CN111982970B - 一种小尺寸便携式空气离子检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小尺寸便携式空气离子检测仪，其特征在于：外壳，是由壳体和背板构成的中空封闭结构；采集部，由两个弧形薄板置于壳体内组成采集管道，分别为收集极板和极化极板，在收集极板和极化极板之间存在收集空气离子的极化电压；检测电路，检测电路板固定在壳体的卡槽上，检测电路板通过导线与采集部相连；动力部，设置在采集管道的入口处，将空气由外壳外送入到采集管道之内；空气中的离子在极化电场的作用下被收集极板所吸引，所产生电流信号被检测电路板采集，检测电路板将放大后的电压信号转化为数字信号传输给单片机进行数据处理。本发明能够有效避免管内流场分布不均产生的误差，且大大缩减装置尺寸，便于清洗与携带。

Description

一种小尺寸便携式空气离子检测仪

技术领域

本发明涉及空气离子检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种小尺寸便携式空气离子检测仪。

背景技术

空气负离子是空气中的带负电荷的气体分子或气团的总称，其具有杀菌、除尘、除臭、降沉空气中的PM2.5及更小粒径的超细颗粒物的作用。研究表明，空气负离子对人体有清除体内自由基，缓解疲劳等作用，在医学界被称为“空气维生素”。空气负离子一般在森林、瀑布、山川等自然环境中浓度较高，所以空气负离子浓度在日常生活中可以作为评判空气质量的直接指标。

目前，空气离子收集器主要有平行极板式，球型，同轴圆筒式，其检测原理均为给空气离子一个电场环境，在风扇的带动下，空气离子获得一个初速度，在电场中发生偏转。离子收集器中产生电场的两个极板分别叫做极化电极和收集电极。给两极板施加极化电压，空气离子在电场的作用下打在收集电极上，从而产生一个微电流。

具体地，平行极板式有两个或者两个以上的极板组成，这种结构的离子采集率低，流场分布不均，且检测装置尺寸大，不具有便携性；球型离子收集器采用球形金属作为探头，因而占用空间小，便于空间等离子体的定点测量。但其多用于空气离子浓度较高的地方，检测适用范围较小；同轴圆筒式用一个金属圆筒和圆筒内的中心电极完成对离子的采集。这种方式与风扇形状契合，流场分布情况较好，其尺寸相对平行极板式较小，但对于便携装置来说尺寸仍然太大。并且由于风扇的作用，离子以旋转路径被采集，对检测到的数据有一定影响。圆筒式的结构在内部必须有绝缘材质支撑，在长期运行后，灰尘和飞絮吸附在装置内部，对绝缘支撑结构的阻值和检测极板本身都会有影响，从而严重影响检测精度。同轴圆筒式由于其本身结构限制，难以对装置进行清洗。

上述现有装置共同的缺点是采集装置中的流场分布均为层流，空气负离子被极化电压从众多空气粒子中分离。采用上述方式采集要求装置内的流场分布稳定，流场不稳定对检测精度有极大的影响，并需要有足够的时间分离出空气负离子，对装置的要求比较高。

因此，基于现有技术中存在的缺陷，有必要设计一中尺寸小、检测精度高、方便清洁、受流场影响小的空气离子检测仪以解决上述问题。

发明内容

根据上述提出现有的采集装置尺寸大、流场分布稳定性及检测装置本身存在的技术问题，而提供一种小尺寸便携式空气离子检测仪。本发明主要采用可拆卸的弧形薄板构成的弯曲采集管道减小装置的轴向尺寸，同时弯曲的采集管道对空气离子进行有效的捕获并能保证检测精度，进一步地，可拆卸设计便于长期使用后的清洗工作。

