CN111307868B - 一种负离子检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负离子检测仪，涉及检测设备领域，技术方案为，包括包括机壳，机壳内部对应壳体的进风口和排风口设置有风道组件；风道组件包括构成通道的壳体，壳体为由直通部和排风部组成的弯折管体，所述排风部位于直通部的一侧；所述排风口的轴线与所述直通部的轴线在机壳底面的投影相交。本发明的有益效果是：通过本方案的风道组件结构，空气在风扇的带动下，从金属进气通道进入，由于金属进气通道为直管状，在金属管状通道上加负电，流入的空气中负离子在朝着金属件上移动时，不会触碰到金属通道，而且由于内部用金属杆状件，而非金属套管，这便增加了进气量，不会出现内环阻挡空气的情况。

Description

一种负离子检测仪

技术领域

本发明涉及检测设备领域，特别涉及一种负离子检测仪。

背景技术

空气负离子是带负电荷的单个气体分子和轻离子团的总称。负离子作为活性氧的重要成员之一，由于其带负电荷在结构上与超氧化物自由基相似，其氧化还原作用强，能够破坏细菌病毒电荷的屏障及细菌细胞活性酶的活性；另外，空气负离子可以沉降空气中的悬浮颗粒物。然而负离子浓度并非越高越好，当浓度超过106个/cm3时，负离子对机体会产生一定的毒副作用。

目前对空气负离子检测主要依靠负离子检测仪，负离子检测仪的原理基本为通过对检测风道内组件加电，令探头组件的不同部位保持极化，让探头组件接收到引入风道内的负离子，从而测定空气中负离子浓度。空气中的负离子通常来说在没有特定装置产生，或者某些特殊环境之外，浓度并不会太高，这就要求负离子检测设备需要较高的精度。影响负离子仪检测精准度的主要因素有二，一是探头组件的具体结构对检测效果的影响，主要是涉及风道和检测探针的具体结构，另外则是检测电路的优化。目前市场上的的负离子检测仪测定精确率还有可提高的余地。

市场上常见负离子检测仪装置进气口多为分散结构，检测气体时操作并不方便，而排气口也是分散于仪器四周，常用的负离子检测仪通道多为如图1形式的两金属平板结构，上为极板，下为接收板，在抽风风扇的作用下使得被检测的气体在两金属板之间进行流通，但是抽风的风扇为圆形的，检测通道内的风就是旋转的，这样造成了部分负离子被吹到了极板上，从而造成了损失，导致被检测的数据发生偏差，故需要一种方案，能够解决气体旋转带来的数据误差。

如图2所示，也有一些负离子检测仪通道结构为两个金属套筒固定，在抽风风扇作用下吸收气体只能从两个通道之间间隔内进入流通，并且内部金属套筒需要固定，固定部分也会阻碍气体通入，使得检验气体较少，导致被检测数据并不准确，故需要一种方案，降低检测结构对气体的阻碍情况。

此外，常用负离子检测仪通道多为直筒形状，风扇和直筒之间难以固定，并且由于风扇位于直筒后，检测探针难以固定在直筒后方，而且由于负离子对人体有益，进入检测仪中的空气负离子被剔除，现有的检测仪在使用时，因为检测仪结构问题，检测人员往往是站在排风口后方，造成检测人员不适，故需要一种方案，使检测探针固定于直筒后方且使排风通道不位于仪器后方。

而作为检测电路带来的影响来说，目前空气负离子检测装置主要是便携式和室外测量两种类型，其中便携类装置的测量范围小、精度不高，现有微电流电路设计电压和信号不稳定，导致测量结果准确率低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种负离子检测仪。

其技术方案为，包括机壳，机壳上开设有进气口和出气口，机壳内部对应进风口和排风口设置有风道组件，风道组件内预设负离子检测探头接口，风道组件与探头组件连接，机壳外侧面设置有显示屏、控制面板及外部接口，显示屏和控制面板为一体，选用触摸屏，外部接口预设多种，包括电源接口，数据接口等，数据接口为USB接口或者网口等等；

所述风道组件包括构成通道的壳体，及与壳体连通的风扇，所述壳体连接所述探头组件，所述探头组件、风道组件、显示屏及控制面板均和机壳内的内部电路模块电连接，其特征在于，所述壳体为由直通部和排风部组成的弯折管体，所述排风部位于直通部的一侧；所述直通部一端为进风端，开设有进风口，直通部与所述排风部对应开设有排风口，排风口开设在所述直通部的侧面，所述排风口的轴线与所述直通部的轴线在机壳底面的投影相交；

