CN112924343A - 外接式气体检测装置 - Google Patents

Abstract

外接式气体检测装置，包含：一壳体；一气体检测模块，设置于该壳体内，检测由该壳体外导入的气体以获得一气体信息；以及一外接连接器，连接设置于该壳体上，提供外部电源的连接而启动该气体检测模块的运作，并提供该气体信息而达成该气体信息的对外传输。

Description

外接式气体检测装置

技术领域

本案关于一种外接式气体检测装置，尤指一种极薄型的外接式气体检测装置。

背景技术

悬浮微粒是指气体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。近年来，气体污染问题渐趋严重，尤其是细悬浮微粒(例如：PM2.5)的浓度数据常常过高，气体悬浮微粒浓度的监测渐受重视，但由于气体会随风向、风量不稳定的流动，而目前检测悬浮微粒的气体品质监测站大都为定点，所以根本无法确认当下周遭的悬浮微粒浓度。

又，现代人对于生活周遭的气体品质的要求愈来愈重视，例如一氧化碳、二氧化碳、挥发性有机物(Volatile Organic Compound，VOC)、PM2.5、一氧化氮、一氧化硫等等气体，甚至于气体中含有的微粒，都会在环境中暴露影响人体健康，严重的甚至危害到生命。因此环境气体品质好坏纷纷引起各国重视，如何检测气体品质去避免、远离气体品质不佳的区域，是当前重视的课题。

如何确认气体品质的好坏，利用一种气体传感器来检测周围环境气体是可行的，若又能即时提供检测信息，警示处在环境中的人，使其能够即时预防或逃离，避免遭受环境中的气体危害而造成人体健康影响及伤害，利用气体传感器来检测周围环境可说是非常好的应用。

可携式装置为现代人外出皆会携带的行动装置，因此将气体检测模块嵌设于可携式装置上来实施检测周围环境的气体，十分受到重视，特别是目前的可携式装置的发展趋势为轻、薄，如何将气体检测模块薄型化且组设于可携式装置的应用，是本案所研发的重要课题。因此需要一个微型且方便携带的外接式气体检测装置来供使用者可无时无刻、随时随地的检测周遭的悬浮微粒浓度及气体品质。

发明内容

本案的主要目的是提供一种外接式气体检测装置，借由气体检测模块嵌设于外接式气体检测装置内，可随时检测使用者周围环境空气品质，即时将空气品质信息传递至外部传输装置上，获得气体检测的信息及一通报警示。

本案的一广义实施态样为一种外接式气体检测装置，包含：一壳体；一气体检测模块，设置于该壳体内，检测由该壳体外导入的气体以获得一气体信息；以及一外接连接器，连接设置于该壳体上，提供外部电源的连接而启动该气体检测模块的运作，并提供该气体信息而达成该气体信息的对外传输。

