CN110411924A - 微粒监测模块 - Google Patents

Abstract

一种微粒监测模块，包含：主体，由承载隔板区隔出第一隔室及第二隔室，且设有进气口及热气排放口，连通第一隔室，设有排气口，连通第二隔室，以及承载隔板具有连通口，连通第一隔室及第二隔室；微粒监测基座，具有监测通道，且监测通道一端具有承置槽，与监测通道连通；致动器，设置于承置槽，以控制气体由进气口导入第一隔室，并透过连通口连通而导送于第二隔室中；加热元件，设置于第一隔室，对第一隔室加热，以使第一隔室维持监测标准湿度；传感器，承载于承载隔板上，并位于微粒监测基座的监测通道中，以对导入监测通道的气体监测。

Description

微粒监测模块

【技术领域】

本案关于一种微粒监测模块，尤指一种可维持监测湿度及组配于薄型可携式装置应用进行气体监测的微粒监测模块。

【背景技术】

悬浮微粒是指于空气中含有的固体颗粒或液滴，由于其粒径非常细微，容易通过鼻腔内的鼻毛进入人体的肺部，因而引起肺部的发炎、气喘或心血管的病变，若是其他污染物依附于悬浮微粒上，更会加重对于呼吸系统的危害。

目前的气体检测大都为定点式，且仅测量气体观测站周遭的气体信息，无法随时随地提供悬浮微粒的浓度；此外，悬浮微粒的检测难以避免水蒸气的干扰，于高湿度环境下，颗粒物被水蒸气包围后，体积变大，透光性不足，同时小的水分子(水珠)增多，这都会直接影响检测的准确性；有鉴于此，要如何能够随时随地检测悬浮微粒的同时，又要避免环境温度对于检测结果产生影响，来达到可随时随地又准确地检测悬浮微粒的浓度，实为目前迫切需要解决的问题。

【发明内容】

本案的主要目的是提供一种微粒监测模块，可组配于薄型可携式装置应用进行微粒监测，微粒监测模块先将气体由进气口吸入第一隔室内，于第一隔室内加热，使得位于第一隔室内的气体能够维持于监测标准湿度，提升气体传感器感测效率，且主体具备有单向开口监测腔室，以提供一单向气体导入导出的监测，共振片再透过致动器致动导送气体，来达到微粒监测模块真正导入薄型可携式装置外的悬浮微粒进行监测时，能够随时随地都可检测悬浮微粒的目的。

本案的一广义实施态样为一种微粒监测模块，包含：主体，内部由一承载隔板区隔出一第一隔室及一第二隔室，且设有一进气口、一热气排放口及一排气口，该进气口及该热气排放口连通该第一隔室，该排气口连通该第二隔室，以及该承载隔板具有一连通口，连通该第一隔室及该第二隔室；一微粒监测基座，设置于该第一隔室、该承载隔板之间，具有一监测通道，且该监测通道一端具有一承置槽，与该监测通道连通；一致动器，设置于该微粒监测基座的该承置槽，以控制气体由该进气口导入该第一隔室，并透过该连通口连通而导送于该第二隔室中，再由该出气口排出，构成单一方向气体导送；一加热元件，设置于该第一隔室，对该第一隔室加热，以使该第一隔室维持一监测标准湿度；一传感器，邻设于该承载隔板上，并位于该微粒监测基座的该监测通道中，以对导入该监测通道的气体监测。