优选为，所述排风口的轴线与所述直通部的轴线相交。

所述直通部远离进风口的一端连接所述探头组件，所述探头组件的感应端延伸至所述直通部内部。

优选为，所述探头组件包括设置在所述直通部内的金属组件，及与金属组件一端连接的金属探头，金属探头为现有的负离子检测探头，所述金属组件为杆状体，所述金属组件位于所述直通部内部，所述金属组件的轴线与所述排风口的轴线相交。金属探头为探针，将杆状的金属组件和金属探针连接，由于金属组件比金属探头粗很多，可以使负离子更容易打到金属组件上。

优选为，所述壳体为“L”形，所述排风部位于所述直通部的一端；

所述直通部远离所述排风部的一端为进风端，开设所述进风口，所述直通部靠近所述排风部的一端与所述排风部对应开设所述排风口；

所述金属探头位于所述直通部靠近所述排风口的轴向端部，即直通部的轴向两端，一端为进气端，另一端设置金属探头。

优选为，所述直通部为金属材质的直圆管，所述金属组件为金属杆体，金属组件与所述直通部同轴。

优选为，所述排风部的一侧预留气体检测模块安装口，可以在该位置安装其它检测探头，从而实现一机多用化。

优选为，所述直通部安装有所述金属探头的一端设置有金属探头固定件，所述金属探头固定件为环绕所述金属探头的垫圈，金属探头固定件填充在所述直通部管壁和金属探头之间。

优选为，所述直通部和排风部的轴线夹角为90°。

使用时，被检测气体在风扇的作用下从直通部的进风口进入，被抽向风扇的一端，在直通部金属管的电压的作用下，负离子会以恒定的加速度打向内金属组件，当内金属组件接收到打来的负离子时，就会产生微弱的信号，经过信号放大，滤波等处理，从而计算出需要的负离子浓度参数。

而经过检验之后的气体会通过风扇从排气口处排除，并且在此过程中通过扩展其它检测模块可以检测更多其他气体或者颗粒物浓度。

优选为，机壳内还设置有温度检测模块和PM2.5检测模块，温度检测模块的温度探头设置在机壳进气口的一侧，PM2.5检测通道的PM2.5检测进气端同样设置在机壳进气口的一侧，PM2.5检测通道的PM2.5检测出气端设置在所述排气口一侧。

优选为，与所述机壳的进气口对应设置有堵头，通过堵头堵住进气口这样便可以归零校准设备。机壳的进气口处向外侧延伸设置有一个带外螺纹的环形接头，堵头为带有内螺纹的罩体，堵头与机壳外的环形接头螺纹连接。

优选为，所述机壳底部设置若干橡胶垫。

优选为，所述机壳底部中部开设有支撑孔，通过支撑孔可以让本装置结合支架，固定在支架顶部，让本装置在检测时可以不和周边环境的物体接触。

优选为，所述探头组件还包括与所述金属探头对应设置有探头保护罩；探头保护罩内设置有采集电路板，采集电路板35为检测仪采集电路的硬件载体，采集电路板上固定设置所述金属探头，所述金属探头的轴线与所述采集电路板的板面垂直；金属探头既与采集电路板电性连接，作为采集电路的采集端，又与采集电路板结构性固定连接，即金属探头和采集电路板为一体式结构；

所述探头保护罩包括相互连接的内罩体和外罩体，内罩体位于金属探头检测端的一侧，内罩体上与金属探头对应开设有金属探头通孔，金属探头远离所述采集电路板的一端，延伸至所述金属探头通孔远离采集电路板的一侧，内罩体341远离采集电路板35的一侧与负离子检测仪金属探头32的风道组件相贴；

所述采集电路板的板体上，环绕所述金属探头与采集电路板的连接处开设有“C”形的观察孔。

优选为，所述金属探头的朝向与采集电路板安装有电子元器件的一侧为同侧。

通过本方案的结构在安装负离子检测仪金属探头相关组件时，可先将内罩体先与负离子检测仪的风道结构对接组合，从而通过预留的金属探头通孔来确定金属探头的安装位置，然后通过目测将金属探头与风道结构的探头固定件对齐，在现有加工作业的过程中，这一步骤需要非常小心，如果采集电路板和金属探头为分体式结构，那么就需要首先安装金属探头，这样便于金属探头安装，但是需要人工焊接金属探头和采集电路板，焊接过程比较不方便。而如果采用预先组装好的探头和电路板组合，则容易导致因为电路板阻挡视线而难以观察探头安装位。所以通过本方案的观察孔可以更好帮助组装工人对金属探头进行安装定位。