附图说明

图1A为本案外接式气体检测装置一实施例的外观示意图。

图1B为本案外接式气体检测装置另一实施例的气体检测传输模块的外观示意图。

图1C为本案外接式气体检测装置另一实施例的气体检测传输模块与外接连接器组配关系的外观示意图。

图1D为本案外接式气体检测装置另一实施例的气体检测传输模块、外接连接器及壳体组配关系的外观示意图。

图1E为本案外接式气体检测装置另一实施例的外观示意图。

图2A为本案气体检测模块的外观立体示意图。

图2B为本案气体检测模块另一角度的外观立体示意图。

图2C所示为本案气体检测模块的分解立体示意图。

图3A所示为本案气体检测模块的基座立体示意图。

图3B所示为本案气体检测模块的基座另一角度立体示意图。

图4所示为本案气体检测模块的基座容置激光组件及微粒传感器时的立体示意图。

图5A所示为本案气体检测模块的压电致动器结合基座时的分解立体示意图。

图5B所示为本案气体检测模块的压电致动器结合基座时的立体示意图。

图6A所示为本案气体检测模块的压电致动器分解立体示意图。

图6B所示为本案气体检测模块的压电致动器另一角度分解立体示意图。

图7A所示为本案气体检测模块的压电致动器结合于导气组件承载区时的剖面示意图。

图7B及图7C为图7A的压电致动器作动示意图。

图8A至图8C为气体检测模块的气体路径示意图。

图9所示为本案气体检测模块的激光组件发射光束路径示意图。

图10A所示为本案气体检测模块的微机电泵剖面示意图。

图10B所示为本案气体检测模块的微机电泵分解示意图。

图11A至图11C所示为本案气体检测模块的微机电泵作动示意图。

图12为本案外接式气体检测装置的控制电路单元与相关构件配置关系方块示意图。

附图标记说明

100：外接式气体检测装置

100A：气体检测传输模块

10：壳体

10a：进气通道

10b：出气通道

20：气体检测模块

30：外接连接器

30a：交流电适配器

30b：USB连接端口

40：控制电路单元

40a：微处理器

40b：通信器

40c：电源模块

50：外部连接装置

60：外部传输装置

70：供电装置

1：基座

11：第一表面

12：第二表面

13：激光设置区

14：进气沟槽

14a：进气口

14b：透光窗口

15：导气组件承载区

15a：通气孔

15b：定位凸块

16：出气沟槽

16a：出气口

16b：第一区间

16c：第二区间

17：光陷阱区

17a：光陷阱结构

2：压电致动器

21：喷气孔片

210：悬浮片

211：中空孔洞

212：空隙

22：腔体框架

23：致动体

231：压电载板

2311：压电接脚

232：调整共振板

233：压电板

24：绝缘框架

25：导电框架

251：导电接脚

252：导电电极

26：共振腔室

27：气流腔室

2a：微机电泵

21a：第一基板

211a：流入孔

212a：第一表面

213a：第二表面

22a：第一氧化层

221a：汇流通道

222a：汇流腔室

23a：第二基板

231a：硅晶片层

2311a：致动部

2312a：外周部

2313a：连接部

2314a：流体通道

232a：第二氧化层

2321a：振动腔室

233a：硅材层

2331a：穿孔

2332a：振动部

2333a：固定部

2334a：第三表面

2335a：第四表面

24a：压电组件

241a：下电极层

242a：压电层

243a：绝缘层

244a：上电极层

3：驱动电路板

4：激光组件

5：微粒传感器

6：外盖

61：侧板

61a：进气框口

61b：出气框口

7a：第一挥发性有机物传感器

7b：第二挥发性有机物传感器

D：光陷阱距离

H、H1：厚度

L、L1：长度

W、W1：宽度

具体实施方式

体现本案特征与优点的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。

请参阅图1A至图1E、图2A至图2C以及图12所示，本案提供一种外接式气体检测装置100包含一壳体10、一气体检测模块20及一外接连接器30，其中壳体10设有一进气通道10a及一出气通道10b，而气体检测模块20设置于壳体10内，将壳体10外气体通过进气通道10a导入以获得一气体信息，再通过出气通道10b将检测后气体导出壳体10外部，以及外接连接器30连接设置于壳体10上，提供外部电源的连接而启动气体检测模块20的运作，以及提供气体信息而获得气体信息的对外传输。外接连接器30可为一USB连接端口、一mini USB连接端口、一Micro USB连接端口、一USB Type C连接端口、一交流电适配器(AC adapter)、一直流(DC)电源转接头、一电源接头、一端子接头的其中之一或其组合。本实施例中，如图1A所示，外接连接器30可为一交流电适配器(AC adapter)30a与一USB连接端口30b的母座形式组合，交流电适配器30a能够插置于一外部插座(未图示)上并与其电连接，以提供外部电源的连接而启动气体检测模块20的运作，而气体检测模块20检测气体并提供气体信息，再通过USB连接端口30b连接外部连接装置50(如行动装置)，提供气体信息而达成气体信息的对外传输。

又，如图1B及图12所示，外接式气体检测装置100进一步包含一控制电路单元40，控制电路单元40上并设有一微处理器40a、一通信器40b及一电源模块40c，与其作电性连接。为使外接式气体检测装置100符合轻薄微小化、可简易携带的趋势，本案在设计上让气体检测模块20整体结构厚度降低，再组装结合控制电路单元40以形成一气体检测传输模块100A，此气体检测传输模块100A的长度L1介于35mm～55mm之间，宽度W1介于10mm～35mm之间，厚度H1介于1mm～7.5mm之间，有利于组构如图1B所示的小型化气体检测传输模块100A。借此如图1C所示，气体检测传输模块100A再组配外接连接器30构成电性连接，再通过壳体10包覆并加以保护，而外接连接器30外露去作电性连接(如图1D所示)，且壳体10设有进气通道10a及出气通道10b；因此如图12所示，电源模块40c能通过一供电装置70以无线传输接收储存一电能，使微处理器40a能够控制气体检测模块20的驱动信号而启动气体检测模块20的运作，而气体检测模块20设置于壳体10内，将壳体10外气体通过进气通道10a导入以获得一气体信息，再通过出气通道10b将检测后气体导出壳体10外部，微处理器40a并将气体检测模块20的气体信息转换成一检测数据储存，而通信器40b用以接收微处理器40a所输出检测数据，并能将检测数据对外通过通信传输至一外部传输装置60予以储存，促使外部传输装置60产生一气体检测的信息及一通报警示；或者，外接连接器30连接外部连接装置50(如行动装置)，提供外部电源的连接而启动该气体检测模块20的运作，气体检测模块20检测壳体10外气体获得一气体信息，微处理器40a并将气体检测模块20的气体信息转换成一检测数据储存，而外接连接器30通过与外部连接装置50连接，而将提供气体信息给外部连接装置50予以处理应用，促使外部连接装置50得以通过通信传输对外传输至一外部传输装置60予以储存，促使外部传输装置60产生一气体检测的信息及一通报警示。

