CN115655996A - 气体悬浮颗粒感测器 - Google Patents

Abstract

本申请适用于空气污染探测设备技术领域，具体提供了一种气体悬浮颗粒感测器，包括板体、感测模块、处理模块、引流机构；板体内形成有第一气流通道和第二气流通道，在板体还形成有进气槽和出气槽，第一气流通道的始端开设在进气槽的侧壁，第二气流通道的始端开设在进气槽的侧壁或槽底，第一气流通道的始端到进气槽槽口的距离小于第二气流通道的始端到进气槽槽口的距离，第一气流通道的末端和第二气流通道的末端还连通出气槽；感测模块设于第一气流通道内；处理模块电连接感测模块；引流机构用于驱使外部气体从进气槽进入且从出气槽流出。旨在解决现有技术中存在的现有感测器无法准确辨别环境中实际PM 2.5的数量和浓度的技术问题。

Description

气体悬浮颗粒感测器

技术领域

本申请涉及空气污染探测设备技术领域，更具体地说，是涉及一种气体悬浮颗粒感测器。

背景技术

近年来，空气污染日趋严重，人们对于自主健康意识抬头，PM2.5和PM0.1悬浮微粒成为了人们关注的空气污染之一，PM2.5为粒径小于或等于2.5um的悬浮微粒，可以长时间的漂浮于空气中，能够躲避人类鼻毛的捕捉深入人体中的肺泡、血管，并随着血液循环全身，造成全身性的损害。

目前现有的PM2.5感测器有一个悬浮微粒通道，进行微粒浓度的检测，通过光源和接收散射光讯号元件进行检测，当光源照射于不同粒径大小的悬浮微粒时，会使其产生散射，接收器透过接收到不同散射讯号之强弱，再经由演算法解析悬浮微粒之浓度。

由于在一个悬浮微粒通道内的微粒粒径有大有小，并不完全为PM2.5，所以在产生散射的时候可能会受到大粒径微粒的影响，使得侦测的数据存在误差，难以辨别环境中实际PM 2.5的数量和浓度。

发明内容

本申请的目的在于提供一种气体悬浮颗粒感测器，旨在解决现有技术中存在的现有感测器无法准确辨别环境中实际PM 2.5的数量和浓度的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种气体悬浮颗粒感测器，包括：

板体，所述板体内形成有相互独立的第一气流通道和第二气流通道，所述板体还形成有进气槽和出气槽，所述第一气流通道的始端开设在所述进气槽的侧壁且连通所述进气槽，所述第二气流通道的始端开设在所述进气槽的侧壁或槽底且连通所述进气槽，所述第一气流通道的始端到所述进气槽槽口的距离小于所述第二气流通道的始端到所述进气槽槽口的距离，所述第一气流通道的末端和所述第二气流通道的末端连通所述出气槽；感测模块，所述感测模块设于所述第一气流通道内；处理模块，所述处理模块电连接所述感测模块，所述感测模块用于向所述处理模块传递感测信号，所述处理模块用于将所述感测信号转化为颗粒浓度信号；以及引流机构，所述引流机构用于驱使外部气体从所述进气槽进入且从所述出气槽流出。

在其中一个实施例中，所述板体包括上层板、中层板和下层板，所述上层板、所述中层板和所述下层板依次叠加；所述进气槽包括贯穿所述上层板的上通孔、贯穿所述中层板且连通所述上通孔的第一中通孔以及作为所述进气槽槽底的所述下层板的部分上表面；所述第一气流通道包括开设于所述中层板上表面的第一槽道及封盖所述第一槽道的所述上层板的部分下表面，所述第一槽道连通所述第一中通孔；所述第二气流通道包括开设于所述中层板下表面的第二槽道以及封盖所述第二槽道的所述下层板的部分上表面，所述第二槽道连通所述第一中通孔。

在其中一个实施例中，所述第一气流通道还包括贯穿所述中层板的感测孔、封盖所述感测孔的所述下层板的部分上表面及封盖所述感测孔的所述上层板的部分下表面，所述感测孔连通所述第一槽道。

