-28mm2、或27-28mm2)，和/或三维(体积)尺寸将为28mm3或更小(例如，25-28mm3、或26-28mm3、或27-28mm3)。
所公开的实施方案将MEMS致动器600的运动描述为振荡运动。该振荡运动产生振荡气流，该振荡气流在微型光学PM2.5传感器模块100(图1所示)中被构造为穿过激光束轮廓的中心以将空气中的颗粒物携带到激光器的光路中进行散射和检测。振荡气流的优点在于可减少灰尘敏感表面(诸如激光二极管晶粒表面)上的灰尘积聚。MEMS致动器600所产生的振荡振动可具有通过抖落积聚的灰尘来清洁模块的附加有益效果。MEMS致动器600的驱动电压还可产生静电场，该静电场将灰尘拉离微型光学PM2.5传感器模块100上电偏置的光学部件。因此，本发明所公开的实施方案的特定构型可特别有利。
所公开的MEMS致动器600的实施方案将MEMS致动器600的特性描述为在安装在蜂窝电话中时具有大约4mg的有效载荷、大约100μm的运动、和/或吸收大于10,000g冲击的能力。这些特性表明比其他典型MEMS要高得多。
现在转到图7A和图7B，这些图示出了图3所示的示例性微型PM2.5传感器板组件310(但该示例性传感器板组件仅仅是PM传感器元件的一个示例，并且其他紧凑/微型光学传感器元件也可以以类似方式使用)。在图7A中，微型PM2.5传感器板组件310可包括印刷电路板700；激光二极管晶粒712；光电二极管708；激光器散热片702；激光束阱704；低噪声前置放大器706；和/或处理器710。图7B示出了图7A中所见的微型PM2.5传感器板组件310的透视三维视图。这种微型PM2.5传感器板组件310中所含的光源已从现有PM传感器大大简化。例如，激光二极管晶粒712可具有极小激光束尺寸(例如，标称波长650nm下为2μm)。所公开的激光二极管晶粒712的实施方案的尺寸通常被设定为大约0.3mm长、0.25mm宽、0.1mm高。激光二极管晶粒712的占用面积可能为0.075mm2或更小，和/或三维(体积)尺寸将为0.0075mm3或更小。激光二极管晶粒712通常没有相关联的光学部件，诸如光学窗或聚焦光学器件，这些光学部件庞大并且占据传感器板上很多空间。通常将在不对光束轮廓进行光学重塑的情况下使用激光二极管晶粒712光束。
例如，在操作中，激光二极管晶粒712将在靠近激光二极管晶粒712输出区域的近场处发射规整的输出光束轮廓(例如，具有固定的光束发散)。(激光二极管晶粒712的)输出光束或孔714在与气流路径交叉的路径中发射。换句话讲，空气沿着穿过微型PM2.5传感器板组件310的方向流动(该微型PM2.5传感器板组件具有贯穿其中的开口/孔/孔口，例如位于中心并且被构造为从微隔膜泵接收空气输出流)。例如，空气流过孔714(其通常可能位于微型PM2.5传感器板组件310的中心中)，穿过孔714内的宽输出光束(图7A中所见)，并且离开微型PM2.5传感器板组件310(如同垂直于页面)。颗粒在穿过宽输出光束时可沿任何方向散射。任何沿朝着光电二极管708的方向散射和偏转的颗粒都会被光电二极管708检测和测量(该光电二极管可与光束偏移和隔开，并且朝着光束取向，例如，光电二极管的感测面的视线大约垂直于光束路径)。沿任何其他方向散射的任何颗粒应被激光束阱704捕获。激光束阱704可被构造为收集激光束以使最少的杂散光进入检测区域。激光器散热片702可被构造为给激光二极管晶粒712提供热管理。
在一些实施方案中，光电二极管708是大约具有2mm长、1.25mm宽且0.85mm高的尺寸的硅PIN光电二极管。光电二极管708的占用面积可能为2.5mm2或更小，和/或三维(体积)尺寸将为2.125mm3或更小。与激光二极管晶粒712类似，光电二极管708可在没有任何集光光学器件或其他光学器件的情况下使用。在一个实施方案中，输出光束714与光电二极管708之间的距离是大约1.5mm的短/近距离。光电二极管可在其内收集和检测待分析的颗粒物的这种短(近)距离应使微型激光器和光电二极管能够与PM2.5传感器一样准确且可靠地发挥功能(例如，即使没有光学器件)。该短距离允许光电二极管708在收集和检测由输出光束散射的PM时高度有效地操作。
在一些实施方案中，处理器710和/或电路可包括用于激光二极管晶粒712的驱动器、用于致动器306的驱动器、以及分析由光电二极管708收集和检测的散射颗粒信号的信号处理器。处理器和/或电路还可包括用于光电二极管的低噪声前置放大器。