上述之外部传输装置60可为一云端系统、一可携式装置、一电脑系统等；上述的通信传输可以是通过有线的通信传输，例如：USB连接通信传输，或者是通过无线的通信传输，例如：Wi-Fi通信传输、蓝牙通信传输、无线射频辨识通信传输、一近场通讯传输等。上述构成外接式气体检测装置100的长度L介于45mm～70mm之间，宽度W介于25mm～42mm之间，厚度H介于7mm～13mm之间，有利于组构如图1A至图1E所示符合轻薄微小化、可简易携带的设计。

如图2A至图2C所示，上述气体检测模块20包含一基座1、一压电致动器2、一驱动电路板3、一激光组件4、一微粒传感器5及一外盖6；其中，驱动电路板3封盖贴合于基座1的第二表面12，激光组件4设置于驱动电路板3上，并与驱动电路板3电性连接，微粒传感器5亦设置于驱动电路板3上，并与驱动电路板3电性连接，而外盖6为罩盖基座1，且贴附封盖于基座1的第一表面11上，又外盖6具有一侧板61，侧板61具有一进气框口61a及出气框口61b。当气体检测模块20设置于壳体10内时，进气框口61a对应到壳体10的进气通道10a，出气框口61b对应到壳体10的出气通道10b。

又如图3A及图3B所示，基座1具有一第一表面11、一第二表面12、一激光设置区13、一进气沟槽14、一导气组件承载区15及一出气沟槽16，第一表面11及第二表面12为相对设置的两个表面，激光设置区13自第一表面11朝向第二表面12挖空形成，进气沟槽14自第二表面12凹陷形成，且邻近激光设置区13，进气沟槽14设有一进气口14a，连通于基座1的外部，并与外盖6的进气框口61a对应，以及两侧壁贯穿一透光窗口14b，与激光设置区13连通；因此，基座1的第一表面11被外盖6贴附封盖，第二表面12被驱动电路板3贴附封盖，致使进气沟槽14与驱动电路板3共同定义出一进气路径。

上述的导气组件承载区15由第二表面12凹陷形成，并连通进气沟槽14，且于底面贯通一通气孔15a。上述的出气沟槽16设有一出气口16a，出气口16a与外盖6的出气框口61b对应设置，出气沟槽16包含由第一表面11对应于导气组件承载区15的垂直投影区域凹陷形成的一第一区间16b，以及于非导气组件承载区15的垂直投影区域所延伸的区域，且由第一表面11至第二表面12挖空形成的第二区间16c，其中，第一区间16b与第二区间16c相连以形成段差，且出气沟槽16的第一区间16b与导气组件承载区15的通气孔15a相通，出气沟槽16的第二区间16c与出气口16a连通；因此，当基座1的第一表面11被外盖6贴附封盖，第二表面12被驱动电路板3贴附封盖时，致使出气沟槽16、外盖6与驱动电路板3共同定义出一出气路径。

图4所示为基座容置激光组件及微粒传感器示意图，激光组件4及微粒传感器5皆设置于驱动电路板3上且于基座1内，为了明确说明激光组件4及微粒传感器5于基座1中的位置，故特意于图4中省略驱动电路板3，用以明确说明；在参阅图4及图2C，激光组件4将容设于基座1的激光设置区13内，微粒传感器5容设于基座1的进气沟槽14内，并与激光组件4对齐，此外，激光组件4对应到透光窗口14b，供激光组件4所发射的激光穿过，使激光照射至进气沟槽14内，而激光组件4所发出射出的光束路径为穿过透光窗口14b且与进气沟槽14形成正交方向。