优选为，所述金属探头为弹簧伸缩杆体；

所述金属探头包括套接的内杆与外杆，外杆一端与所述采集电路板固定连接，内杆位于外杆内部的一端和外杆内底端之间通过弹簧连接。弹簧伸缩杆体的金属探头则是进一步避免在安装时因为手工操作导致没有对齐安装孔的情况下降低金属探头损坏的可能性，当组装工人没有对齐金属探头与探头固定件上的安装孔时，内杆可以小幅度收缩，而不会被挤压弯折，组装工人调整好安装位置后，金属探头可以通过弹簧伸展自动复位。

优选为，所述内罩体上还设置有若干用于定位安装内罩体和负离子检测仪风道组件组合连接的定位孔；

定位孔设置有四个，环绕所述金属探头通孔开设。

优选为，所述探头保护罩的罩体一侧开设有走线孔。

优选为，所述探头保护罩为矩形体，所述金属探头通孔开设在所述内罩体面积最大的侧壁上，且金属探头通孔开设在该侧壁中截面的一侧；

所述走线孔开设在所述探头保护罩远离金属探头通孔的一侧。

通过上述结构，将走线孔设置在罩体一侧，通过对采集电路板35的电路布局，结合罩体结构，将连接线集中在较为远离金属探头32的位置上，降低电信号可能存在的干扰。

优选为，所述内罩体和外罩体的连接孔位于所述金属探头通孔所在面的相邻面上。即内外罩体对应连接孔的连接螺栓轴线和探头保护罩小面积壁是垂直的，该设置结构可以减少因为螺栓自身长度对罩体结构厚度的影响，可以让罩体结构成为一个较为扁窄的形体，节省整个设备的内部空间。

优选为，所述内部电路模块包括控制模块，及分别与控制模块电连接的显示模块、信号采集模块、及为各个组成部分供电的供电模块，所述显示屏与显示模块，形成数据通路，所述控制面板与控制模块连接，形成控制回路，所述信号采集模块与所述金属探头电连接，构成采集通路；

所述采集通路包括依次电连接的I-V转换模块、一级滤波电路、电压二次放大电路、二级滤波电路、A/D转换模块，所述I-V转换模块的输入端与采集探头电连接，所述A/D转换模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接；其中，关于电压二次放大电路，因为在I-V转换模块中，电流转电压时已经进行了一次放大，所以在一级滤波之后再次进行放大，称为电压二次放大电路；

为了收集单位空间内的负离子，所述供电模块与所述风道组件的直通部筒壁电连接，供电模块为直通部筒体施加负电压，形成一个负电场，使负离子发生偏转而被完全收集，为了消除杂波带来的误差以及数据的波动，所述供电模块和直通部之间设置有带通滤波电路；由控制模式选择一段特定频率的信号电压，加在负氧离子采集管的外壁上；此处的特定频率的极性电压的要求为，产生的极性电压纹波要小于50MV。

优选为，所述I-V转换模块为高阻抗I-V转换电路，所述I-V转换模块的输入端连接所述离子收集器的输出端，所述I-V转换电路中运算放大器的输入电流为所述离子收集器的输出电流。采用电流电压转换法(I-V)中的高阻抗转化法，该方法原理简单，性能稳定，灵敏度高，其中高阻抗转化法的分辨率高，线性度好，适用于测量更加微弱的直流信号。

I-V转换模块中运算放大器的输入电阻为10G的大电阻。

优选为，所述带通滤波电路包括串联的高通滤波电路和低通滤波电路，所述高通滤波电路包括稳压二极管，该稳压二极管的负极一侧设置有一个接地电感，正极一侧设置有一个接地电容。接地电感，作用效果就相当于一个电阻，而且电抗是随着交流电的频率的增大而增大的。把电感接地，其中的低频成分就会通过电感落地，相当于短路但是这种短路对电路时无影响的，但是高频成分无影响或影响很小。此处的接地电感根据需要极性电压所控制的波形来选定。

低通滤波电路为无源低通滤波电路。通过加入低通滤波电路，把其中的高频成分通过电容落地，而低频成分可以基本上无损失的通过电路。经过两个电路的结合，可以选择出特定频率的电压信号。临界频率计算公式为：

离子收集器输出的电流的范围为fA～nA。该电流跨越了六个数量级。可对微弱信号进行采集。

优选为，所述I-V转换模块的运算放大器芯片型号为INA 116。

采用高阻抗转换法进行离子收集器输出电流信号检测电路的设计，其输入电阻为10G的大电阻。由于待测电流非常小，进行电路设计时还需要考虑运放各参数的影响，其中，偏置电流越小测量结果越准确；失调电压是直接叠加到输出电压中的，因此要选择失调电压尽量小的运算放大器；运放的电流噪音是无法克服的，一般认为最小测试电流为电流噪音的3倍，所以运算放大器的电流噪音也要尽量小。最终选用INA 116芯片进行I-V转换电路的设计。