【附图说明】

图1为本案的微粒监测模块的剖面示意图。

图2A为本案的微粒监测模块应用于薄型可携式装置一实施例剖面示意图。

图2B为本案的微粒监测模块应用于薄型可携式装置一实施例外观示意图。

图2C为本案的微粒监测模块应用于薄型可携式装置一实施例另一外观示意图。

图3为本案的微粒监测模块的致动器的分解示意图。

图4A为本案的微粒监测模块的致动器的剖面示意图。

图4B至图4C为本案的微粒监测模块的致动器的作动示意图。

图5为本案的微粒监测模块应用于薄型可携式装置的另一实施例的示意图。

图6A为图5所示的阀的剖面示意图。

图6B为图6A所示的阀的作动示意图。

【符号说明】

10：薄型可携装置

10a：第一通口

10b：第二通口

10c：第三通口

1：主体

11a：第一本体

11b：第二本体

11c：承载隔板

11d：第一隔室

11e：第二隔室

11f：进气口

11g：热气排放口

11h：排气口

11i：连通口

11j：第一连接穿孔

11k：第二连接穿孔

11l：外露部分

11m：连接器

11n：第三连接穿孔

2：微粒监测基座

21：监测通道

22：承置槽

23：激光发射器

24：光束通道

3：致动器

31：喷气孔片

31a：支架

31b：悬浮片

31c：中空孔洞

32：腔体框架

33：致动体

33a：压电载板

33b：调整共振板

33c：压电板

34：绝缘框架

35：导电框架

36：共振腔室

37：气流腔室

4：加热元件

5：传感器

6：电路软板

7：阀

71：保持件

72：密封件

73：位移件

711、721、731：通孔

【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当作说明之用，而非用以限制本案。

本案提供一种微粒监测模块，请参阅图1，微粒监测模块包含一主体1、一微粒监测基座2、一致动器3、一加热元件4及一传感器5，主体1包含有一第一本体11a、一第二本体11b及一承载隔板11c，第一本体11a与第二本体11b相互对接，而承载隔板11c设置于第一本体11a与第二本体11b之间结合形成主体1，使主体1的第一本体11a与第二本体11b的内部空间借由承载隔板11c定义出一第一隔室11d与第二隔室11e，又本体1具有一进气口11f、一热气排放口11g及一排气口11h，于本实施例中，进气口11f及热气排放口11g可分别设置于第一本体11a、承载隔板11c之间连通第一隔室11d，出气口11h设置于第二本体11b、承载隔板11c之间连通第二隔室11e，此外，承载隔板11c具有一连通口11i，以连通第一隔室11d与第二隔室11e，使得主体1的内部由进气口11f、第一隔室11d、连通口11i、第二隔室11e、排气口11h构成一单向导送导出气体的气体通道，即如图1箭头所指方向的路径。

于本实施例中，上述的进气口11f及热气排放口11g皆设置于第一本体11a，排气口11h设置于第二本体12b与承载隔板11c之间。于本案另一些实施例中，进气口11f及热气排放口11g亦可设置于第一本体11a与承载隔板11c之间，并与第一隔室11d相连通，以及排气口11h亦可设置于第二本体11b，并与第二隔室11e相连通，但均不以此为限，可依据实际需求任施变化。

于本实施例中，前述的微粒监测基座2设置于第一隔室11d与承载隔板11c之间，于本案另一些实施例中，微粒监测基座2亦可邻设于承载隔板11c，并容置于第一隔室11d中，但不以此为限；本实施例的微粒监测基座2具有一监测通道21，直接垂直对应到进气口11f，使监测通道21上方得以直接导气，不影响气流导入，监测通道21的一端具有一承置槽22，承置槽22与监测通道21相通，而监测通道21的另一端与承载隔板11c的连通口11i相通。

前述的致动器3设置于微粒监测基座2的承置槽22，用以汲取第一隔室11d内的气体进入监测通道21内；加热元件4则是设置于第一隔室11d内，来对第一隔室11d内的空气进行加热，以使第一隔室11d内的空气维持一监测标准湿度，该监测标准湿度为监测悬浮微粒的一较佳相对湿度区间值，其中，第一隔室11d内部的空气受加热元件4加热后所产生的水蒸气由热气排放口11g排出；致动器3设置于微粒监测基座2的承置槽22，并封闭承置槽22，以控制气体由进气口11f导入第一隔室11d内，再导入监测通道21，通过连通口11i导送于第二隔室11e，最后由排气口11h向外排出，构成主体1的单一方向气体导送；传感器5是邻设于承载隔板11c上，并且位于微粒监测基座2的监测通道21中，以对导入监测通道21内的气体进行检测；其中，前述的监测通道21直接垂直对应到进气口11f，使监测通道21上方得以直接导气，不影响气流导入，如此得以加快气体导入监测通道21透过传感器5进行检测，提升传感器5的效率，而且导入气体进入第一隔室11d内可受到加热元件4进行加热除湿，以维持一监测标准湿度，进而提升传感器5的检测准确性，此监测标准湿度为10％至40％的湿度，于另一实施例中，监测标准湿度亦可为20％至30％的湿度为较佳。