上述的激光组件4所发射的投射光束通过透光窗口14b进入进气沟槽14内，照射进气沟槽14内的气体中所含悬浮微粒，光束接触到悬浮微粒时，会散射并产生投射光点，微粒传感器5接收散射所产生的投射光点进行计算，来获取气体中所含悬浮微粒的粒径及浓度的相关信息。其中微粒传感器5为PM2.5传感器。

又如图5A及图5B所示，上述的压电致动器2容设于基座1的导气组件承载区15，导气组件承载区15呈一正方形，其四个角分别设有一定位凸块15b，压电致动器2通过四个定位凸块15b设置于导气组件承载区15内，此外，导气组件承载区15与进气沟槽14相通，当压电致动器2作动时，压电致动器2汲取进气沟槽14内的气体，使气体进入压电致动器2，并将气体通过导气组件承载区15的通气孔15a，导入至出气沟槽16。

以及参阅图6A及图6B所示，上述的压电致动器2包含：一喷气孔片21、一腔体框架22、一致动体23、一绝缘框架24及一导电框架25。

上述的喷气孔片21为具有可挠性的材料制作，具有一悬浮片210、一中空孔洞211。悬浮片210为可弯曲振动的片状结构，其形状与尺寸大致对应导气组件承载区15的内缘，但不以此为限，悬浮片210的形状亦可为方形、圆形、椭圆形、三角形及多角形其中之一。中空孔洞211是贯穿于悬浮片210的中心处，以供气体流通。

上述的腔体框架22叠设于喷气孔片21，且其外型与喷气孔片21对应，致动体23叠设于腔体框架22上，并与腔体框架22、悬浮片210之间定义一共振腔室26，绝缘框架24叠设于致动体23，其外观与腔体框架22近似，导电框架25叠设于绝缘框架24，其外观与绝缘框架24近似，且导电框架25具有一导电接脚251及一导电电极252，导电接脚251自导电框架25的外缘向外延伸，导电电极252自导电框架25内缘向内延伸。此外，致动体23更包含一压电载板231、一调整共振板232及一压电板233，压电载板231承载叠置于腔体框架22上，调整共振板232承载叠置于压电载板231上，压电板233承载叠置于调整共振板232上，而调整共振板232及压电板233容设于绝缘框架24内，并由导电框架25的导电电极252电连接压电板233，其中，压电载板231、调整共振板232皆为可导电的材料所制成，压电载板231具有一压电接脚2311，压电接脚2311与导电接脚251连接驱动电路板3上的驱动电路(未图示)，以接收驱动信号(驱动频率及驱动电压)，驱动信号得以由压电接脚2311、压电载板231、调整共振板232、压电板233、导电电极252、导电框架25、导电接脚251形成一回路，并由绝缘框架24将导电框架25与致动体23之间阻隔，避免短路发生，使驱动信号得以传递至压电板233，压电板233接受驱动信号(驱动频率及驱动电压)后，因压电效应产生形变，来进一步驱动压电载板231及调整共振板232产生往复式地弯曲振动。

承上所述，调整共振板232位于压电板233与压电载板231之间，作为两者之间的缓冲物，可调整压电载板231的振动频率。基本上，调整共振板232的厚度大于压电载板231的厚度，且调整共振板232的厚度可变动，借此调整致动体23的振动频率。

请同时参阅图6A、图6B及图7A所示，喷气孔片21、腔体框架22、致动体23、绝缘框架24及导电框架25依序对应堆叠并设置定位于导气组件承载区15内，促使压电致动器2承置定位于导气组件承载区15内，并以底部固设于定位凸块15b上支撑定位，因此压电致动器2在悬浮片210及导气组件承载区15的内缘之间定义出空隙212。空隙212环绕于压电致动器2之外围，以供气体流通。

请再参阅图7A所示，上述的喷气孔片21与导气组件承载区15的底面间形成一气流腔室27。气流腔室27通过喷气孔片21的中空孔洞211，连通致动体23、腔体框架22及悬浮片210之间的共振腔室26。通过控制共振腔室26中气体的振动频率，使其与悬浮片210的振动频率趋近于相同，可使共振腔室26与悬浮片210产生亥姆霍兹共振效应(Helmholtzresonance)，俾使气体传输效率提高。