INA116具有极低的输入偏置电流和特殊保护技术，在25℃下产生约3fA的输入偏置电流，在85℃下约只有25fA，通过连接外部电阻它的三运算放大器拓扑允许增益从1到1000。INA 116可在16针塑料浸渍和SOL-16表面贴装封装中使用，规定温度为-40℃至85℃。

优选为，所述I-V转换模块的运算放大器芯片所在的电路板上开设有所述观察孔，即所述观察孔开设在所述INA116芯片所在的电路板上，所述I-V转换模块的运算放大器芯片的输入端连接所述金属探头，所述金属探头为“L”形的弯折状，包括与所述I-V转换模块的运算放大器芯片的输入端电连接的直杆部，和架空设置在所述观察孔中部的伸缩杆部，金属探头的伸缩杆部为弹簧伸缩杆。

对于观察孔而言，通过这样的结构方式一方面在设备进行组装时比较方便安装，另一方面可以让采集探头在接收信号的过程中极大的避免电路其他元件的干扰。最终设计得到稳定的I-V转换电路以及电路板设计。

为了扩大检测量程及精度，电压二次放大电路连接高低量程自动切换电路，在电压二次放大电路的放大器的特定引脚通过继电器选择不同的电阻相连，实现量程的变化。电压二次放大电路上，增加了高低量程自动切换功能以及相应的电路设计，实现了在负离子高浓度或低浓度环境中均可自动检测，通过右侧CTRL1管脚来控制高低量程的导通。

一种空气负离子浓度检测方法，包括如下步骤：

S1、构建进风风道和排风风道，进风风道为同轴设置结构体；排风风道和进风风道连通，排风风道和进风风道的轴线相交，即排风风道和进风风道不在同一直线上；

S2、将负离子采集探头与进风风道的内层结构电连接，并对外层结构施加负电压；

S3、将待测气体引入进风风道，通过采集探头及进风风道的内层结构对负离子进行采集；

S4、通过对采集结果进行转化，以数字形式输出。

优选为，所述进风风道的外层结构体为筒形，内层结构体为与外层结构体同轴的杆体；

所述进风风道和排风风道轴线的夹角为90°。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过本方案的风道组件结构，空气在风扇的带动下，从金属进气通道进入，由于金属进气通道为直管状，在金属管状通道上加负电，流入的空气中负离子在朝着金属件上移动时，不会触碰到金属通道，而且由于内部用金属杆状件，而非金属套管，这便增加了进气量，不会出现内环阻挡空气的情况。

将进气通道与风扇形成90°直角夹角后，风扇和通道两者会相互固定，使其不互相移动，加固进气通道，又可以将排气孔放在侧面，不对准人体，避免对人体造成伤害，并且可在作为进气管路的直通部后方加固金属探针和金属组件。

通过本方案的探头组件结构可以方便的对负离子检测仪的金属探头、采集电路板及保护罩进行组合连接，提高人工安装组合的容错率，降低残品率，且便于组装人员对组件进行组合安装。

通过本装置的电路方案，令本装置在高、低浓度的负离子环境下都可使用，测量范围广，精度高，并可实时检测。通过采用INA 116芯片可以让本装置基本不受常规温度环境限制，大大降低了不同环境的温度对检测结果的影响。通过对电路板的物理结构改进，使本装置的检测受干扰问题也得到良好的改善。

附图说明

图1为本发明实施例的背景技术示意图一。

图2为本发明实施例的背景技术示意图二。

图3为本发明实施例的整体结构示意图一。

图4为本发明实施例的整体结构示意图二。

图5为本发明实施例的风道组件结构示意图。

图6为本发明实施例的风道组件爆炸示意图。

图7为本发明实施例的探头组件结构示意图一。

图8为本发明实施例的探头组件结构示意图二。

图9为本发明实施例的采集电路板放大图。

图10为本发明实施例的系统原理示意图。

图11为本发明实施例的采集系统工作流程示意图。

图12为本发明实施例的负离子采集电路图。

图13为本发明实施例的电压二次放大电路图。

图14为本发明实施例的高低量程自动切换电路。

图15为本发明实施例的A/D转换电路图。

图16为本发明实施例的带通滤波电路图。

图17为本发明实施例的高阻抗转换法电路原理图。

图18为本发明实施例的I-V转换模块运算放大器电路原理图。

图19为本发明实施例的进气口固定件结构示意图。

其中，附图标记为：1、壳体；11、直通部；12、排风部；13、排风口；14、气体检测模块安装口；2、风扇；3、探头组件；31、金属组件；32、金属探头；33、金属探头固定件；34、探头保护罩；341、内罩体；342、外罩体；343、金属探头通孔；344、定位孔；35、采集电路板；36、观察孔；37、走线孔。