上述的微粒监测基座2更包含有一激光发射器23及一光束通道24，激光发射器23与承载隔板11c电性连接，并与光束通道24相邻，以发射光束进入光束通道24内，而光束通道24与监测通道21垂直且连通，用以导引激光发射器23所发射的光束照射至监测通道21中，将光束照射至监测通道21内的气体中所含有的悬浮微粒上，悬浮微粒受光束照射后将产生多个光点，传感器5接收这些光点用以感测悬浮微粒的粒径及浓度；其中，传感器5可为但不限为PM2.5传感器，经由接收悬浮微粒受光束照射后所产生的多个光点，利用这些光点计算悬浮微粒的粒径及浓度，用以检测PM2.5的浓度。

请继续参阅图1，微粒监测模块其本体1的第一本体11a具有一第一连接穿孔11j，以供一电路软板6穿伸入连接致动器3，并连接后封胶封闭第一连接穿孔11j，避免气体由第一连接穿孔11j导入第一隔室11d，而第一本体11a还具有一第二连接穿孔11k，以供电路软板6穿伸入连接加热元件4，并连接后封胶封闭第二连接穿孔11k，避免气体由第二连接穿孔11k导入第一隔室11d；此外，前述的承载隔板11c具有一外露部分11l穿透延伸出主体1外部，外露部分11l上具有一连接器11m，连接器11m供电路软板6穿伸入连接，用以提供乘载隔板11c电性连接及信号连接。其中，前述的承载隔板11c可为一电路板。于本实施例中，第一隔室11d内更设有一湿度感测装置(未图示)，湿度感测装置与该加热元件4电性连接，用于感测第一隔室11d内的湿度值，当湿度感测装置感测到第一隔室11d内的湿度值高于该监测标准湿度时，湿度感测装置传递一致能信号至该加热元件4，以致能加热元件4对第一隔室11d内的气体进行加热以排除水蒸气；反之，当湿度感测装置感测到第一隔室11d内的湿度值介于或低于该监测标准湿度时，湿度感测装置传递一禁能信号至该加热元件4，以使加热元件4停止加热。于本案另一些实施例中，湿度感测装置嵌设于加热元件4内，但不以此为限。

再请参阅图2A图2C所示，上述微粒监测模块可应用组配于一薄型可携装置10内，薄型可携装置10具有一第一通口10a、一第二通口10b及一第三通口10c，而微粒监测模块组配于薄型可携装置10内，其第一通口10a对应到进气口11f并与其相通，第二通口10b对应到热气排放口11g对应到第二通口10b并与其相通，第三通口10c对应到排气口11h对并与其相通，如此薄型可携装置10外气体可被导入薄型可携装置10进行监测，透过致动器3的致动运作导送薄型可携装置10外气体，得以使第一隔室11d内形成负压，让气体由进气口11f导入至第一隔室11d中，再通过连通口11i进入第二隔室11e中，再透过致动器3的致动推送第二隔室11e内导入气体由排气口11h排出，构成一单向气体导送监测，本案致动传感模块不仅能隔绝其他干扰因素(内部致动器热源、薄型可携装置10内所产生一些气体污染、热源等干扰物质)对于传感器5所造成的影响，再透过致动器3的设置，以提供一单向气体导入导出，且加快气体导送到传感器5的表面进行监测，提升传感器5的感测效率，并能达到致动传感模块真正导入薄型可携装置10外气体进行监测，这致动传感模块内所需监测气体特性等同于薄型可携装置10外的气体特性。此外，加热元件4所产生的热能可利用第一本体11a隔绝，避免加热元件4产生的热能影响到薄型可携装置10内部的元件运作。

了解上述的致动传感模块的特点说明，以下就致动器的结构及作动方式作一说明:

请参阅图3至图4C，上述的致动器3为一气体泵，致动器3包含有依序堆叠的喷气孔片31、腔体框架32、致动体33、绝缘框架34及导电框架35；喷气孔片31包含了多个支架31a、一悬浮片31b及一中空孔洞31c，悬浮片31b可弯曲振动，多个支架31a邻接于悬浮片31b的周缘，本实施例中，支架31a其数量为4个，分别邻接于悬浮片31b的4个角落，但不此以为限，而中空孔洞31c形成于悬浮片31b的中心位置；腔体框架32承载叠置于悬浮片31b上，致动体33承载叠置于腔体框架32上，并包含了一压电载板33a、一调整共振板33b、一压电板3c，其中，压电载板33a承载叠置于腔体框架32上，调整共振板33b承载叠置于压电载板33a上，压电板33c承载叠置于调整共振板33b上，供施加电压后发生形变以带动压电载板33a及调整共振板33b进行往复式弯曲振动；绝缘框架34则是承载叠置于致动体33的压电载板33a上，导电框架35承载叠置于绝缘框架34上，其中，致动体33、腔体框架32及该悬浮片31b之间形成一共振腔室36，其中，调整共振板33b的厚度大于压电载板33a的厚度。

请参阅图4A至图4C，图4B、图4C为图4A所示的本案的致动器3的作动示意图。请先参阅图4A，致动器3透过支架31a使致动器3设置于微粒监测基座2的承置槽22上方，喷气孔片31与承置槽22的底面间隔设置，并于两者之间形成气流腔室37；请再参阅图4B，当施加电压于致动体33的压电板33c时，压电板33c因压电效应开始产生形变并同部带动调整共振板33b与压电载板33a，此时，喷气孔片31会因亥姆霍兹共振(Helmholtz resonance)原理一起被带动，使得致动体33向上移动，由于致动体33向上位移，使得喷气孔片31与承置槽22的底面之间的气流腔室37的容积增加，其内部气压形成负压，于致动器3外的空气将因为压力梯度由喷气孔片31的支架31a与承置槽22的侧壁之间的空隙进入气流腔室37并进行集压；最后请参阅图4C，气体不断地进入气流腔室37内，使气流腔室37内的气压形成正压，此时，致动体33受电压驱动向下移动，将压缩气流腔室37的容积，并且推挤气流腔室37内空气，使气体进入气流通道21内，并将气体提供给传感器5，以透过传感器5检测气体内的悬浮微粒浓度。

上述致动器3为一气体泵，当然本案的致动器3也可透过微机电制程的方式所制出的微机电系统气体泵，其中，喷气孔片31、腔体框架32、致动体33、绝缘框架34及导电框架35皆可透过面型微加工技术制成，以缩小致动器3的体积。

又请参阅图5，致动传感模块的另一实施例，微粒监测模块可更进一步包含有至少一阀7，于本实施例中，阀7的数量为2个，分别设置于进气口11f及热气排放口11g，且利用阀7开启或关闭进气口11f及热气排放口11g，特别是当第一隔室11d内的湿度高于监测标准湿度时，开启热气排放口11g上的阀7及加热元件4，利用热气排放口11g向外排除水蒸气，降低第一隔室11d内的湿度，当第一隔室11d内的湿度达到监测标准湿度，关闭热气排放口11g的阀7，使第一隔室11d的湿度维持在监测标准湿度，提升悬浮微粒的监测效率，此外，利用阀7关闭进气口11f与热气排放口11g，再经由第一本体11a、第二本体11b隔离外在因素对于微粒监测模块内部的影响，来确保监测悬浮微粒的精准度。此外，第一本体11a更包含有一第三连接穿孔11n，第三连接穿孔11n供电路软板6穿过延伸至第一隔室11d内来连接阀7，用以控制阀7，再于连接后利用封胶封闭第三连接穿孔11n来避免气体由第三连接穿孔11n进入第一隔室11d。