本发明采用的技术手段如下：

一种小尺寸便携式空气离子检测仪，其特征在于，包括：

外壳，是由壳体和背板构成的中空封闭结构；

采集部，由两个弧形薄板置于所述壳体内组成采集管道，分别为收集极板和极化极板，在所述收集极板和所述极化极板之间存在收集空气离子的极化电压；

检测电路，检测电路板固定在所述壳体的卡槽上，所述检测电路板通过导线与采集部相连；

动力部，设置在所述采集管道的入口处，将空气由外壳外送入到所述采集管道之内；

空气中的离子在极化电场的作用下被所述收集极板所吸引，所产生电流信号被检测电路板采集，所述检测电路板将放大后的电压信号转化为数字信号传输给单片机进行数据处理。

进一步地，所述收集极板和所述极化极板均为1/4圆弧形薄板，并且与所述壳体固定后构成采集管道，所述采集管道为弯管。

进一步地，所述壳体和所述背板为可拆卸连接；所述背板通过紧固件与所述壳体安装在一起，与所述壳体和极板形成封闭空间。

进一步地，所述壳体的内壁上分别设有用于卡接所述采集部、所述检测电路以及所述动力部的卡槽。

进一步地，所述收集极板为可拆卸结构，所述收集极板的尾端设有用于与所述背板上设置的卡扣配合的卡合弯折结构，通过卡扣固定在背板上。

进一步地，所述卡扣固定在所述背板上，为一个可活动部件，所述卡扣与所述背板之间通过连接轴相连且通过弹簧给所述卡扣施加逆时针的力矩。

进一步地，所述卡扣与所述卡合弯折结构相配合的接触面为圆柱面。

进一步地，被检测出的空气中的离子数满足如下公式：

其中：n为单位体积空气离子数，I为采集管道检测到的电流，q为单位电荷量1.6x10¹⁶C，S为采集管道的截面积，v为离子通过采集管道入口时的速度。

较现有技术相比，本发明的结构包括由收集极板和极化极板构成的采集部、动力部、检测电路和壳体。其中，所述收集极板和背板通过卡扣组装在一起，与极化极板组成采集通道。检测电路在实现放大滤波功能的同时为动力部及采集部提供极化电压，即在收集极板与极化极板之间存在收集空气离子的极化电压；采用风扇作为动力部，固定在采集管道的入风口处，将空气送入采集管道中，空气中的离子在极化电场的作用下被收集极板所吸引，所产生电流信号被检测电路板采集，采集到由空气离子引起的电流变化之后，该弱电流信号传输给所述检测电路板，将放大后的电压信号转化为数字信号传输给单片机进行数据处理。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供的小尺寸便携式空气离子检测仪排除了采集管道内空气流动状态为湍流时的影响，其检测到的数值仅与入口处的空其流量有关，有效的避免管内流场分布不均匀产生的误差，提高了检测精度。

2、本发明提供的小尺寸便携式空气离子检测仪采用弯曲的采集管道可减小装置的轴向尺寸，从而使整个装置便携化。

3、本发明提供的采集管道的收集电极可单独拆卸，方便在长期使用后的清洗，维护人员无需将装置拆开，只需取出收集极板即可。

4、本发明提供的小尺寸便携式空气离子检测仪将空气粒子直接打在极板上的方式可降低管路的极化电压，装置的功耗较小。

综上，本发明具有便携，小巧，易清洗维护等优点，实现了检测装置的长期使用。基于上述理由本发明可在空气离子检测等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明小尺寸便携式空气离子检测仪的结构剖视图。

图2为本发明小尺寸便携式空气离子检测仪中收集极板与背板卡接固定的局部放大图。

图3为本发明小尺寸便携式空气离子检测仪的示意图。

图4为本发明小尺寸便携式空气离子检测仪的后视图。

图5为本发明小尺寸便携式空气离子检测仪的壳体卡槽示意图。

图中：1、收集极板；2、极化极板；3、风扇；4、壳体；5、卡扣；6、背板；7、检测电路板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种小尺寸便携式空气离子检测仪，包括：

外壳是由壳体4和背板6构成的中空封闭结构，壳体4为矩形中空壳体，与安装动力部相对的一侧为开口侧；所述壳体4和所述背板6为可拆卸连接；所述背板6通过紧固件与所述壳体4安装在一起，与所述壳体4和极板形成封闭空间。壳体4和背板6选用可以屏蔽电磁干扰的金属材质。

如图5所示，所述壳体4相对的两侧立板的内壁上分别设有用于卡接所述采集部、检测电路以及动力部的卡槽，方便各部件安装于拆卸。卡槽与极板之间间隙较小，保证装置运行时极板不晃动同时极板在清洁时又方便被取出。