100、机壳；101、进气口；102、出气口；103、堵头；104、橡胶垫；105、支撑孔；106、温度探头；107、PM2.5检测进气端；108、PM2.5检测出气端；200、显示屏；300、外部接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1

参见图1至图6，本发明提供一种负离子检测仪，包括机壳100，机壳100上开设有进气口101和出气口102，机壳内部对应进风口和排风口设置有风道组件，风道组件内预设负离子检测探头接口，风道组件与探头组件3连接，机壳100外侧面设置有显示屏200、控制面板及外部接口300，显示屏200和控制面板为一体，选用触摸屏，外部接口300预设多种，包括电源接口，数据接口等，数据接口为USB接口或者网口等等；

风道组件包括构成通道的壳体1，及与壳体1连通的风扇2，所述壳体1连接探头组件3，探头组件3、风道组件、显示屏200及控制面板均和机壳100内的内部电路模块电连接，其特征在于，所述壳体1为由直通部11和排风部12组成的弯折管体，排风部12位于直通部11的一侧；直通部11一端为进风端，开设有进风口，直通部11与排风部12对应开设有排风口13，排风口13开设在直通部11的侧面，排风口13的轴线与直通部11的轴线在机壳101底面的投影相交；

排风口13的轴线与直通部11的轴线相交。

直通部11远离进风口的一端连接探头组件3，探头组件3的感应端延伸至直通部11内部。

探头组件3包括设置在直通部11内的金属组件31，及与金属组件31一端连接的金属探头32，金属探头32为现有的负离子检测探头，金属组件31为杆状体，金属组件31位于直通部11内部，金属组件31的轴线与排风口13的轴线相交。金属探头32为探针，将杆状的金属组件31和金属探针32连接，由于金属组件31比金属探头32粗很多，可以使负离子更容易打到金属组件31上。

所述壳体1为“L”形，排风部12位于直通部11的一端；

直通部11远离排风部12的一端为进风端，开设进风口，直通部11靠近排风部12的一端与排风部12对应开设排风口13；

金属探头32位于直通部11靠近排风口13的轴向端部，即直通部11的轴向两端，一端为进气端，另一端设置金属探头32。

所述直通部11为金属材质的直圆管，金属组件31为金属杆体，金属组件31与直通部11同轴。

排风部12的一侧预留气体检测模块安装口14，可以在该位置安装其它检测探头，从而实现一机多用化。

直通部11安装有金属探头32的一端设置有金属探头固定件33，金属探头固定件33为环绕金属探头32的垫圈，金属探头固定件33填充在直通部11管壁和金属探头32之间。

直通部11和排风部12的轴线夹角为90°。

使用时，被检测气体在风扇2的作用下从直通部11的进风口进入，被抽向风扇2的一端，在直通部11金属管的电压的作用下，负离子会以恒定的加速度打向内金属组件31，当内金属组件31接收到打来的负离子时，就会产生微弱的信号，经过信号放大，滤波等处理，从而计算出需要的负离子浓度参数。

而经过检验之后的气体会通过风扇2从排气口处排除，并且在此过程中通过扩展其它检测模块可以检测更多其他气体或者颗粒物浓度。

实施例2

参见图2，在实施例1的基础上，机壳100内还设置有温度检测模块和PM2.5检测模块，温度检测模块的温度探头106设置在机壳100进气口的一侧，PM2.5检测通道的PM2.5检测进气端107同样设置在机壳100进气口的一侧，PM2.5检测通道的PM2.5检测出气端108设置在排气口103一侧。

与机壳100的进气口对应设置有堵头103，通过堵头103堵住进气口这样便可以归零校准设备。机壳100的进气口处向外侧延伸设置有一个带外螺纹的环形接头，堵头103为带有内螺纹的罩体，堵头与机壳外的环形接头螺纹连接。

机壳100底部设置若干橡胶垫104。

机壳100底部中部开设有支撑孔105，通过支撑孔105可以让本装置结合支架，固定在支架顶部，让本装置在检测时可以不和周边环境的物体接触。

实施例3

参见图19，在实施例1或2的基础上，在机壳100进气口101的内侧设置有进气口固定件。

机壳100包括上盖和底板，上盖为罩体，底板上放置风道组件和探头组件等内部元器件。

上盖对应进气口的位置开设通孔，机壳100的进气口处设置有作为进气口的环形体，该环形体位于机壳100外部的一侧为喇叭口，位于机壳100内侧的部分设置有外螺纹，进气口固定件的上端和下端分别与上盖和底板通过螺栓连接，进气口固定件中部设置螺纹开口，通过该螺纹开口与插入上盖进气口的环形体螺纹连接。进气口固定件朝向机壳100内部的一侧设置圆形凹口，凹口内插接风道组件的直通部11一端，且该凹口两侧对称预留螺孔，通过该螺孔从两侧固定直通部11插接进入进气口固定件的端部部分。