又图7B及图7C为图7A的压电致动器作动示意图，请先参阅图7B所示，当压电板233向远离导气组件承载区15的底面的方向移动时，带动喷气孔片21的悬浮片210以远离导气组件承载区15的底面方向移动，使气流腔室27的容积急遽扩张，其内部压力下降形成负压，吸引压电致动器2外部的气体由空隙212流入，并经由中空孔洞211进入共振腔室26，使共振腔室26内的气压增加而产生一压力梯度。再如图7C所示，当压电板233带动喷气孔片21的悬浮片210朝向导气组件承载区15的底面移动时，共振腔室26中的气体经中空孔洞211快速流出，挤压气流腔室27内的气体，并使汇聚后的气体以接近伯努利定律的理想气体状态快速且大量地喷出并导入导气组件承载区15的通气孔15a中。是以，通过重复图7B及图7C的动作，得以使压电板233往复式地振动，且依据惯性原理，排气后的共振腔室26内部气压低于平衡气压，会导引气体再次进入共振腔室26中，如此控制共振腔室26中气体的振动频率与压电板233的振动频率趋近于相同，以产生亥姆霍兹共振效应，俾实现气体高速且大量的传输。

又如图8A至图8C所示为气体检测模块20的气体路径示意图，首先参阅图8A所示，气体皆由外盖6的进气框口61a进入，通过进气口14a进入至基座1的进气沟槽14，并流至微粒传感器5的位置，再如图8B所示，压电致动器2持续驱动会吸取进气路径的气体，以利外部气体快速导入且稳定流通，并通过微粒传感器5上方，此时激光组件4发射投射光束通过透光窗口14b进入进气沟槽14内，照射进气沟槽14通过微粒传感器5上方的气体中所含悬浮微粒，光束接触到悬浮微粒时，会散射并产生投射光点，微粒传感器5接收散射所产生的投射光点进行计算，来获取气体中所含悬浮微粒的粒径及浓度的相关信息，而微粒传感器5上方的气体也持续受压电致动器2驱动传输而导入导气组件承载区15的通气孔15a中，进入出气沟槽16的第一区间16b，最后如图8C所示，气体进入出气沟槽16的第一区间16b后，由于压电致动器2会不断输送气体进入第一区间16b，于第一区间16b的气体将会被推引至第二区间16c，最后通过出气口16a及出气框口61b向外排出。

再参阅图9所示，基座1更包含一光陷阱区17，光陷阱区17自第一表面11至第二表面12挖空形成，并对应至激光设置区13，且光陷阱区17经过透光窗口14b而使激光组件4所发射的光束能投射到其中，光陷阱区17设有一斜锥面的光陷阱结构17a，光陷阱结构17a对应到激光组件4所发射的光束的路径；此外，光陷阱结构17a使激光组件4所发射的投射光束在斜锥面结构反射至光陷阱区17内，避免光束反射至微粒传感器5的位置，且光陷阱结构17a所接收的投射光束的位置与透光窗口14b之间保持有一光陷阱距离D，此光陷阱距离D需大于3mm以上，当光陷阱距离D小于3mm时会导致投射在光陷阱结构17a上投射光束反射后因过多杂散光直接反射回微粒传感器5的位置，造成检测精度的失真。

请继续参阅图9及图2C所示，本案的气体检测模块20，不仅可针对气体中微粒进行检测，更可进一步针对导入气体的特性做检测，例如气体为甲醛、氨气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、臭氧等。因此本案的气体检测模块20更包含第一挥发性有机物传感器7a，定位设置于驱动电路板3上并与其电性连接，容设于出气沟槽16中，对出气路径所导出的气体做检测，用以检测出气路径的气体中所含有的挥发性有机物的浓度或特性。或者本案的气体检测模块20更包含一第二挥发性有机物传感器7b，定位设置于驱动电路板3上并与其电性连接，而第二挥发性有机物传感器7b容设于光陷阱区17，对于通过进气沟槽14的进气路径且经过透光窗口14b而导入光陷阱区17内的气体中所含有挥发性有机物的浓度或特性。

由上述说明可知，本案的气体检测模块20经过基座1上激光设置区13、进气沟槽14、导气组件承载区15及出气沟槽16适当配置的结构设计，且搭配外盖6及驱动电路板3的封盖密封设计，致使基座1的第一表面11上罩盖外盖6，第二表面12上封盖驱动电路板3，以使进气沟槽14与驱动电路板3共同定义出一进气路径，出气沟槽16、外盖6与驱动电路板3共同定义出一出气路径，形成一单层导气通道路径。

此外，本案的压电致动器2的另一实施例可为一微机电泵2a，请参阅图10A及图10B所示，微机电泵2a包含一第一基板21a、一第一氧化层22a、一第二基板23a以及一压电组件24a。