在其中一个实施例中，所述感测模块和所述处理模块设置在所述感测孔内。

在其中一个实施例中，所述感测模块设于所述上层板的下表面和/或所述下层板的上表面。

在其中一个实施例中，所述感测模块为吸附式感测元件，用以侦测PM2.5，所述吸附式感测元件和所述处理模块均设置在所述下层板的上表面。

在其中一个实施例中，所述感测模块包括光感测元件和光源，用以侦测PM2.5，所述光源设于所述上层板的下表面，所述光感测元件设于所述下层板的上表面，所述光源和所述光感测元件相对设置。

在其中一个实施例中，所述上层板、所述中层板和所述下层板之间通过粘接的形式连接。

在其中一个实施例中，所述出气槽包括贯穿所述中层板的第二中通孔、贯穿所述下层板且连通所述第二中通孔的下通孔及作为所述出气槽槽底的所述上层板的部分下表面，所述第一槽道和所述第二槽道均连通所述第二中通孔。

在其中一个实施例中，所述第一气流通道的末端开设在所述出气槽的侧壁，所述第二气流通道的末端开设在所述出气槽的侧壁，所述第一气流通道的末端到所述出气槽槽口的距离大于所述第二气流通道的末端到所述出气槽槽口的距离，所述引流机构设置于所述出气槽处。

本申请提供的气体悬浮颗粒感测器的有益效果在于，本感测器具有板体，在板体内设置有第一气流通道和第二气流通道，两个气流通道可分别通过PM2.5和较大颗粒，将两种颗粒进行区分，PM2.5通过第一气流通道，可通过感测模块和处理模块对其进行侦测，获取颗粒的浓度，这样得到的浓度比较准确，不受大颗粒的干扰，具体地，通过引流机构吸风，空气从进气槽进入，由于在进入的时候，空气处于运动状态，所以颗粒具有一定的惯性，颗粒首先经过第一气流通道的始端，PM2.5颗粒相对质量较小，所以惯性较小，其能够被吸到第一气流通道内，而较大颗粒的惯性较大，其会直接运动到第二气流通道的始端处，进入到第二气流通道，所以PM2.5和较大颗粒被分开，再通过在第一气流通道内测量其浓度，可得到较为准确的浓度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的气体悬浮颗粒感测器的结构示意图；

图2为图1下部结构示意图；

图3为图1中下层板的结构示意图；

图4为图1中中层板的结构示意图；

图5为图4的背部结构示意图；

图6为上层板的结构示意图。

图中，1、上层板；2、中层板；3、下层板；4、处理模块；5、光源；6、光感测元件；7、第一槽道；8、感测孔；9、第二槽道；10、上通孔；11、下通孔；12、第一中通孔；13、第二中通孔；14、板体；15、进气槽；16、出气槽；17、过线孔。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1、图2，本申请提供了一种气体悬浮颗粒感测器的具体实施例，包括板体14、感测模块、处理模块4、引流机构。

板体14内形成有相互独立的第一气流通道和第二气流通道，板体14还形成有进气槽15和出气槽16，第一气流通道的始端开设在进气槽15的侧壁且连通进气槽15，第二气流通道的始端开设在进气槽15的侧壁或槽底且连通进气槽15，第一气流通道的始端到进气槽15槽口的距离小于第二气流通道的始端到进气槽15槽口的距离，第一气流通道的末端和第二气流通道的末端还连通出气槽16。感测模块设于第一气流通道内；处理模块4电连接感测模块，感测模块用于向处理模块4传递感测信号，处理模块4用于将感测信号转化为颗粒浓度信号；引流机构用于驱使外部气体从进气槽15进入且从出气槽16流出。

其使用过程为，往进气槽15内通入需要进行检测的气体，然后气体进入到进气槽15之后，PM2.5进入到第一气流通道内，而较大颗粒进入到第二气流通道内，实现了两种颗粒的分开，在第一气流通道内设有能够对PM2.5进行测量的感测模块，可实现对PM2.5的测量，并通过处理模块4将感测信号转化为颗粒浓度信号，由于没有大颗粒的干扰，可以相对准确地对PM2.5进行测量。需要说明的是，PM2.5和粒径大于PM2.5的颗粒两者分开，并不是绝对的完全分离，也有少量的PM2.5进入到第二气流通道，也有少量的较大颗粒进入到第一气流通道，本申请将两者分开，是尽量提高PM2.5的纯度，减小较大颗粒的干扰，提高准确率。

