CN114527162A - 一种负离子浓度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负离子浓度检测装置及检测方法，包括壳体，壳体的内部设置有风机、纵向设置的第一极化极，和横向设置的第二极化极，风机包括基座和轴流风扇，基座内形成有腔体，轴流风扇位于基座内的腔体内，轴流风扇两侧与基座的两内侧壁转动连接，驱动电机与电气模块连接，用于驱动轴流风扇相对基座转动；轴流风扇的上下两侧均设置有挡板，风机上侧设置有与第一采集器对应的第一安装槽，前侧设置有与第二采集器对应的第二安装槽；本发明能够立体检测整个空间负离子浓度，检测时通过轴流风扇，使第一极化极吸入空气，获取室外负离子浓度信息，在通过驱动电机旋转轴流风扇，使第二极化极吸入空气，获取另一方向的负离子浓度信息。

Description

一种负离子浓度检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及空气负离子技术领域，更具体地说，涉及一种负离子浓度检测装置及检测方法。

背景技术

空气负氧离子被称为“空气维他命”，具有杀菌、降尘、清洁空气、提高免疫力、调节人体机能平衡的功效，对改善大气环境有着重要的作用。

空气负离子浓度是判断空气质量的重要的标准，也是对目前市场上的负离子发生器产品质量鉴定的重要指标。传统的负离子浓度检测器是基于电容式离子收集器测量负离子在收集板两端形成的电流，根据电流值与负离子浓度的关系进行换算。

但空气中的负离子并非是均匀分布的，可能存在纵向分布不均或横向分布不均的情况，但现有的空气检测仪器往往只能检测一个方向的负离子含量，其检测结果往往时不准确的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种负离子浓度检测装置及检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种负离子浓度检测装置，包括壳体，其中，所述壳体的内部设置有负离子浓度传感器、电气模块、电池和驱动电机；所述负离子浓度传感器包括负离子采集器、放大电路、滤波器和A\D转换器；所述负离子浓度传感器用于采集空气中负离子的浓度信息，并将采集到的信息发送给电气模块；

所述负离子采集器包括风机、纵向的第一极化极，和横向的第二极化极，所述风机包括基座和轴流风扇，所述基座内形成有腔体，所述轴流风扇位于所述基座内的腔体内，所述轴流风扇两侧与所述基座的两内侧壁转动连接，所述驱动电机与所述电气模块连接，用于驱动所述轴流风扇相对所述基座转动；

所述轴流风扇的上下两侧均设置有挡板，所述风机上侧设置有与所述第一极化极对应的第一安装槽，前侧设置有与所述第二极化极对应的第二安装槽，下侧设置有与所述第一安装槽对应的第一出风口，后侧设置有与所述第二安装槽对应的第二出风口，所述第一安装槽和所述第二安装槽均与所述基座的内腔连通；

两所述挡板，其一用于封闭第一安装槽或第二安装槽，另一用于封闭第一出风口或第二出风口。

优选的，所述第一极化极内设有位于中心且与所述第一极化极构成同轴电容的第一收集极，所述第二极化极内设有位于中心且与所述第二极化极构成同轴电容的第二收集极，所述第一极化极和所述第二极化极均半嵌入式安装于所述壳体内部，所述第一极化极和所述第二极化极二者的前后两端均设置有过滤罩，所述过滤罩上设有长条形的滤孔，所述滤孔呈蜂窝状。

优选的，所述第二极化极与所述第二收集极为两个同轴设置的圆筒，所述第二收集极的两端均设有呈半椭圆球的挡块，所述挡块为绝缘材料，所述挡块用于滤掉空气中的中离子和大离子。

优选的，所述极化极的内径为18-22mm，长度为270-300mm，收集极的外径为4-6mm，长度为200-220mm，所述挡块的长半轴为17-19mm，短半轴长为6-8mm。

优选的，所述负离子采集器用于采集环境中的负离子信号，并将信号转变成为微电流，所述放大电路和负离子采集器电连接，用于对微电流信号进行放大，所述滤波器和放大电路电连接，用于对放大后的电信号进行滤波，所述A\D转换器和滤波器电连接，用于将滤波后的电信号转变成为电气模块可识别的数字信号。

