CN205120537U - 一种微颗粒物检测传感器及检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微颗粒物检测传感器及检测设备，包括红外光源、红外光电探测器、光源驱动电路、信号调理电路、控制器、光传输通路和气体采集通路，气体采集通路和光传输通路相互垂直设置，红外光电探测器垂直于气体采集通路和光传输通路的交界面，红外光电探测器接收微颗粒物在气体采集通路和光传输通路交界面的散射光；待检测气流从气体采集通路的颗粒物入口进入气体采集通路，并从颗粒物出口排出，红外光电探测器的输出端连接信号调理电路，信号调理电路的输出端连接控制器，控制器的输出端连接光源驱动电路，光源驱动电路连接红外光源。本实用新型简化了原有的复杂设计，解决现有传感器的体积大、成本高，精度差的问题。

Description

一种微颗粒物检测传感器及检测设备

技术领域

本实用新型涉及颗粒物检测技术，具体涉及一种微颗粒物检测传感器及检测设备。

背景技术

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为细颗粒物或可入肺颗粒物。在大气成分中，虽然PM2.5的含量很少，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳、元素碳、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐等。与尺寸较大的固体粉尘物相比，PM2.5粒径小，易富集有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大，许多研究已证实颗粒物会对呼吸系统和心血管系统造成伤害，导致哮喘、肺癌、心血管疾病、出生缺陷和过早死亡。

大气环境的日益恶化持续引发人们对环境空气质量的担忧，因为人们每天生活在被污染的大气环境中，需时刻关注所处空间的空气质量状况，尤其是PM2.5浓度大小，因此快速、准确的检测PM2.5就成为一个迫切的需求，而目前市场上出现的颗粒物检测传感器普遍体积偏大，成本过高，精度不高，无法满足物联网，智能家居，可穿戴设备的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种微颗粒物检测传感器，缩小了驱动电路、信号调理电路规模，简化了原有复杂光学元件的设计，用以解决现有传感器的体积大、成本高，精度差的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案是：一种微颗粒物检测传感器，所述的微颗粒物检测传感器包括红外光源、红外光电探测器、光源驱动电路、信号调理电路、控制器、光传输通路和气体采集通路，所述的气体采集通路和光传输通路相互垂直设置，所述的红外光电探测器在光传输通路的出口、垂直于气体采集通路和光传输通路的交界面放置，所述红外光源发出红外光经过光传输通路和气体采集通路的交界面，所述红外光电探测器接收微颗粒物在气体采集通路和光传输通路交界面的散射光；

所述气体采集通路包括颗粒物入口和颗粒物出口，携带微颗粒物的待检测气流从所述的颗粒物入口进入气体采集通路，并从所述的颗粒物出口排出，所述红外光电探测器的输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路的输出端连接控制器，所述控制器的输出端连接光源驱动电路，所述光源驱动电路驱动连接红外光源。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述的颗粒物入口处设置除尘装置，用于防止大颗粒异物进入。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述气体采集通路包括精密流量控制装置和空气过滤器。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述的精密流量控制装置包括精密流量风扇和精密流量泵。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述的空气过滤器包括除尘、除水两级过滤装置。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述红外光电探测器为红外光电二极管。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述的红外光源为微型红外LED光源。红外光源和红外光电探测均采用微型半导体器件，能最大限度的减小传感器体积，使其更加适合智能家居和智能穿戴设备的应用。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述的光传输通道和气体采集通道位于一光学腔体内，所述光学腔体包括光源发射区，光接收区，光敏感区和光陷阱区。

进一步地，根据本实用新型所述的微颗粒物检测传感器，所述的光学腔体一次加工成型，有效地降低了光学腔的成本和体积。

本实用新型还提供一种微颗粒物检测设备，所述的微颗粒物检测设备包括微颗粒物检测传感器、数据传输单元和智能移动设备，所述的微颗粒物检测传感器通过数据传输单元与智能移动设备通讯连接，用于将检测到的微颗粒物数据信息发送给智能移动设备。