而两种颗粒能够进行分开的原理为：进气槽15为槽状结构，其具有一定的深度，第一气流通道的始端开设在进气槽15的槽内侧壁上，第一气流通道的始端距离槽口具有一段距离S1，S1不为零，第二气流通道的始端设置在进气槽15的槽底或者槽内侧壁上，当其设置在槽底的时候，则其到槽口的距离大于S1，当其设置在槽内侧壁的时候其到槽口的距离S2也要大于S1。

可以在板体14的出气槽16处设置引流机构，引流机构能够进行吸风，也就是同时对第一气流通道和第二气流通道进行吸风，则两个气流通道的始端均具有一定的吸力，当气体进入到进气槽15的时候，由于进气槽15为槽状结构，具有一定的深度，所以气体会沿着槽体的深度方向流进槽体内，气体中的颗粒均具有一定的惯性，PM2.5的惯性较小，较大颗粒(粒径大于2.5微米的颗粒)的惯性较大，当气体中的颗粒首先经过第一气流通道的始端时，由于PM2.5的惯性小，会被吸入到第一气流通道内，而惯性较大的颗粒则继续沿着槽体的深度方向走，直到进入到第二气流通道内，此时完成较大颗粒和PM2.5的分离。

进入到第一气流通道内的PM2.5纯度高，所以在第一气流通道内设置了用于检测PM2.5浓度的设备。具体为感测模块和处理模块4，感测模块用于感测PM2.5，并将感测信号传递给处理模块4，处理模块4则将感测信号转化为颗粒浓度信号，处理模块4则可连接显示模块等，用于显示PM2.5浓度值。

需要说明的是，通入到进气槽15内的气体为定量的，也就是一定体积的气体，感测模块感测到信号变化，并将变化的信号传递至处理模块4，处理模块4将信号转化为数量信号并除以气体体积，得到浓度值。

引流机构可以为风机或者风扇，能够产生吸力。引流机构可以不连接在板体14上，可设置在其它适配结构上。

本申请提供的气体悬浮颗粒感测器的有益效果在于，本感测器具有板体14，在板体14内设置有第一气流通道和第二气流通道，两个气流通道可分别通过PM2.5和较大颗粒，将两种颗粒进行区分，PM2.5通过第一气流通道，可通过感测模块和处理模块4对其进行侦测，获取颗粒的浓度，这样得到的浓度比较准确，不受大颗粒的干扰，具体地，通过引流机构吸风，空气从进气槽15进入，由于在进入的时候，空气处于运动状态，所以颗粒具有一定的惯性，颗粒首先经过第一气流通道的始端，PM2.5质量相对小，所以惯性较小，其能够被吸到第一气流通道内，而较大颗粒(粒径大于2.5微米的颗粒)的惯性较大，其会直接运动到第二气流通道的始端处，进入到第二气流通道，所以PM2.5和较大颗粒被分开，再通过在第一气流通道内测量其浓度，可得到较为准确的浓度。

此结构可利用双通道引流方式，借由区分大型粒子与微型粒子，减少感测器误判之可能性，达到更精确量测PM2.5数量或其浓度。

如图1-图6，作为本实施例提供的气体悬浮颗粒感测器的优选实施方式，板体14可包括上层板1、中层板2和下层板3，上层板1、中层板2和下层板3依次叠加；而进气槽15、出气槽16、第一气流通道和第二气流通道则形成在三层板的叠加中。以叠构方式建立双通道空间，以此双通道空间制造出区分微粒尺寸的引流通道。

具体地，进气槽15为槽状结构，形成进气槽15的是：贯穿上层板1的上通孔10、贯穿中层板2且连通上通孔10的第一中通孔12以及作为进气槽15槽底的下层板3的部分上表面。

上层板1和中层板2贴合的时候，上通孔10和第一中通孔12相互对正且对接在一起，形成槽状结构的槽身部分，而下层板3在和中层板2相贴合的时候，下层板3的部分上表面形成了槽状结构的槽底。