上述的阀7的具体结构，可请参阅图6A及图6B来说明，阀7为包含一保持件71、一密封件72以及一位移件73。位移件73设置于保持件71及密封件72之间并于两者间位移，保持件71上分别具有多个通孔711，而位移件73对应保持件71上通孔711位置也设通孔731，保持件71的通孔711及位移件73的通孔731，其位置相互对准，以及密封件72上设有多个通孔721，且密封件72的通孔721与保持件71的通孔711的位置形成错位而不对准。阀7的保持件71、密封件72以及位移件73透过电路软板6连接一处理器(未图示)来控制，以控制位移件73朝保持件71靠近，构成阀7的开启。

上述的阀7的位移件73可为一带电荷的材料，保持件71为一两极性的导电材料，保持件71电性连接电路软板6的处理器，用以控制保持件71的极性(正电极性或负电极性)。若位移件73为一带负电荷的材料，当阀7须受控开启时，控制保持件71形成一正电极，此时位移件73与保持件71维持不同极性，如此会使位移件73朝保持件71靠近，构成阀7的开启(如图6B所示)。反之，若位移件73为一带负电荷的材料，当阀7须受控关闭时，控制保持件71形成一负电极，此时位移件73与保持件71维持相同极性，使位移件73朝密封件72靠近，构成阀7的关闭(如图6A所示)。

上述的阀7的位移件73也可为一带磁性的材料，而保持件71为一可受控变换极性的磁性材料。保持件71电性连接电路软板6的处理器，用以控制保持件71的极性(正极或负极)。若位移件73为一带负极的磁性材料，当阀7须受控开启时，保持件71形成一正极的磁性，此时控制位移件73与保持件71维持不同极性，使位移件73朝保持件71靠近，构成阀7开启(如图6B所示)。反之，若位移件73为一带负极的磁性材料，当阀7须受控关闭时，控制保持件71形成一负极的磁性，此时控制位移件73与保持件71维持相同极性，使位移件73朝密封件72靠近，构成阀7的关闭(如图6A所示)。

综上所述，本案所提供的微粒监测模块，于第一隔室内设置加热元件，使得第一隔室内的空气保持于监测标准湿度，再由致动器将维持在监测标准湿度的气体由第一隔室导入监测通道内，来检测悬浮微粒的粒径及浓度，透过维持监测标准湿度来提升悬浮微粒的监测效率，来提升检测悬浮微粒的效果，此外，可组配于薄型可携式装置应用进行悬浮微粒监测，配合现代人随身携带可携装置的习惯，来达到随时、随的检测悬浮微粒的功效，极具产业利用性及进步性。

Claims (17)

1.一种微粒监测模块，其特征在于，包含：

一主体，内部由一承载隔板区隔出一第一隔室及一第二隔室，且设有一进气口、一热气排放口及一排气口，该进气口及该热气排放口连通该第一隔室该排气口连通该第二隔室，以及该承载隔板具有一连通口，连通该第一隔室及该第二隔室；

一微粒监测基座，设置于该第一隔室及该承载隔板之间，具有一监测通道，且该监测通道一端具有一承置槽，与该监测通道连通；

一致动器，设置于该微粒监测基座的该承置槽，以控制气体由该进气口导入该第一隔室，并透过该连通口连通而导送于该第二隔室中，再由该排气口排出，构成单一方向气体导送；

一加热元件，设置于该第一隔室，对该第一隔室加热，以使该第一隔室维持一监测标准湿度；以及

一传感器，邻设于该承载隔板上，并位于该微粒监测基座的该监测通道中，以对导入该监测通道的气体监测。

2.如权利要求1所述的微粒监测模块，其特征在于，该主体包括一第一本体及一第二本体，其中该第一本体及该第二本体相互对接，且该承载隔板设置于该第一本体、该第二本体之间，以使该第一本体、该承载隔板之间构成第一隔室，该第二本体、该承载隔板之间构成第二隔室，而该进气口、该热气排放口设置于该第一本体与该承载隔板之间，并连通该第一隔室，该排气口设置于该第二本体与该承载隔板之间，并连通该第二隔室。