该结构的好处在于，通过进气口固定件，可以在其安装位置同时对其四周的结构体进行固定，包括与上盖和底板的固定，还有对风道组件和机壳进气口位置的固定。让整个装置具有一定的防拆作用，且一旦出现底板松脱的情况，内部的重要元器件不会直接脱落。

实施例4

参见图7-图9在上述实施例的基础上，探头组件3还包括与金属探头32对应设置有探头保护罩34；探头保护罩34内设置有采集电路板35，采集电路板35为检测仪采集电路的硬件载体，采集电路板35上固定设置金属探头32，金属探头32的轴线与采集电路板35的板面垂直；金属探头32既与采集电路板电性连接，作为采集电路的采集端，又与采集电路板35结构性固定连接，即金属探头32和采集电路板35为一体式结构；

探头保护罩34包括相互连接的内罩体341和外罩体342，内罩体341位于金属探头32检测端的一侧，内罩体341上与金属探头32对应开设有金属探头通孔343，金属探头32远离采集电路板35的一端，延伸至金属探头通孔343远离采集电路板35的一侧，内罩体341远离采集电路板35的一侧与负离子检测仪金属探头32的风道组件相贴；

采集电路板35的板体上，环绕金属探头32与采集电路板35的连接处开设有“C”形的观察孔36。

金属探头32的朝向与采集电路板35安装有电子元器件的一侧为同侧。

通过本方案的结构在安装负离子检测仪金属探头相关组件时，可先将内罩体341先与负离子检测仪的风道结构对接组合，从而通过预留的金属探头通孔343来确定金属探头32的安装位置，然后通过目测将金属探头32与风道结构的探头固定件对齐，在现有加工作业的过程中，这一步骤需要非常小心，如果采集电路板35和金属探头32为分体式结构，那么就需要首先安装金属探头32，这样便于金属探头32安装，但是需要人工焊接金属探头32和采集电路板35，焊接过程比较不方便。而如果采用预先组装好的探头和电路板组合，则容易导致因为电路板阻挡视线而难以观察探头安装位。所以通过本方案的观察孔36可以更好帮助组装工人对金属探头32进行安装定位。

实施例5

在实施例3的基础上，金属探头32为弹簧伸缩杆体；

金属探头32包括套接的内杆与外杆，外杆一端与采集电路板35固定连接，内杆位于外杆内部的一端和外杆内底端之间通过弹簧连接。弹簧伸缩杆体的金属探头32则是进一步避免在安装时因为手工操作导致没有对齐安装孔的情况下降低金属探头32损坏的可能性，当组装工人没有对齐金属探头32与探头固定件上的安装孔时，内杆可以小幅度收缩，而不会被挤压弯折，组装工人调整好安装位置后，金属探头32可以通过弹簧伸展自动复位。

实施例6

在实施例4的基础上，内罩体341上还设置有若干用于定位安装内罩体341和负离子检测仪风道组件组合连接的定位孔344；

定位孔344设置有四个，环绕金属探头通孔343开设。

探头保护罩34的罩体一侧开设有走线孔37。

探头保护罩34为矩形体，金属探头通孔343开设在内罩体341面积最大的侧壁上，且金属探头通孔343开设在该侧壁中截面的一侧；

走线孔37开设在探头保护罩34远离金属探头通孔的一侧。

通过上述结构，将走线孔37设置在罩体一侧，通过对采集电路板35的电路布局，结合罩体结构，将连接线集中在较为远离金属探头32的位置上，降低电信号可能存在的干扰。

内罩体341和外罩体342的连接孔位于金属探头通孔343所在面的相邻面上。即内外罩体对应连接孔的连接螺栓轴线和探头保护罩34小面积壁是垂直的，该设置结构可以减少因为螺栓自身长度对罩体结构厚度的影响，可以让罩体结构成为一个较为扁窄的形体，节省整个设备的内部空间。

实施例7

在上述实施例的基础上，内部电路模块包括控制模块，及分别与控制模块电连接的显示模块、信号采集模块、及为各个组成部分供电的供电模块，显示屏200与显示模块，形成数据通路，控制面板与控制模块连接，形成控制回路，信号采集模块与金属探头32电连接，构成采集通路；