如图4，具体地，第一气流通道包括开设于中层板2上表面的第一槽道7及封盖第一槽道7的上层板1的部分下表面，第一槽道7连通第一中通孔12。

如图5，第二气流通道包括开设于中层板2下表面的第二槽道9以及封盖第二槽道9的下层板3的部分上表面，第二槽道9连通第一中通孔12。

第一气流通道的始端，即为第一槽道7与第一中通孔12的连通处，第二气流通道的始端，即为第二槽道9的始端与第一中通孔12的连通处。并且第一槽道7末端和第二槽道9的末端均连通出气槽16。

本实施方式中采用了三层板相互叠加的形式布设，易于对各个通道以及进气槽15和出气槽16进行加工，并且三者贴合之后形成板体14，当需要维修的时候可将三者拆开，方便进行维护。

如图4和图5，进一步地，第一气流通道还包括贯穿中层板2的感测孔8、封盖感测孔8的下层板3的部分上表面及封盖感测孔8的上层板1的部分下表面，感测孔8连通第一槽道7。

在中层板2上设有感测孔8，第一槽道7在感测孔8处断开，感测孔8的两侧壁分别连通两侧的第一槽道7，感测孔8、上层板1的部分下表面以及下层板3的部分上表面形成感测腔，感测腔为第一气流通道的一部分。

具体地，第一气流通道不仅包括第一槽道7，还包括感测孔8形成的感测腔，在中层板2的上表面开设了第一槽道7，而第一槽道7的始端连通第一中通孔12，第一槽道7的末端连通出气槽16，但是第一槽道7在中间部位是断开的，断开处形成感测孔8，感测孔8与两侧的第一槽道7均连通，使第一气流通道继续保持贯通状态，感测孔8的作用在于配合上层板1的下表面和下层板3的上表面形成感测腔，感测腔内用于放置感测模块和处理模块4。

本实施方式的效果在于，由于感测孔8的存在，其具有较大的体积，能够较好的容纳感测模块和处理模块4，并且空间大，有较多的气体进入到感测孔8，也可增加对PM2.5浓度测量的准确性。

感测模块和处理模块4设置在感测孔8内，方便对气体中PM2.5的浓度进行测量。

优选地，感测模块设于上层板1的下表面和/或下层板3的上表面。

具体地，感测孔8为扁平状的腔体，深度较小，深度即为中层板2的厚度，而长度和宽度则较大，所以将感测模块设置在上层板1的下表面或下层板3的上表面，或者两者均设置，更加合适，具体地可设置在中央位置，使其能够充分的感测周围气体中PM2.5的浓度。感测孔8可为矩形孔。

进一步地，感测模块可为吸附式感测元件，用以侦测PM2.5，吸附式感测元件和处理模块4均设置在下层板3的上表面。吸附式感测元件靠的是沉积物理吸附，侦测其重量变化或是可以辨别重量的其它讯号，具体可为薄膜振动频率，例如：越多的粒子吸附在上面后薄膜重量变重，膜震动速度会变慢，速度信号传递至处理模块4，处理模块4可将速度信号转换数量信号并除以气体体积得到浓度信号。

如图3和图6，或者，感测模块还可以包括光感测元件6和光源5，用以侦测PM2.5，光源5设于上层板1的下表面，光感测元件6设于下层板3的上表面，光源5和光感测元件6相对设置。

当光源5照射于不同粒径大小的悬浮微粒时，会产生散射，光感测元件6通过接收到不同散射讯号之强弱，再经由处理模块4解析悬浮微粒之浓度。

光源5可以为雷射元件，光束碰撞悬浮微粒产生散射，光感测元件6可以为光电二极体，侦测光强之变化，其电压值产生改变，再把对应的电压讯号传递至处理模块4，处理模块4将电压信号转换成数量信号，并除以气体体积，得到实际上对应的粒子浓度。

光源5和光感测元件6相对设置，使得侦测效果更好更准确。另外还可以在中层板2上开设过线孔17，以实现不同元件之间的电连接。

上层板1、中层板2和下层板3之间可以通过粘接的形式连接。使得结构装配更加简洁方便。

关于出气槽16的结构，可以与进气槽15的结构类似，具体地，包括贯穿中层板2的第二中通孔13、贯穿下层板3且连通第二中通孔13的下通孔11及作为出气槽16槽底的上层板1的部分下表面，第一槽道7和第二槽道9均连通第二中通孔13。