优选的，所述电气模块包括中央处理器，和均与所述中央处理器连接的存储模块、电源模块、显示模块和指令输入模块；其中，

所述空气负离子浓度传感器用于采集空气中负离子的浓度信息，并将采集到的信息发送给中央处理器；

所述指令输入模块用于接收外界输入的指令，并将指令信息发送给中央处理器；

所述中央处理器用于对浓度信息和指令信息进行处理，并将处理过的浓度信息发送至储存模块和显示模块，处理过的指令信息发送至空气负离子浓度传感器；

所述显示模块用于显示浓度信息；

所述储存模块用于储存浓度信息；

所述空气负离子浓度传感器用于根据接收到的指令信息执行开始工作或停止工作的动作。

优选的，所述中央处理器连接有计时器模块，所述计时器模块用于记录空气负离子浓度传感器工作的时间信息，并将记录的时间信息发送给中央处理器，中央处理器对时间信息进行处理，发送到存储模块进行储存和显示模块进行显示。

本发明还提供了一种负离子浓度检测方法，基于前述的负离子浓度检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）预热：启动仪器极化极、收集极，同时电气模块运行预热，并清零负离子浓度传感器的初始数据；

步骤2）启动第一负离子采集程序：启动所述驱动电机将所述轴流风扇旋转，此时所述轴流风扇通风口正对第一安装槽，启动所述轴流风扇，将空气吸入第一极化极和第一收集极之间，空气从第一极化极的进风口进入，通过从第一出风口排出，通过所述负离子采集器采集到环境中的负离子信号，所述负离子浓度传感器将采集的电子数据存储，经过数据处理后得到负氧离子浓度值并储存；

步骤3）启动第二负离子采集程序：启动所述驱动电机将所述轴流风扇旋转90度，此时所述风扇通风口对应第二安装槽，启动所述轴流风扇，将空气吸入第二极化极和第二收集极之间，空气从第二极化极的进风口进入，通过从第二出风口排出，通过所述负离子采集器采集到环境中的负离子信号，所述负离子浓度传感器将采集的电子数据存储，经过数据处理后得到的负离子浓度分布值并储存；

步骤4）获得结果：将步骤2和步骤3持续循环执行2-4次，形成离子浓度值数据表，再经过数据处理程序处理得出均值和不同次得到的数据对比表。

优选的，所述步骤2和所述步骤3负离子采集持续时间均为5分钟。

本发明的有益效果在于：本发明能够立体检测整个空间负离子浓度，检测时，首先通过驱动电机将轴流风扇转动至其出风侧正对第一极化极，然后启动轴流风扇，轴流风扇将空气吸入，使气流进入第一极化极内，并经过第一收集极，通过第一收集极采集到环境中的负离子信息，采集完成后关闭轴流风扇，然后通过驱动电机将轴流风扇转动至其出风侧正对第二极化极，再次启动轴流风扇，轴流风扇将空气吸入，使气流进入第二极化极内，并经过第二收集极，通过挡块过滤到空气中的中离子和大离子，使得所检测的空气中负氧离子的浓度更加精准，再将轴流风扇转动至其出风侧正对第一极化极，循环前述步骤，循环多次后通过数据处理程序处理得出均值和不同次得到的数据对比表，并在显示模块显示；因此可以说本发明对于负离子的浓度检测精确度有了进一步的提高。

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，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本发明较佳实施例的负离子浓度检测装置的平面结构图；

图2是本发明较佳实施例的负离子浓度检测装置的风机的结构图；

图3是本发明较佳实施例的负离子浓度检测装置的电气模块和负离子浓度传感器的结构框图。

具体实施方式

为了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技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明较佳实施例的负离子浓度检测装置如图1所示，参阅图2-3，包括壳体1，其特征在于，壳体1的内部设置有负离子浓度传感器2、电气模块3、电池4和驱动电机5；负离子浓度传感器2包括负离子采集器21、放大电路22、滤波器23和A\D转换器24；负离子浓度传感器2用于采集空气中负离子的浓度信息，并将采集到的信息发送给电气模块3；

负离子采集器21包括风机211、纵向的第一极化极212，和横向的第二极化极213，风机211包括基座214和轴流风扇215，基座214内形成有腔体，轴流风扇215位于基座214内的腔体内，轴流风扇215两侧与基座214的两内侧壁转动连接，驱动电机5与电气模块连接，用于驱动轴流风扇215相对基座214转动；

轴流风扇215的上下两侧均设置有挡板216，风机211上侧设置有与第一极化极212对应的第一安装槽214A，前侧设置有与第二极化极213对应的第二安装槽214B，下侧设置有与第一安装槽214A对应的第一出风口214C，后侧设置有与第二安装槽214B对应的第二出风口214D，第一安装槽214A和第二安装槽214B均与基座214的内腔连通；