上述的第一基板21a为一硅晶片(Si wafer)，其厚度介于150至400微米(μm)之间，第一基板21a具有多个流入孔211a、一第一表面212a、一第二表面213a，于本实施例中，该多个流入孔211a的数量为4个，但不以此为限，且每个流入孔211a皆由第二表面213a贯穿至第一表面212a，而流入孔211a为了提升流入效果，流入孔211a自第二表面213a至第一表面212a呈现渐缩的锥形。

上述的第一氧化层22a为一二氧化硅(SiO₂)薄膜，其厚度介于10至20微米(μm)之间，第一氧化层22a叠设于第一基板21a的第一表面212a上，第一氧化层22a具有多个汇流通道221a以及一汇流腔室222a，汇流通道221a与第一基板21a的流入孔211a其数量及位置相互对应。于本实施例中，汇流通道221a的数量同样为4个，4个汇流通道221a的一端分别连通至第一基板21a的4个流入孔211a，而4个汇流通道221a的另一端则连通于汇流腔室222a，让气体分别由流入孔211a进入之后，通过其对应相连的汇流通道221a后汇聚至汇流腔室222a内。

上述的第二基板23a为一绝缘层上覆硅的硅晶片(SOI wafer)，包含：一硅晶片层231a、一第二氧化层232a以及一硅材层233a；硅晶片层231a的厚度介于10至20微米(μm)之间，具有一致动部2311a、一外周部2312a、多个连接部2313a以及多个流体通道2314a，致动部2311a呈圆形；外周部2312a呈中空环状，环绕于致动部2311a的外围；该多个连接部2313a分别位于致动部2311a与外周部2312a之间，并且连接两者，提供弹性支撑的功能。该多个流体通道2314a环绕形成于致动部2311a的外围，且分别位于该多个连接部2313a之间。

上述的第二氧化层232a为一氧化硅层其厚度介于0.5至2微米(μm)之间，形成于硅晶片层231a上，呈中空环状，并与硅晶片层231a定义一振动腔室2321a。硅材层233a呈圆形，叠设于第二氧化层232a且结合至第一氧化层22a，硅材层233a为二氧化硅(SiO₂)薄膜，厚度介于2至5微米(μm)之间，具有一穿孔2331a、一振动部2332a、一固定部2333a、一第三表面2334a及一第四表面2335a。穿孔2331a形成于硅材层233a的中心，振动部2332a位于穿孔2331a的周边区域，且垂直对应于振动腔室2321a，固定部2333a则为硅材层233a的周缘区域，由固定部2333a固定于第二氧化层232a，第三表面2334a与第二氧化层232a接合，第四表面2335a与第一氧化层22a接合；压电组件24a叠设于硅晶片层231a的致动部2311a。

上述的压电组件24a包含一下电极层241a、压电层242a、绝缘层243a及上电极层244a，下电极层241a叠置于硅晶片层231a的致动部2311a，而压电层242a叠置于下电极层241a，两者通过其接触的区域做电性连接，此外，压电层242a的宽度小于下电极层241a的宽度，使得压电层242a无法完全遮蔽住下电极层241a，再于压电层242a的部分区域以及下电极层241a未被压电层242a所遮蔽的区域上叠置绝缘层243a，最后再于绝缘层243a以及压电层242a未被绝缘层243a遮蔽的其余表面上叠置上电极层244a，让上电极层244a得以与压电层242a接触来电性连接，同时利用绝缘层243a阻隔于上电极层244a及下电极层241a之间，避免两者直接接触造成短路。

请参阅第11A至图11C所示为微机电泵2a其作动示意图。请先参阅图11A所示，压电组件24a的下电极层241a及上电极层244a接收驱动电路板3所传递的驱动电压及驱动信号(未图示)后将其传导至压电层242a，压电层242a接受驱动电压及驱动信号后，因逆压电效应的影响开始产生形变，会带动硅晶片层231a的致动部2311a开始位移，当压电组件24a带动致动部2311a向上位移并拉开与第二氧化层232a之间的距离时，此时，第二氧化层232a的振动腔室2321a的容积将提升，让振动腔室2321a内形成负压，并将第一氧化层22a的汇流腔室222a内的气体通过穿孔2331a吸入其中。请继续参阅图11B所示，当致动部2311a受到压电组件24a的牵引向上位移时，硅材层233a的振动部2332a会因共振原理的影响向上位移，当振动部2332a向上位移时，会压缩振动腔室2321a的空间并且推动振动腔室2321a内的气体往硅晶片层231a的流体通道2314a移动，让气体能够通过流体通道2314a向上排出，在振动部2332a向上位移来压缩振动腔室2321a的同时，汇流腔室222a的容积因振动部2332a位移而提升，其内部形成负压，将吸取微机电泵2a外的气体由流入孔211a进入其中，最后如图11C所示，压电组件24a带动硅晶片层231a的致动部2311a向下位移时，将振动腔室2321a的气体往流体通道2314a推动，并将气体排出，而硅材层233a的振动部2332a亦受致动部2311a的带动向下位移，同步压缩汇流腔室222a的气体通过穿孔2331a向振动腔室2321a移动，后续再将压电组件24a带动致动部2311a向上位移时，其振动腔室2321a的容积会大幅提升，进而有较高的吸取力将气体吸入振动腔室2321a，再重复以上的动作，以至于通过压电组件24a持续带动致动部2311a上下位移来使振动部2332a连动并上下位移，通过改变微机电泵2a的内部压力，使其不断地吸取及排出气体，借此以完成微机电泵2a的动作。