本实施方式中，出气槽16和进气槽15的结构类似，降低了加工的难度，加工一次即可。

进一步地，第一气流通道的末端开设在出气槽16的侧壁，第二气流通道的末端开设在出气槽16的侧壁，第一气流通道的末端到出气槽16槽口的距离大于第二气流通道的末端到出气槽16槽口的距离，引流机构设置于出气槽16处。

这样两个气流通道的末端在出气槽16上的连通形式与两个气流通道始端在进气槽15上的连通形式相似，方便了板体的设置。

作为优选地，本感测器的尺寸较小，其体积具有微小化的特点，传统的传感器，例如粉尘感测器尺寸达到了41×41×12立方毫米，由于本感测器采用了板状结构叠构的方式形成，所以尺寸可自由设计，上层板1、中层板2以及下层板3的截面可均为矩形，厚度可相同，也可中层板2厚度大于上层板1厚度和下层板3厚度；而上层板1和下层板3的厚度相等，上层板1、中层板2以及下层板3相互对正，上层板1、中层板2以及下层板3的截面的一侧板边长度可小于等于5mm，另一侧板边长度也小于等于5mm。

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

Claims (10)

1.一种气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，包括：

板体，所述板体内形成有相互独立的第一气流通道和第二气流通道，所述板体还形成有进气槽和出气槽，所述第一气流通道的始端开设在所述进气槽的侧壁且连通所述进气槽，所述第二气流通道的始端开设在所述进气槽的侧壁或槽底且连通所述进气槽，所述第一气流通道的始端到所述进气槽槽口的距离小于所述第二气流通道的始端到所述进气槽槽口的距离，所述第一气流通道的末端和所述第二气流通道的末端连通所述出气槽；

感测模块，所述感测模块设于所述第一气流通道内；

处理模块，所述处理模块电连接所述感测模块，所述感测模块用于向所述处理模块传递感测信号，所述处理模块用于将所述感测信号转化为颗粒浓度信号；以及

引流机构，所述引流机构用于驱使外部气体从所述进气槽进入且从所述出气槽流出。

2.如权利要求1所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述板体包括上层板、中层板和下层板，所述上层板、所述中层板和所述下层板依次叠加；

所述进气槽包括贯穿所述上层板的上通孔、贯穿所述中层板且连通所述上通孔的第一中通孔以及作为所述进气槽槽底的所述下层板的部分上表面；

所述第一气流通道包括开设于所述中层板上表面的第一槽道及封盖所述第一槽道的所述上层板的部分下表面，所述第一槽道连通所述第一中通孔；

所述第二气流通道包括开设于所述中层板下表面的第二槽道以及封盖所述第二槽道的所述下层板的部分上表面，所述第二槽道连通所述第一中通孔。

3.如权利要求2所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述第一气流通道还包括贯穿所述中层板的感测孔、封盖所述感测孔的所述下层板的部分上表面及封盖所述感测孔的所述上层板的部分下表面，所述感测孔连通所述第一槽道。

4.如权利要求3所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述感测模块和所述处理模块设置在所述感测孔内。

5.如权利要求4所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述感测模块设于所述上层板的下表面和/或所述下层板的上表面。

6.如权利要求5所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述感测模块为吸附式感测元件，用以侦测PM2.5，所述吸附式感测元件和所述处理模块均设置在所述下层板的上表面。

7.如权利要求5所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述感测模块包括光感测元件和光源，用以侦测PM2.5，所述光源设于所述上层板的下表面，所述光感测元件设于所述下层板的上表面，所述光源和所述光感测元件相对设置。

8.如权利要求5所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述上层板、所述中层板和所述下层板之间通过粘接的形式连接。

9.如权利要求2所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述出气槽包括贯穿所述中层板的第二中通孔、贯穿所述下层板且连通所述第二中通孔的下通孔及作为所述出气槽槽底的所述上层板的部分下表面，所述第一槽道和所述第二槽道均连通所述第二中通孔。

10.如权利要求1所述的气体悬浮颗粒感测器，其特征在于，所述第一气流通道的末端开设在所述出气槽的侧壁，所述第二气流通道的末端开设在所述出气槽的侧壁，所述第一气流通道的末端到所述出气槽槽口的距离大于所述第二气流通道的末端到所述出气槽槽口的距离，所述引流机构设置于所述出气槽处。

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