进一步地，所述的智能移动设备为手机或者iPAD。

本实用新型达到的有益效果：本实用新型的微颗粒物检测传感器缩小了驱动电路、信号调理电路规模，简化了原有复杂光学元件的设计，红外光源和红外光电探测均采用微型半导体器件，能最大限度的减小传感器体积，使其更加适合智能家居和智能穿戴设备的应用，且光学腔体一次加工成型，有效地降低了光学腔的成本和体积，解决了现有传感器的体积大、成本高，精度差的问题。

附图说明

图1是本实用新型微颗粒物检测传感器的结构原理图；

图2是本实用新型微颗粒物检测传感器的结构示意图；

图3是本实用新型微颗粒物检测设备的结构原理图。

图中，1为红外光源，2为凸透镜，3为微颗粒物，4为光陷阱，5为光学腔体，6为光电探测器，7为气体采集通路。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

微颗粒物检测传感器实施例：

如图1所示，本实用新型所述的微颗粒物检测传感器包括红外光源、红外光电探测器、光源驱动电路、信号调理电路、控制器、光传输通路和气体采集通路，所述的气体采集通路和光传输通路相互垂直设置，所述的红外光电探测器垂直于气体采集通路和光传输通路的交界面放置，所述红外光源发出红外光经过光传输通路和气体采集通路的交界面，所述红外光电探测器接收微颗粒物在气体采集通路和光传输通路交界面的散射光。

所述气体采集通路包括颗粒物入口和颗粒物出口，携带微颗粒物的待检测气流从所述的颗粒物入口进入气体采集通路，并从所述的颗粒物出口排出，所述红外光电探测器的输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路的输出端连接控制器，所述控制器的输出端连接光源驱动电路，所述光源驱动电路驱动连接红外光源。

本实施例中的红外光源为微型红外LED光源，但不限于微型红外LED光源，还可以采用红外激光光源、可见光光源。红外光电探测器可以是但不限于红外光电二极管，还可以采用光电倍增管。控制器采用单片机控制器。红外光源和红外探测均采用微型半导体器件，能最大限度的减小传感器体积，使其更加适合智能家居和智能穿戴设备的应用。

所述光源驱动电路采用脉宽调制技术，光源驱动电路还包括功率驱动元件，如三极管、场效应管。所述红外光电信号调理电路由高精度运算放大器电路组成，包括光电二极管信号输入电路、光电二极管信号放大电路、光电二极管信号滤波电路、光电二极管信号二级放大电路。单片机控制器采用高性能的单片微处理器，该处理器完成的功能包括：光源驱动脉冲控制、光电二极管信号模数转换、光电二极管信号滤波，颗粒物浓度转换计算，颗粒物浓度信号输出。

如图2所示，所述的光传输通道和气体采集通道位于一光学腔体内，本实施案例中光学腔体可以采用塑料模具一次加工成型，有效地降低了光学腔的成本和体积。光传输通道和气体采集通道垂直放置，红外光电探测器垂直于气体采集通路和光传输通路的交界面放置。所述光学腔体包括光源发射区、光接收区、光敏感区和光陷阱区。

所述气体采集通路包括颗粒物入口，颗粒物出口，光散射腔，精密流量控制装置和空气过滤器，气体采集通路的气体采样方式为微型风扇抽取，颗粒物入口处设置除尘装置，防止大颗粒异物进入，精密流量控制装置包括精密流量风扇和精密流量泵，空气过滤器包括除尘、除水两级过滤装置。

红外光源发出的红外光到达传输通道和气体采集通道的交界面时，由于颗粒物对红外光的散射作用，处垂直位置的红外光电探测器将接收到一部分散射光。红外光电探测器将散射光的强度转化成电信号。该电信号被信号调理电路放大滤波后送给单片机控制器。单片机控制器依据特定的算法将电信号的大小转换成颗粒物的浓度值。