采集通路包括依次电连接的I-V转换模块、一级滤波电路、电压二次放大电路、二级滤波电路、A/D转换模块，I-V转换模块的输入端与采集探头32电连接，A/D转换模块的输出端与控制模块的输入端电连接；其中，关于电压二次放大电路，因为在I-V转换模块中，电流转电压时已经进行了一次放大，所以在一级滤波之后再次进行放大，称为电压二次放大电路；

为了收集单位空间内的负离子，供电模块与风道组件的直通部11筒壁电连接，供电模块为直通部11筒体施加负电压，形成一个负电场，使负离子发生偏转而被完全收集，为了消除杂波带来的误差以及数据的波动，供电模块和直通部11之间设置有带通滤波电路；由控制模式选择一段特定频率的信号电压，加在负氧离子采集管的外壁上；此处的特定频率的极性电压的要求为，产生的极性电压纹波要小于50MV。

I-V转换模块为高阻抗I-V转换电路，I-V转换模块的输入端连接离子收集器的输出端，I-V转换电路中运算放大器的输入电流为离子收集器的输出电流。采用电流电压转换法(I-V)中的高阻抗转化法，该方法原理简单，性能稳定，灵敏度高，其中高阻抗转化法的分辨率高，线性度好，适用于测量更加微弱的直流信号。

I-V转换模块中运算放大器的输入电阻为10G的大电阻。

带通滤波电路包括串联的高通滤波电路和低通滤波电路，高通滤波电路包括稳压二极管，该稳压二极管的负极一侧设置有一个接地电感，正极一侧设置有一个接地电容。接地电感，作用效果就相当于一个电阻，而且电抗是随着交流电的频率的增大而增大的。把电感接地，其中的低频成分就会通过电感落地，相当于短路但是这种短路对电路时无影响的，但是高频成分无影响或影响很小。此处的接地电感根据需要极性电压所控制的波形来选定。

低通滤波电路为无源低通滤波电路。通过加入低通滤波电路，把其中的高频成分通过电容落地，而低频成分可以基本上无损失的通过电路。经过两个电路的结合，可以选择出特定频率的电压信号。临界频率计算公式为：

离子收集器输出的电流的范围为fA～nA。该电流跨越了六个数量级。可对微弱信号进行采集。

I-V转换模块的运算放大器芯片型号为INA 116。

采用高阻抗转换法进行离子收集器输出电流信号检测电路的设计，其输入电阻为10G的大电阻。由于待测电流非常小，进行电路设计时还需要考虑运放各参数的影响，其中，偏置电流越小测量结果越准确；失调电压是直接叠加到输出电压中的，因此要选择失调电压尽量小的运算放大器；运放的电流噪音是无法克服的，一般认为最小测试电流为电流噪音的3倍，所以运算放大器的电流噪音也要尽量小。最终选用INA 116芯片进行I-V转换电路的设计。

INA116具有极低的输入偏置电流和特殊保护技术，在25℃下产生约3fA的输入偏置电流，在85℃下约只有25fA，通过连接外部电阻它的三运算放大器拓扑允许增益从1到1000。INA 116可在16针塑料浸渍和SOL-16表面贴装封装中使用，规定温度为-40℃至85℃。

I-V转换模块的运算放大器芯片所在的电路板上开设有观察孔36，即观察孔36开设在INA116芯片所在的电路板上，I-V转换模块的运算放大器芯片的输入端连接金属探头32，金属探头32为“L”形的弯折状，包括与I-V转换模块的运算放大器芯片的输入端电连接的直杆部，和架空设置在观察孔36中部的伸缩杆部，金属探头32的伸缩杆部为弹簧伸缩杆。

对于观察孔36而言，通过这样的结构方式一方面在设备进行组装时比较方便安装，另一方面可以让采集探头32在接收信号的过程中极大的避免电路其他元件的干扰。最终设计得到稳定的I-V转换电路以及电路板设计。

为了扩大检测量程及精度，电压二次放大电路连接高低量程自动切换电路，在电压二次放大电路的放大器的特定引脚通过继电器选择不同的电阻相连，实现量程的变化。电压二次放大电路上，增加了高低量程自动切换功能以及相应的电路设计，实现了在负离子高浓度或低浓度环境中均可自动检测，通过右侧CTRL1管脚来控制高低量程的导通。