综上所述，本案所提供之外接式气体检测装置，借由气体检测模块嵌设于外接式气体检测装置内，可随时检测使用者周围环境空气品质，并能即时将空气品质信息传递至外部传输装置上，获得气体检测的信息及一通报警示，极具产业利用性及进步性。

Claims (21)

1.一种外接式气体检测装置，包含：

一壳体；

一气体检测模块，设置于该壳体内，检测由该壳体外导入的气体以获得一气体信息；以及

一外接连接器，连接设置于该壳体上，提供外部电源的连接而启动该气体检测模块的运作，并提供该气体信息而达成该气体信息的对外传输。

2.如权利要求1所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该外接连接器为一USB连接端口、一mini USB连接端口、一Micro USB连接端口、一USB Type C连接端口、一交流电适配器、一直流电源转接头、一电源接头、一端子接头的其中之一或其组合。

3.如权利要求1所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该气体检测模块包含：

一基座，具有：

一第一表面；

一第二表面，相对于该第一表面；

一激光设置区，自该第一表面朝向该第二表面挖空形成；

一进气沟槽，自该第二表面凹陷形成，且邻近于该激光设置区，该进气沟槽设有一进气口，连通该基座外部，以及两侧壁贯穿一透光窗口，与该激光设置区连通；

一导气组件承载区，自该第二表面凹陷形成，并连通该进气沟槽，且于底面贯通一通气孔，以及该导气组件承载区的四个角分别具有一定位凸块；以及

一出气沟槽，自该第一表面对应到该导气组件承载区底面处凹陷，并于该第一表面未对应到该导气组件承载区的区域自该第一表面朝向该第二表面挖空而形成，与该通气孔连通，并设有一出气口，连通该基座外部；

一压电致动器，容设于该导气组件承载区；

一驱动电路板，封盖贴合该基座的该第二表面上；

一激光组件，定位设置于该驱动电路板上与其电性连接，并对应容设于该激光设置区中，且所发射出的一光束路径穿过该透光窗口并与该进气沟槽形成正交方向；

一微粒传感器，定位设置于该驱动电路板上与其电性连接，并对应容设于该进气沟槽与该激光组件所投射的该光束路径的正交方向位置处，以对通过该进气沟槽且受该激光组件所投射光束照射的微粒做检测；以及

一外盖，罩盖于该基座的该第一表面上，且具有一侧板，该侧板对应到该基座的该进气口及该出气口的位置分别设有一进气框口及一出气框口；

其中，该基座的该第一表面上罩盖该外盖，该第二表面上封盖该驱动电路板，以使该进气沟槽与该驱动电路板共同定义出一进气路径，该出气沟槽、该外盖与该驱动电路板共同定义出一出气路径，借以使该压电致动器加速导引外部的气体由该进气框口进入该进气路径，并通过该微粒传感器上，以检测出气体中的微粒浓度，且气体通过该压电致动器导送，更由该通气孔排入该出气路径，最后由该出气框口排出。

4.如权利要求3所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该基座更包含一光陷阱区，自该第一表面朝该第二表面挖空形成且对应于该激光设置区，该光陷阱区设有具斜锥面的一光陷阱结构，设置对应到该光束路径。

5.如权利要求4所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该光陷阱结构所接收的投射光源的位置与该透光窗口保持有一光陷阱距离。