图8是如上所讨论的微型PM2.5传感器板组件310(图3所示)的剖视图。激光二极管晶粒712(图7A所示)的侧视图见于图8中，该激光二极管晶粒发射的窄激光束804可沿与气流路径相同的方向行进。
在一个实施方案中，公开了例如用于蜂窝电话或其他便携式/移动无线设备中的微型光学PM传感器模块(诸如微型光学PM2.5传感器模块)(并且应当认识到，示例性紧凑/微型光学PM2.5传感器模块仅仅是PM传感器模块/元件的一个示例，并且其他紧凑/微型光学传感器模块/元件也可以以类似方式使用，使得下文对PM2.5传感器的任何提及可作为示例提到该具体传感器，或可理解为在说明书中用作可类似地允许替换为其他紧凑/微型PM传感器的示例)。微型光学PM2.5传感器模块通常包括外壳；微气流发生器；致动器(或驱动器)；微型PM2.5传感器板组件；以及(通常)柔性电缆组件(或用于安装/附接到移动电话平台的一些其他装置)。在一个实施方案中，公开了微型光学PM2.5传感器模块，其中微气流发生器可包括微隔膜泵。在一个实施方案中，公开了微型光学PM2.5传感器模块，其中微隔膜泵可包括可变形隔膜板、空气出口止回阀(通常位于可变形隔膜板上)、固定的空气入口板、以及空气入口止回阀(通常位于固定的空气入口板中的开口上或相对于该开口定位)。在一个实施方案中，公开了微型光学PM2.5传感器模块，其中致动器可为MEMS致动器。
在一个实施方案中，公开了微型光学PM2.5传感器模块，其中MEMS致动器可包括盖、MEMS竖直运动梳齿驱动致动器、MEMS衬底和基板。在一个实施方案中，公开了微型光学PM2.5传感器模块，其中MEMS致动器可为6mm直径且1mm高。在一个实施方案中，公开了微型光学PM2.5传感器模块，其中完全组装的模块的直径可为7mm并且高度为3.9mm。在一个实施方案中，公开了微型光学PM2.5传感器模块，其中MEMS致动器被构造为驱动微气流发生器。
在另一个实施方案中，更全面地公开了微型PM2.5传感器板组件。微型PM2.5传感器板组件包括激光二极管晶粒；光电二极管；激光器散热片；激光束阱；前置放大器；和/或处理器。在一个实施方案中，公开了微型PM2.5传感器板组件，其中激光二极管晶粒的尺寸可不大于0.3mm长、0.25mm宽且0.1mm高。在一个实施方案中，公开了微型PM2.5传感器板组件，其中光电二极管可为硅PIN光电二极管。在一个实施方案中，公开了微型PM2.5传感器板组件，其中光电二极管的尺寸可不大于2mm长、1.25mm宽且0.85mm高。在一个实施方案中，公开了微型PM2.5传感器板组件，其中光电二极管在位置上位于与激光二极管晶粒相邻的传感器板上，并且其中光电二极管捕获从激光二极管晶粒发射且沿光电二极管方向散射的光。在一个实施方案中，公开了微型PM2.5传感器板组件，其中激光束阱捕获从激光二极管晶粒发射且沿任何其他方向散射的光。在一个实施方案中，公开了微型PM2.5传感器板组件，其中处理器可包括用于激光二极管晶粒的驱动器、用于致动器的驱动器以及用于散射颗粒信号的信号处理器。
本文已描述了各种设备和方法，示例性实施方案或方面可包括但不限于：
在第一实施方案中，微型光学颗粒物传感器模块可包括外壳；定位在外壳内的微气流发生器；定位在微气流发生器附近并且被构造为驱动微气流发生器的致动器；与微气流发生器流体连通的微型颗粒物传感器板组件；以及被构造为附接到外壳和微型颗粒物传感器板组件中的至少一者的柔性电缆组件。
第二实施方案可包括第一实施方案的传感器模块，其中微气流发生器包括微隔膜泵。
第三实施方案可包括第二实施方案的传感器模块，其中微隔膜泵包括可变形隔膜板、空气出口止回阀、空气入口止回阀和固定的空气入口板。
第四实施方案可包括第一实施方案至第三实施方案中任一项的传感器模块，其中致动器是MEMS致动器。
第五实施方案可包括第四实施方案的传感器模块，其中MEMS致动器包括盖、MEMS竖直运动梳齿驱动致动器、MEMS衬底和基板。
第六实施方案可包括第四实施方案或第五实施方案的传感器模块，其中MEMS致动器为6mm直径且1mm高。
第七实施方案可包括第一实施方案至第六实施方案中任一项的传感器模块，其中微型颗粒物传感器板组件包括PM2.5传感器。
第八实施方案可包括第一实施方案至第七实施方案中任一项的传感器模块，该传感器模块还包括隔膜，其中致动器驱动隔膜，该隔膜被构造为朝向微型颗粒物传感器板组件产生气流。
第九实施方案可包括第一实施方案至第八实施方案中任一项的传感器模块，其中柔性电缆被构造为提供微型光学颗粒物传感器模块向空间受限的移动组件中的柔性集成。