采集部，由两个弧形薄板置于所述壳体4内组成采集管道，分别为收集极板1和极化极板2，在所述收集极板1和所述极化极板2之间存在收集空气离子的极化电压；优选方案，所述收集极板1和所述极化极板2均为1/4圆弧形薄板，并且与所述壳体4固定后(卡接在卡槽后)构成采集管道，所述采集管道为弯管。

收集极板1和所述极化极板2制作成1/4圆弧状，这样空气离子可以直接打在极板上，从而可以忽略离子迁移率的影响。离子不再以从众多空气粒子中分离的方式被捕获到极板上，而是所有空气粒子一起打在收集极板1上。在检测空气负离子时，收集极板1带正电；在检测空气正离子时，收集极板1带负电。由此可以大大缩减传感器尺寸，如图3所示，实际产品的外形尺寸可以做到50mm*30mm*20mm。小尺寸的空气离子检测装置可以方便携带，并且可集成到多数值检测的装置中。应当理解的是，本发明采用圆弧状的采集管道完成对空气离子的采集，但本发明不限与此，任何以弯曲形状采集管使空气粒子直接打在电极上的装置即可实现本发明的采集过程。

如图2所示，所述收集极板1为可拆卸结构，所述收集极板1的尾端设有用于与所述背板6上设置的卡扣5配合的卡合弯折结构，通过卡扣5固定在背板6上。在收集极板1安装进壳体4之后可以与收集极板1上的卡合弯折结构配合固定住收集极板1。如图4所示，所述卡扣5固定在所述背板6上，为一个可活动部件，所述卡扣5与所述背板6之间通过连接轴9相连且通过弹簧8给所述卡扣5施加逆时针的力矩。所述卡扣5与所述卡合弯折结构相配合的接触面为圆柱面。

检测电路，检测电路板7固定在所述壳体4的卡槽上，在空间位置上，位于收集极板1的上方，采集部的两个极板通过两条导线分别与所述检测电路板7相连；检测电路板7在实现放大滤波功能的同时为风扇3及两极板提供极化电压。壳体4对上述的其他部件起到保护作用和屏蔽电磁干扰的功能。

动力部，如图3所示，本实施例中采用风扇3作为动力源，设置在所述采集管道的入口处，将空气由外壳外送入到所述采集管道之内；空气中的离子在极化电场的作用下被所述收集极板1所吸引，所产生电流信号被检测电路板7采集，所述检测电路板7将放大后的电压信号转化为数字信号传输给单片机进行数据处理。

实施例1

如图1所示，装置运行时，风扇3转动将空气从采集管的入口处吹入，空气粒子打到收集极板1上，其中，带电的空气离子吸附在收集极板1，由此在检测的两极板之间产生一个微小的电流。此微小电流传输给检测电路板7经过信号的电流电压转换、放大滤波、模数转换等模块转化为最终的检测值。

在采集部采集到由空气离子引起的电流变化之后，该弱电流信号传输给检测电路板7，将放大后的电压信号转化为数字信号传输给单片机进行数据处理。由于采集管内形成的是一个相对稳定的电场，为维持这种稳定状态，壳体4采用可以屏蔽电磁干扰的金属材料制成，使检测到的数值更加的稳定可靠。

收集极板1和极化极板2均采用导电性良好的薄铜片制成。收集极板1上加工有与卡扣5相配合的卡合弯折结构。此卡合弯折结构在采集管道中相对凸起，此凸起在装置运行过程中并不影响离子的采集。空气流经凸起的卡扣5位置时，在其靠进气口的位置形成一个高压区，其靠出气口方向的位置形成负压区。高压区的空气粒子绝大多数打在卡扣5上，而少量脱离的空气粒子在负压区内被吸到卡扣5上。所以，卡扣5的存在并不影响本装置的检测结果。该凸起使流场的零压面出现在装置内部，即空气粒子相比无卡扣存在时更好的被收集。