6.如权利要求4所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该光陷阱距离大于3mm。

7.如权利要求3所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该微粒传感器为PM2.5传感器。

8.如权利要求3所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该压电致动器包含：

一喷气孔片，包含一悬浮片及一中空孔洞，该悬浮片可弯曲振动，而该中空孔洞形成于该悬浮片的中心位置；

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，承载叠置于该绝缘框架上；

其中，该喷气孔片固设于该导气组件承载区内的该定位凸块支撑定位，促使该喷气孔片与该导气组件承载区之内缘间定义出空隙环绕，供气体流通，且该喷气孔片与该导气组件承载区底部间形成一气流腔室，而该致动体、该腔体框架及该悬浮片之间形成一共振腔室，通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，以吸引气体通过该空隙进入该气流腔室再排出，实现气体的传输流动。

9.如权利要求8所述的外接式气体检测装置，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3所述的外接式气体检测装置，其特征在于，进一步包含一第一挥发性有机物传感器，定位设置于该驱动电路板上并与其电性连接，容设于该出气沟槽中，对该出气路径所导出的气体做检测。

11.如权利要求4所述的外接式气体检测装置，其特征在于，进一步包含一第二挥发性有机物传感器，定位设置于该驱动电路板上并与其电性连接，容设于该光陷阱区，对通过该进气沟槽的该进气路径且经过该透光窗口而导入于该光陷阱区的气体做检测。

12.如权利要求10或11所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该气体为甲醛、氨气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、臭氧的其中之一。

13.如权利要求3所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该压电致动器为一微机电泵，包含：

一第一基板，具有多个流入孔，该多个流入孔呈锥形；

一第一氧化层，叠设该第一基板，该第一氧化层具有多个汇流通道以及一汇流腔室，该多个汇流通道连通于该汇流腔室及该多个流入孔之间；

一第二基板，结合至该第一基板，包含：

一硅晶片层，具有：

一致动部，呈圆形；

一外周部，呈中空环状，环绕于该致动部的外围；

多个连接部，分别连接于该致动部与该外周部之间；以及

多个流体通道，环绕于该致动部的外围，且分别位于该多个连接部之间；

一第二氧化层，形成于该硅晶片层上，呈中空环状，并与该硅晶片层定义一振动腔室；以及

一硅材层，呈圆形，位于该第二氧化层且结合至该第一氧化层，具有：

一穿孔，形成于该硅材层的中心；

一振动部，位于该穿孔的周边区域；以及

一固定部，位于该硅材层的周缘区域；以及

一压电组件，呈圆形，叠设于该硅晶片层的该致动部。

14.如权利要求13所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该压电组件包含：

一下电极层；

一压电层，叠置于该下电极层；

一绝缘层，铺设于该压电层的部分表面及该下电极层的部分表面；以及

一上电极层，叠置于该绝缘层及该压电层未设有该绝缘层的其余表面，用以与该压电层电性连接。

15.如权利要求1所述的外接式气体检测装置，其特征在于，进一步包含一控制电路单元，该控制电路单元上设有一微处理器及一通信器与其作电性连接，其中，该微处理器能够控制该气体检测模块的驱动信号而检测启动运作，并将该气体检测模块的该气体信息转换成一检测数据储存，而该通信器接收该微处理器所输出的该检测数据，并能将该检测数据对外通过通信传输至一外部传输装置予以储存，促使该外部传输装置产生一气体检测的信息及一通报警示。

16.如权利要求15所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该外部传输装置为一云端系统、一可携式装置及一电脑系统的其中之一。

17.如权利要求15所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该气体检测模块与该控制电路单元相互组装电性连接形成一气体检测传输模块，该气体检测传输模块的长度介于35mm～55mm之间，宽度介于10mm～35mm之间，厚度介于1mm～7.5mm之间。

18.如权利要求17所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该气体检测传输模块容设于该壳体中，受该壳体包覆并加以保护，而该外接连接器外露去作电性连接，构成该外接式气体检测装置，且该外接式气体检测装置的长度介于45mm～70mm之间，宽度介于25mm～42mm之间，厚度介于7mm～13mm。

19.如权利要求1所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该外接连接器能够提供电能传输给一外部连接装置，并且将该微处理器所输出的该检测数据传输给该外部连接装置予以处理应用，且该外部连接装置能对外通过通信传输而使该检测数据传输至一外部传输装置予以储存，促使该外部传输装置产生一气体检测的信息及一通报警示。

20.如权利要求19所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该外部连接装置为一行动装置。

21.如权利要求15或19所述的外接式气体检测装置，其特征在于，该控制电路单元进一步包含一电源模块，该电源模块能通过一供电装置以无线传输接收储存一电能，供以启动该气体检测模块的运作。

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