微颗粒物检测设备实施例：

本实用新型所述的微颗粒物检测设备包括微颗粒物检测传感器、数据传输单元和智能移动设备，所述的微颗粒物检测传感器通过数据传输单元与智能移动设备通讯连接，用于将检测到的微颗粒物数据信息发送给智能移动设备，通过智能移动设备监测微颗粒物数据信息。

下面介绍具体的实施例：

本实用新型可以将微型颗粒物检测传感器用于智能家居设备，例如，微型颗粒物检测传感器可以与空气净化器和新风系统实现联动，及时将室内颗粒物信息反馈给空气质量控制设备。

如图3所示，智能家居设备通过无线的方式连接至手机，手机可以通过无线方式收集智能家居设备的数据和状态，并控制智能家居设备的运行。同时手机还可以将收集到的颗粒物的数据传输至云计算服务器，云计算服务器还可以将数据实时分享给其他智能家居设备，使得用户可以在任何时候任何地点了解智能家居设备的状况。

另外，还可以将微型颗粒物检测传感器用于移动或手持设备上，例如该微型颗粒物检测传感器可以集成到手机里面，实现空气中PM2.5移动监测。该微型颗粒物检测传感器还可以与移动电源结合实现PM2.5检测。

本实用新型的微颗粒物检测传感器缩小了驱动电路、信号调理电路规模，简化了原有复杂光学元件的设计，红外光源和红外光电探测均采用微型半导体器件，能最大限度的减小传感器体积，使其更加适合智能家居和智能穿戴设备的应用，且光学腔体一次加工成型，有效地降低了光学腔的成本和体积，解决了现有传感器的体积大、成本高，精度差的问题。

Claims (10)

1.一种微颗粒物检测传感器，其特征在于：所述的微颗粒物检测传感器包括红外光源、红外光电探测器、光源驱动电路、信号调理电路、控制器、光传输通路和气体采集通路，所述的气体采集通路和光传输通路相互垂直设置，所述的红外光电探测器垂直于气体采集通路和光传输通路的交界面放置，所述红外光源发出红外光经过光传输通路和气体采集通路的交界面，所述红外光电探测器接收微颗粒物在气体采集通路和光传输通路交界面的散射光；

所述气体采集通路包括颗粒物入口和颗粒物出口，携带微颗粒物的待检测气流从所述的颗粒物入口进入气体采集通路，并从所述的颗粒物出口排出，所述红外光电探测器的输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路的输出端连接控制器，所述控制器的输出端连接光源驱动电路，所述光源驱动电路驱动连接红外光源。

2.根据权利要求1所述的微颗粒物检测传感器，其特征在于，所述的颗粒物入口处设置除尘装置，用于防止大颗粒异物进入。

3.根据权利要求1所述的微颗粒物检测传感器，其特征在于，所述气体采集通路包括精密流量控制装置和空气过滤器。

4.根据权利要求3所述的微颗粒物检测传感器，其特征在于，所述的精密流量控制装置包括精密流量风扇和精密流量泵。

5.根据权利要求3所述的微颗粒物检测传感器，其特征在于，所述的空气过滤器包括除尘、除水两级过滤装置。

6.根据权利要求1所述的微颗粒物检测传感器，其特征在于，所述红外光电探测器为红外光电二极管。

7.根据权利要求1所述的微颗粒物检测传感器，其特征在于，所述的红外光源为微型红外LED光源。

8.根据权利要求1所述的微颗粒物检测传感器，其特征在于，所述的光传输通道和气体采集通道位于一光学腔体内，所述光学腔体包括光源发射区，光接收区，光敏感区和光陷阱区。

9.一种采用如权利要求1所述微颗粒物检测传感器的微颗粒物检测设备，其特征在于，所述的微颗粒物检测设备包括微颗粒物检测传感器、数据传输单元和智能移动设备，所述的微颗粒物检测传感器通过数据传输单元与智能移动设备通讯连接，用于将检测到的微颗粒物数据信息发送给智能移动设备。

10.根据权利要求9所述的微颗粒物检测设备，其特征在于，所述的智能移动设备为手机或者iPAD。