实施例8

本方案还提供一种空气负离子浓度检测方法，包括如下步骤：

S1、构建进风风道和排风风道，进风风道为同轴设置结构体；排风风道和进风风道连通，排风风道和进风风道的轴线相交，即排风风道和进风风道不在同一直线上；

S2、将负离子采集探头与进风风道的内层结构电连接，并对外层结构施加负电压；

S3、将待测气体引入进风风道，通过采集探头及进风风道的内层结构对负离子进行采集；

S4、通过对采集结果进行转化，以数字形式输出。

进风风道的外层结构体为筒形，内层结构体为与外层结构体同轴的杆体；

进风风道和排风风道轴线的夹角为90°。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种负离子检测仪，包括机壳（100），机壳（100）上开设有进气口（101）和出气口（102），机壳（100）内部对应进气口（101）和出气口（102）设置有风道组件，风道组件内预设负离子检测探头接口，风道组件与探头组件（3）连接，机壳（100）外侧面设置有显示屏（200）、控制面板及外部接口（300）；

所述风道组件包括构成通道的壳体（1），及与壳体（1）连通的风扇（2），所述壳体（1）连接所述探头组件（3），所述探头组件（3）、风道组件、显示屏（200）及控制面板均和机壳（100）内的内部电路模块电连接，其特征在于，所述壳体（1）为由直通部（11）和排风部（12）组成的弯折管体，所述排风部（12）位于直通部（11）的一侧；所述直通部（11）一端为进风端，开设有进风口，直通部（11）与所述排风部（12）对应开设有排风口（13），排风口（13）开设在所述直通部（11）的侧面，所述排风口（13）的轴线与所述直通部（11）的轴线在机壳（100）底面的投影相交；

所述直通部（11）远离进风口的一端连接所述探头组件（3），所述探头组件（3）的感应端延伸至所述直通部（11）内部；

所述探头组件（3）包括设置在所述直通部（11）内的金属组件（31），及与金属组件（31）一端连接的金属探头（32），所述金属组件（31）为杆状体，所述金属组件（31）位于所述直通部（11）内部，所述金属组件（31）的轴线与所述排风口（13）的轴线相交；

所述探头组件（3）还包括与所述金属探头（32）对应设置有探头保护罩（34）；探头保护罩（34）内设置有采集电路板（35），采集电路板（35）上固定设置所述金属探头（32）；

所述探头保护罩（34）包括相互连接的内罩体（341）和外罩体（342），内罩体（341）位于金属探头（32）检测端的一侧，内罩体（341）上与金属探头（32）对应开设有金属探头通孔（343），金属探头（32）远离所述采集电路板（35）的一端，延伸至所述金属探头通孔（343）远离采集电路板（35）的一侧；

所述采集电路板（35）的板体上，环绕所述金属探头（32）与采集电路板（35）的连接处开设有“C”形的观察孔（36）；

所述内部电路模块包括控制模块，及分别与控制模块电连接的显示模块、信号采集模块、及为各个组成部分供电的供电模块，所述信号采集模块与所述金属探头（32）电连接，构成采集通路；

所述采集通路包括依次电连接的I-V转换模块、一级滤波电路、电压二次放大电路、二级滤波电路、A/D转换模块，所述I-V转换模块的输入端与金属探头（32）电连接，所述A/D转换模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接；

所述供电模块与所述风道组件的直通部（11）筒壁电连接，供电模块为直通部（11）筒体施加负电压，所述供电模块和直通部（11）之间设置有带通滤波电路；

所述I-V转换模块的运算放大器芯片所在的电路板上开设有所述观察孔（36），所述I-V转换模块的运算放大器芯片的输入端连接所述金属探头（32），所述金属探头（32）为“L”形的弯折状，包括与所述I-V转换模块的运算放大器芯片的输入端电连接的直杆部，和架空设置在所述观察孔（36）中部的伸缩杆部。

2.根据权利要求1所述的负离子检测仪，其特征在于，所述壳体（1）为“L”形，所述排风部（12）位于所述直通部（11）的一端；

所述直通部（11）远离所述排风部（12）的一端为进风端，开设所述进风口，所述直通部（11）靠近所述排风部（12）的一端与所述排风部（12）对应开设所述排风口（13）；

所述金属探头（32）位于所述直通部（11）靠近所述排风口（13）的轴向端部。

3.根据权利要求1所述的负离子检测仪，其特征在于，所述金属探头（32）为弹簧伸缩杆体；

所述金属探头（32）包括套接的内杆与外杆，外杆一端与所述采集电路板（35）固定连接，内杆位于外杆内部的一端和外杆内底端之间通过弹簧连接。

4.根据权利要求1所述的负离子检测仪，其特征在于，所述带通滤波电路包括串联的高通滤波电路和低通滤波电路，所述高通滤波电路包括稳压二极管，该稳压二极管的负极一侧设置有一个接地电感，正极一侧设置有一个接地电容。

Images