两挡板216，其一用于封闭第一安装槽214A或第二安装槽214B，另一用于封闭第一出风口214C或第二出风口214D。

基座214的内腔呈圆形，挡板216与基座214相贴以封闭第一安装槽214A、第二安装槽214B、第一出风口214C或第二出风口214D，挡板216与基座214相贴的一侧呈与基座214的内腔匹配的圆弧；

驱动电机驱动轴流风扇转动的方式本发明并不限定，例如：驱动电机为旋转电机，此时可以通过在轴流风扇的两侧上设置转轴，并在转轴上设置传动轮，驱动电机的输出端通过传动带与传动轮传动连接，以此可以驱动电机可以通过带动传动轮，传动轮通过转轴即可以带动轴流风扇；还可以采用另一方法：驱动电机也可以为线性电机，此时同样在在轴流风扇的两侧上设置转轴，并在转轴上设置齿轮，线性电机的输出端连接与齿轮啮合的齿条，以此驱动电机可以通过带动齿条上下运动，齿条驱动齿轮旋转，齿轮通过转轴即可以带动轴流风扇相对基座转动。

本发明能够立体检测整个空间负离子浓度，检测时，首先通过驱动电机将轴流风扇转动至其出风侧正对第一极化极，然后启动轴流风扇，轴流风扇将空气吸入，使气流进入第一极化极内，并经过第一收集极，通过第一收集极采集到环境中的负离子信息，采集完成后关闭轴流风扇，然后通过驱动电机将轴流风扇转动至其出风侧正对第二极化极，再次启动轴流风扇，轴流风扇将空气吸入，使气流进入第二极化极内，并经过第二收集极，通过挡块过滤到空气中的中离子和大离子，使得所检测的空气中负氧离子的浓度更加精准，再将轴流风扇转动至其出风侧正对第一极化极，循环前述步骤，循环多次后通过数据处理程序处理得出均值和不同次得到的数据对比表，并在显示模块显示；因此可以说本发明对于负离子的浓度检测精确度有了进一步的提高。

如图1所示，第一极化极212内设有位于中心且与第一极化极212构成同轴电容的第一收集极217，第二极化极213内设有位于中心且与第二极化极213构成同轴电容的第二收集极218，第一极化极212和第二极化极213均半嵌入式安装于壳体1内部，第一极化极212和第二极化极213二者的前后两端均设置有过滤罩6，过滤罩6上设有长条形的滤孔，滤孔呈蜂窝状；设置在极化极前后两端的长条形的滤孔，能够理顺从第一极化极212和第二极化极213进风口进入的空气，使空气不再紊乱，平直的通过极化极和收集极之间，提高负离子采集器采集的精度。

如图1所示，第二极化极213与第二收集极218为两个同轴设置的圆筒，第二收集极218的两端均设有呈半椭圆球的挡块，挡块219为绝缘材料，挡块219用于滤掉空气中的中离子和大离子。空气中负氧离子的迁移率为0.1-0.2cm·V^-1·s^-1 ；中离子的迁移率为0.01-0.1cm·V^-1·s^-1；大离子的迁移率为0.00001-0.001cm·V^-1·s^-1，且电场中离子运动速度与电场强度成正比，故在同一场强内负氧离子运动速度最快，中离子次之，大离子最慢。通常用单位体积空气内所含总电荷量比上一个元电荷，表示空气离子浓度，然而大离子和中离子所带电荷量大于一个，只有负氧离子带一个，故设置挡块219滤掉中离子和大离子，对负氧离子单独测量，从而让负离子采集器仅捕获负氧离子，即控制离子采集器所能采集到离子的迁移率的范围。

如图1所示，第二极化极213的内径为18-22mm，长度为270-300mm，第二收集极218的外径为4-6mm，长度为200-220mm，挡块219的长半轴为17-19mm，短半轴长为6-8mm。

如图1所示，负离子采集器21用于采集环境中的负离子信号，并将信号转变成为微电流，放大电路22和负离子采集器21电连接，用于对微电流信号进行放大，滤波器23和放大电路22电连接，用于对放大后的电信号进行滤波，A\D转换器24和滤波器23电连接，用于将滤波后的电信号转变成为电气模块3可识别的数字信号。