3.如权利要求1所述的微粒监测模块，其特征在于，该热气排放口供该第一隔室受该加热元件加热所产生的水蒸气排出。

4.如权利要求1所述的微粒监测模块，其特征在于，该监测标准湿度为指该第一隔室导入气体保持10％至40％的湿度。

5.如权利要求4所述的微粒监测模块，其特征在于，该监测标准湿度为该第一隔室导入气体保持20％至30％的湿度为最佳。

6.如权利要求1所述的微粒监测模块，其特征在于，该传感器为PM2.5传感器。

7.如权利要求1所述的微粒监测模块，其特征在于，该致动器为一微机电系统气体泵。

8.如权利要求1所述的微粒监测模块，其特征在于，该致动器为一气体泵，其包含：

一喷气孔片，包含多个支架、一悬浮片及一中空孔洞，该悬浮片可弯曲振动，该多个支架邻接于该悬浮片周缘，而该中空孔洞形成于悬浮片的中心位置，通过多个支架设置该微粒监测机做的承置槽上方，并提供弹性支撑该悬浮片，并该喷气孔片与该承置槽之间形成一气流腔室，且该多个支架及该悬浮片之间形成至少一空隙；

一腔体框架，承载叠置于该悬浮片上；

一致动体，承载叠置于该腔体框架上，以接受电压而产生往复式地弯曲振动；

一绝缘框架，承载叠置于该致动体上；以及

一导电框架，承载叠设置于该绝缘框架上；其中，该致动体、该腔体框架及该悬浮片之间形成一共振腔室，透过驱动该致动体以带动该喷气孔片产生共振，使该喷气孔片的该悬浮片产生往复式地振动位移，以造成该气体通过该至少一空隙进入该气流腔室，再由该气体流道排出，实现该气体的传输流动。

9.如权利要求8所述的微粒监测模块，其特征在于，该致动体包含:

一压电载板，承载叠置于该腔体框架上；

一调整共振板，承载叠置于该压电载板上；以及

一压电板，承载叠置于该调整共振板上，以接受电压而驱动该压电载板及该调整共振板产生往复式地弯曲振动。

10.如权利要求9所述的微粒监测模块，其特征在于，该调整共振板的厚度大于该压电载板的厚度。

11.如权利要求1所述的微粒监测模块，其特征在于，该承载隔板为一电路板。

12.如权利要求11所述的微粒监测模块，其特征在于，该微粒监测基座及该传感器与该承载隔板电性连接，该微粒监测基座包含有一激光发射器，与该承载隔板电性连接，并设有一光束通道，与该监测通道垂直连通，供该激光发射器发射的光束照射至该监测通道中，以对该监测通道上气体的悬浮粒照射产生光点投射于该传感器上感测。

13.如权利要求2所述的微粒监测模块，其特征在于，该第一本体具有一第一连接穿孔，以供一电路软板穿伸入连接该致动器，并连接后封胶封闭该第一连接穿孔，避免外部气体由该第一连接穿孔进入该第一隔室。

14.如权利要求2所述的微粒监测模块，其特征在于，该第一本体具有一第二连接穿孔，以供一电路软板穿伸入连接该加热元件，并连接后封胶封闭该第二连接穿孔，避免外部气体由该第二连接穿孔进入该第一隔室。

15.如权利要求11所述的微粒监测模块，其特征在于，该承载隔板具有一外露部分穿伸至该主体外部，该外露部分上具有一连接器，以供一电路软板穿伸入连接，提供该承载隔板电性连接及信号连接。

16.如权利要求2所述的微粒监测模块，其特征在于，该第一本体具有一第三连接穿孔，以供一电路软板穿伸入连接多个阀，并连接后封胶封闭该第三连接穿孔，避免外部气体由该第三连接穿孔进入该第一隔室。

17.如权利要求16所述的微粒监测模块，其特征在于，该多个阀分别设置于该进气口及该热气排放口的位置，该阀包含一保持件、一密封件及一位移件，其中该位移件设置于该保持件及该密封件之间，以及该保持件、该密封件及该位移件上分别具有多个通孔，而该保持件及该位移件上多个通孔位置是相互对准，且该密封件与该保持件的多个通孔位置为相互错位不对准，其中该位移件透过该电路软板连接一处理器来控制，以控制其朝该保持件靠近，以构成该阀的开启。