第十实施方案可包括第一实施方案至第九实施方案中任一项的传感器模块，其中柔性电缆被构造为将信息从微型颗粒物传感器板组件传送到用户。
第十一实施方案可包括第十实施方案的传感器模块，其中柔性电缆被构造为将微型颗粒物传感器板组件附接到移动设备。
第十二实施方案可包括第一实施方案至第十一实施方案中任一项的传感器模块，其中微型颗粒物传感器板组件包括：印刷电路板；组装到印刷电路板上的激光二极管晶粒；定位成与激光二极管晶粒所产生的光束偏移和隔开的光电二极管，其中光电二极管的感测面的视线大约垂直于光束路径；被构造为给激光二极管晶粒提供热管理的激光器散热片；被构造为收集激光束以使最少的杂散光进入检测区域的激光束阱；被构造为与光电二极管交互的前置放大器；以及处理器。
第十三实施方案可包括第十二实施方案的传感器模块，其中光电二极管捕获从激光二极管晶粒发射且由穿过激光二极管所产生的光束的气流中的颗粒物散射的光。
第十四实施方案可包括第十三实施方案的传感器模块，其中激光束阱捕获从激光二极管晶粒发射且沿任何其他方向散射的光。
第十五实施方案可包括第十二实施方案至第十四实施方案中任一项的传感器模块，其中处理器包括用于激光二极管晶粒的驱动器、用于致动器的驱动器以及用于散射颗粒信号的信号处理器。
在第十六实施方案中，用于经由微气流发生器在紧凑光学散射颗粒物传感器内产生气流的方法可包括提供微型光学颗粒物传感器模块，该微型光学颗粒物传感器模块包括外壳；定位在外壳内的微气流发生器；以及定位在微气流发生器附近并且被构造为驱动微气流发生器的致动器；经由致动器向外壳中产生气流；将气流引导到与微气流发生器流体连通的微型颗粒物传感器板组件中；以及通过微型颗粒物传感器板组件检测气流内的颗粒物。
第十七实施方案可包括第十六实施方案的方法，其中将气流引导到微型颗粒物传感器板组件中包括在光源与光检测器之间传送气流。
第十八实施方案可包括第十六实施方案或第十七实施方案的方法，该方法还包括由光学散射颗粒检测模块的激光二极管晶粒产生激光束；以及由光电二极管检测穿过激光束的颗粒物所散射的光。
第十九实施方案可包括第十六实施方案至第十八实施方案中任一项的方法，该方法还包括对致动器施加力，从而引起微气流发生器的运动。
第二十实施方案可包括第十六实施方案至第十九实施方案中任一项的方法，该方法还包括经由附接到微型光学颗粒物传感器模块的柔性电缆从微型颗粒物传感器板组件传送所检测的信息。
尽管上文已经示出和描述了根据本文所公开的原理的各种实施方案，但在不脱离本公开的精神和教导的情况下，本领域的技术人员可以对其做出修改。本文所述的实施方案仅是代表性的而并非意在进行限制。许多变化、组合和修改都是可能的，且在本公开的范围之内。由于合并、整合和/或省略一个或多个实施方案的特征而得到的替代实施方案也在本公开的范围之内。因此，保护范围不受上面给出的描述的限制，而是由以下的权利要求限定，该范围包括权利要求书的主题的所有等价物。每一项权利要求作为进一步的公开内容并入说明书中，且权利要求书为一个或多个本发明的一个或多个实施方案。此外，任何上述优点和特征可涉及特定实施方案，但不应将这些公布的权利要求书的应用限制为实现任何或所有以上优点或具有任何或所有以上特征的方法和结构。
另外，本文所使用的章节标题是为了与37C.F.R.1.77的建议一致或者提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从本公开公布的任何权利要求书中所阐述的一个或多个发明。具体地并且以举例的方式，尽管标题可能是指“技术领域”，但权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的领域。此外，“背景技术”中的技术的描述不应被解读为承认某项技术是本公开中的任何一个或多个发明的现有技术。“发明内容”也不应被认为是在公布的权利要求中所阐述的一个或多个发明的限制性表征。此外，本公开中对单数的“发明”的任何提及不应被用于证明在本公开中仅有一个新颖点。根据从本公开公布的多个权利要求的限制，可以阐述多个发明，并且这些权利要求相应地限定了由其保护的一个或多个发明及其等同形式。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据本公开按照权利要求自身的优点来考虑，而不应受到本文所陈述的标题的限制。