如图3所示，电气模块3包括中央处理器31，和均与中央处理器31连接的存储模块32、显示模块33和指令输入模块34；其中，

指令输入模块34用于接收外界输入的指令，并将指令信息发送给中央处理器31；

中央处理器31用于对浓度信息和指令信息进行处理，并将处理过的浓度信息发送至存储模块32和显示模块33，处理过的指令信息发送至负离子浓度传感器2；

显示模块33用于显示浓度信息；

存储模块32用于储存浓度信息；

负离子浓度传感器2用于根据接收到的指令信息执行开始工作或停止工作的动作。

中央处理器31连接有计时器模块，计时器模块用于记录负离子浓度传感器2工作的时间信息，并将记录的时间信息发送给中央处理器31，中央处理器31对时间信息进行处理，发送到存储模块32进行储存和显示模块33进行显示。本实施例中指令输入模块和显示模块综合在一起实用电容式触摸屏，电容屏的灵敏度高，输入体验感好，更加有利于检测人员的使用。

本发明还提供了一种负离子浓度检测方法的实施例，基于前述的负离子浓度检测装置，包括以下步骤：

步骤1）预热：启动仪器极化极、收集极，同时电气模块3运行预热，并清零负离子浓度传感器2的初始数据；

步骤2）启动第一负离子采集程序：启动驱动电机5将轴流风扇215旋转，此时述轴流风扇215通风口正对第一安装槽，启动轴流风扇215，将空气吸入第一极化极和第一收集极之间，空气从第一极化极的进风口进入，通过从第一出风口排出，通过负离子采集器21采集到环境中的负离子信号，负离子浓度传感器2将采集的电子数据存储，经过数据处理后得到负氧离子浓度值并储存；

步骤3）启动第二负离子采集程序：启动驱动电机5将轴流风扇215旋转90度，此时述轴流风扇215通风口对应第二安装槽，启动轴流风扇215，将空气吸入第二极化极和第二收集极之间，空气从第二极化极的进风口进入，通过从第二出风口排出，通过负离子采集器21采集到环境中的负离子信号，负离子浓度传感器2将采集的电子数据存储，经过数据处理后得到负氧离子浓度值并储存；

步骤4）获得结果：将步骤2和步骤3持续循环执行2-4次，形成离子浓度值数据表，再经过数据处理程序处理得出均值和不同次得到的数据对比表。

步骤2和步骤3负离子采集持续时间均为5分钟。

第一负离子采集程序将采集到数据处理后获取不同浓度不同颗粒带大小直径的负离子浓度分布值；获取方法为：设置多组不同的极化电压，分别对负离子产生的电流信号采样，并将结果存储在矩阵数组中；n次变极化电压和n次电流采样后，获得处理数据为一个n行n列的矩阵数组η[n][n]，和一个n行1列的电流值数组I[n]；利用矩阵变化，求取数组η[n][n]所对应矩阵的逆矩阵η’[n][n]；将η’[n][n]所对应的矩阵与I [n]所对应的矩阵做阶乘运算，所得结果存入Φ[n]，数组Φ[n]内的值Φ1，Φ2，Φ3,…, Φn即为对应不同迁移率的负离子浓度值,

计算得到空气中不同半径的负离子浓度Φ的公式为：

其中，q为基本电荷电量，Q为取样空气流量，即标准状态下的空气流量；H为矩阵系数，具体为：

其中，矩阵系数H:

通过连续改变电压,测量电流,本实施例可实现空气负离子浓度的高精度测量。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种负离子浓度检测装置，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)的内部设置有负离子浓度传感器(2)、电气模块(3)、电池(4)和驱动电机(5)；所述负离子浓度传感器(2)包括负离子采集器(21)、放大电路(22)、滤波器(23)和A\D转换器(24)；所述负离子浓度传感器(2)用于采集空气中负离子的浓度信息，并将采集到的信息发送给电气模块(3)；

所述负离子采集器(21)包括风机(211)、纵向的第一极化极(212)，和横向的第二极化极(213)，所述风机(211)包括基座(214)和轴流风扇(215)，所述基座(214)内形成有腔体，所述轴流风扇(215)位于所述基座(214)内的腔体内，所述轴流风扇(215)两侧与所述基座(214)的两内侧壁转动连接，所述驱动电机(5)与所述电气模块(3)连接，且用于驱动所述轴流风扇(215)相对所述基座(214)转动；

所述轴流风扇(215)的上下两侧均设置有挡板(216)，所述风机(211)上侧设置有与所述第一极化极(212)对应的第一安装槽(214A)，前侧设置有与所述第二极化极(213)对应的第二安装槽(214B)，下侧设置有与所述第一安装槽(214A)对应的第一出风口(214C)，后侧设置有与所述第二安装槽(214B)对应的第二出风口(214D)，所述第一安装槽(214A)和所述第二安装槽(214B)均与所述基座(214)的内腔连通；