如图2和图4所示，卡扣5与卡合弯折结构相配合的接触面被加工成圆柱面，这样可以方便卡扣的开合。卡扣5与背板6之间有轴相连并通过弹簧给卡扣施加逆时针的力矩。在装置长期运行之后，收集极板1可能由于沾染灰尘等影响到检测结果。此时将背板6上的卡扣5扣起，从装置出风口处(图3所示的下部空间)即可以将收集极板1取出，可对收集极板1进行简单的清洁，使装置能够长期运行。在安装时只需要将收集极板1沿着壳体上的卡槽推入即可，整个过程方便快捷。

如图3和图4所示，装置除采集管道之外，其他部分均与壳体4密封起来。若装置内部的某一部分出现了故障，可将背板6拆下，对装置内部维修。背板6与壳体4之间采用螺栓紧固，对内部装置进行良好的保护。将背板6拆下之后，可以取出检测电路板7。装置整体采用外部供电。

如图5所示，表示了壳体4上加工的卡槽，卡槽将收集极板1、极化极板2、风扇3、检测电路板7固定在壳体4内。由于极板都设计成圆弧状，所以在出风口处就可以将极板装入。

本发明提供的检测仪对空气中的离子数检测，满足如下公式：

其中：n为单位体积空气离子数，单位个/cm³；I为采集管道检测到的电流，单位A；q为单位电荷量1.6x10¹⁶C，S为采集管道的截面积，单位cm²；v为离子通过采集管道入口时的速度，即采集管入口处的空气流速，单位cm/s。

本发明的实际检测数值与理论数值吻合。进一步地，装置在安装时以出风口不朝上的方式安装均可，以防止在装置不运行时，空气中的灰尘落入采集管之内增加清洗收集极板的频率。应当理解本装置尺寸同样适合用户随身携带。

综上所述，本发明具有小尺寸，易携带的特点。采用平行的圆弧形极板对空气离子进行捕获有效的缩减了装置的尺寸，并能保证检测精度。在装置内期望流场分布尽量紊乱，所以同样避免了风扇造成的气流旋转效应的影响。且装置卡扣的设计能够在不拆解装置的情况下方便的对收集极板进行清理，操作简单便捷。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种小尺寸便携式空气离子检测仪，其特征在于，包括：

外壳，是由壳体(4)和背板(6)构成的中空封闭结构；

采集部，由两个弧形薄板置于所述壳体(4)内组成采集管道，分别为收集极板(1)和极化极板(2)，在所述收集极板(1)和所述极化极板(2)之间存在收集空气离子的极化电压；

检测电路，检测电路板(7)固定在所述壳体(4)的卡槽上，所述检测电路板(7)通过导线与采集部相连；

动力部，设置在所述采集管道的入口处，将空气由外壳外送入到所述采集管道之内；

空气中的离子在极化电场的作用下被所述收集极板(1)所吸引，所产生电流信号被检测电路板(7)采集，所述检测电路板(7)将放大后的电压信号转化为数字信号传输给单片机进行数据处理；

所述收集极板(1)和所述极化极板(2)均为1/4圆弧形薄板，并且与所述壳体(4)固定后构成采集管道，所述采集管道为弯管；

所述壳体(4)和所述背板(6)为可拆卸连接；所述背板(6)通过紧固件与所述壳体(4)安装在一起，与所述壳体(4)和极板形成封闭空间；

所述壳体(4)的内壁上分别设有用于卡接所述采集部、所述检测电路以及所述动力部的卡槽；

所述收集极板(1)为可拆卸结构，所述收集极板(1)的尾端设有用于与所述背板(6)上设置的卡扣(5)配合的卡合弯折结构，通过卡扣(5)固定在背板(6)上；

所述卡扣(5)固定在所述背板(6)上，为一个可活动部件，所述卡扣(5)与所述背板(6)之间通过连接轴(9)相连且通过弹簧(8)给所述卡扣(5)施加逆时针的力矩；

所述卡扣(5)与所述卡合弯折结构相配合的接触面为圆柱面。

2.根据权利要求1所述的小尺寸便携式空气离子检测仪，其特征在于，被检测出的空气中的离子数满足如下公式：

其中：n为单位体积空气离子数，单位个/cm³；I为采集管道检测到的电流，单位A；q为单位电荷量1.6x10¹⁶C，S为采集管道的截面积，单位cm²；

v为离子通过采集管道入口时的速度，即采集管入口处的空气流速，单位cm/s。