应当理解，使用广义的术语如“包含”、“包括”和“具有”提供对狭义的术语如“由…组成”、“基本上由…组成”和“基本上由…构成”的支持。针对实施方案的任何元件使用术语“任选地”、“可”、“可能”、“有可能地”等意指该元件是不需要的，或另选地，该元件是需要的，两种替代方案均在一个或多个实施方案的范围之内。另外，对示例的提及仅仅用于说明目的，并非意在是排他性的。
尽管本公开中提供了若干实施方案，但应当理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下可以通过许多其他具体形式来体现所公开的系统和方法。本发明示例应被认为是例示性的而非限制性的，并且本发明并非局限于本文中给出的细节。例如，可以将各种元件或部件结合或集成到另一个系统中，或者可以省略或不实现某些特征。
此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将在各个实施方案中被描述和示出为分立或独立的技术、系统、子系统和方法与其他系统、模块、技术或方法结合或集成。被示出或讨论为彼此直接耦合或通信的其他项可以通过一些接口、设备或中间部件间接耦合或通信，而不论是通过电、机械还是其他方式进行这种耦合或通信。本领域技术人员可确定并且在不脱离本文所公开的精神和范围的情况下可以做出变化、替换和变更的其他示例。

Claims (10)

1.一种微型光学颗粒物传感器模块，包括：
外壳；
微气流发生器，所述微气流发生器定位在所述外壳内；
致动器，所述致动器定位在所述微气流发生器附近并且被构造为驱动所述微气流发生器；
微型颗粒物传感器板组件，所述微型颗粒物传感器板组件与所述微气流发生器流体连通；和
柔性电缆组件，所述柔性电缆组件被构造为附接到所述外壳和所述微型颗粒物传感器板组件中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的微型光学颗粒物传感器模块，其中所述微气流发生器包括微隔膜泵，并且其中所述微隔膜泵包括能够变形的隔膜板、空气出口止回阀、空气入口止回阀和固定的空气入口板。
3.根据权利要求1所述的微型光学颗粒物传感器模块，其中所述致动器是MEMS致动器，并且其中所述MEMS致动器包括盖、MEMS竖直运动梳齿驱动致动器、MEMS衬底和基板。
4.根据权利要求1所述的微型光学颗粒物传感器模块，其中所述柔性电缆被构造为将信息从所述微型颗粒物传感器板组件传送到用户，并且其中所述柔性电缆被构造为将所述微型颗粒物传感器板组件附接到移动设备。
5.根据权利要求1所述的微型光学颗粒物传感器模块，其中所述微型颗粒物传感器板组件包括：
印刷电路板；
激光二极管晶粒，所述激光二极管晶粒组装到所述印刷电路板上；
光电二极管，所述光电二极管定位成与所述激光二极管晶粒所产生的光束偏移和隔开，其中所述光电二极管的感测面的视线大约垂直于光束路径；
激光器散热片，所述激光器散热片被构造为给所述激光二极管晶粒提供热管理；
激光束阱，所述激光束阱被构造为收集所述激光束以使最少的杂散光进入检测区域；
前置放大器，所述前置放大器被构造为与所述光电二极管交互；
和
处理器。
6.根据权利要求5所述的微型光学颗粒物传感器模块，其中所述光电二极管捕获从所述激光二极管晶粒发射的并且由穿过所述激光二极管所产生的所述光束的所述气流中的颗粒物散射的光。
7.一种用于经由微气流发生器在紧凑光学散射颗粒物传感器内产生气流的方法，所述方法包括：
提供微型光学颗粒物传感器模块，所述微型光学颗粒物传感器模块包括：
外壳；
微气流发生器，所述微气流发生器定位在所述外壳内；和
致动器，所述致动器定位在所述微气流发生器附近并且被构造为驱动所述微气流发生器；
经由所述致动器向所述外壳中产生气流；
将所述气流引导到与所述微气流发生器流体连通的微型颗粒物传感器板组件中；以及
通过所述微型颗粒物传感器板组件检测所述气流内的颗粒物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述气流引导到微型颗粒物传感器板组件中包括在光源与光检测器之间传送所述气流。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括由所述光学散射颗粒检测模块的激光二极管晶粒产生激光束；以及由光电二极管检测穿过所述激光束的颗粒物所散射的光。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括经由附接到所述微型光学颗粒物传感器模块的柔性电缆从所述微型颗粒物传感器板组件传送所检测的信息。
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