两所述挡板(216)，其一用于封闭第一安装槽(214A)或第二安装槽(214B)，另一用于封闭第一出风口(214C)或第二出风口(214D)。

2.根据权利要求1所述的负离子浓度检测装置，其特征在于，所述第一极化极(212)内设有位于中心且与所述第一极化极(212)构成同轴电容的第一收集极(217)，所述第二极化极(213)内设有位于中心且与所述第二极化极(213)构成同轴电容的第二收集极(218)，所述第一极化极(212)和所述第二极化极(213)均半嵌入式安装于所述壳体(1)内部，所述第一极化极(212)和所述第二极化极(213)二者的前后两端均设置有过滤罩(6)，所述过滤罩(6)上设有长条形的滤孔，所述滤孔呈蜂窝状。

3.根据权利要求2所述的负离子浓度检测装置，其特征在于，所述第二极化极(213)与所述第二收集极(218)为两个同轴设置的圆筒，所述第二收集极(218)的两端均设有呈半椭圆球的挡块(219)，所述挡块(219)为绝缘材料，所述挡块(219)用于滤掉空气中的中离子和大离子。

4.根据权利要求3所述的负离子浓度检测装置，其特征在于，所述第二极化极(213)的内径为20-24mm，长度为290-320mm，第二收集极(218)的外径为5-8mm，长度为210-240mm，所述挡块(219)的长半轴为18-21mm，短半轴长为7-9mm。

5.根据权利要求1所述的负离子浓度检测装置，其特征在于，所述负离子采集器(21)用于采集环境中的负离子信号，并将信号转变成为微电流，所述放大电路(22)和负离子采集器(21)电连接，用于对微电流信号进行放大，所述滤波器(23)和放大电路(22)电连接，用于对放大后的电信号进行滤波，所述A\D转换器(24)和滤波器(23)电连接，用于将滤波后的电信号转变成为电气模块(3)可识别的数字信号。

6.根据权利要求5所述的负离子浓度检测装置，其特征在于，所述电气模块(3)包括中央处理器(31)，和均与所述中央处理器(31)连接的存储模块(32)、显示模块(33)和指令输入模块(34)；其中，

所述指令输入模块(34)用于接收外界输入的指令，并将指令信息发送给中央处理器(31)；

所述中央处理器(31)用于对浓度信息和指令信息进行处理，并将处理过的浓度信息发送至存储模块(32)和显示模块(33)，处理过的指令信息发送至负离子浓度传感器(2)；

所述显示模块(33)用于显示浓度信息；

所述存储模块(32)用于储存浓度信息；

所述负离子浓度传感器(2)用于根据接收到的指令信息执行开始工作或停止工作的动作。

7.根据权利要求6所述的负离子浓度检测装置，其特征在于，所述中央处理器(31)连接有计时器模块，所述计时器模块用于记录负离子浓度传感器(2)工作的时间信息，并将记录的时间信息发送给中央处理器(31)，中央处理器(31)对时间信息进行处理，发送到存储模块(32)进行储存和显示模块(33)进行显示。

8.一种负离子浓度检测方法，基于权利要求1-7任一所述的负离子浓度检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）预热：启动仪器极化极、收集极，同时电气模块(3)运行预热，并清零负离子浓度传感器(2)的初始数据；

步骤2）启动第一负离子采集程序：启动所述驱动电机(5)将所述轴流风扇(215)旋转，此时所述轴流风扇(215)通风口正对第一安装槽，启动所述轴流风扇(215)，将空气吸入所述第一极化极(212)和第一收集极(217)之间，空气从所述第一极化极(212)的进风口进入，通过从第一出风口(214C)排出，通过所述负离子采集器(21)采集到环境中的负离子信号，所述负离子浓度传感器(2)将采集的电子数据存储，经过数据处理后得到负氧离子浓度值并储存；

步骤3）启动第二负离子采集程序：启动所述驱动电机(5)将所述轴流风扇(215)旋转90度，此时所述轴流风扇(215)通风口对应第二安装槽，启动所述轴流风扇(215)，将空气吸入所述第二极化极(213)和第二收集极(218)之间，空气从所述第二极化极(213)的进风口进入，通过从第二出风口(214D)排出，通过所述负离子采集器(21)采集到环境中的负离子信号，所述负离子浓度传感器(2)将采集的电子数据存储，经过数据处理后得到负离子浓度分布值并储存；

步骤4）获得结果：将步骤2和步骤3持续循环执行2-4次，形成离子浓度值数据表，再经过数据处理程序处理得出均值和不同次得到的数据对比表。

9.根据权利要求8所述的负离子浓度检测方法，其特征在于， 所述步骤2和所述步骤3负离子采集持续时间均为5分钟。

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