CN207231960U - 双路颗粒物浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于空气净化装置并可有效提高测量精度的双路颗粒物浓度检测装置，包括用于检测空气净化装置放置区域环境空气颗粒物浓度的第一光学颗粒物浓度传感器、位于空气净化装置工作风道中的过滤网之后出风口之前的第二光学颗粒物浓度传感器以及信号处理单元，其相互连接并实现信号通讯。所述检测装置的检测方法包括以下校准步骤：同时启动第一和第二光学颗粒物浓度传感器上电工作一段时间，但此期间风机不工作，其输出的第一组第一电信号和第一组第二电信号被信号处理单元接收并记录；然后，启动风机正常工作；一段时间后，信号处理单元接收并记录此时第二光学颗粒物浓度传感器输出的第二组第二电信号。

Description

双路颗粒物浓度检测装置

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种空气净化装置内的环境空气颗粒物浓度检测装置。

背景技术

近年来，颗粒物(Particulate Matter)作为空气中重要的污染物之一备受关注。颗粒物对人类危害极大，尤其是小粒径颗粒物，能长时间飘浮于大气中，难以沉降到地面，易进入人体呼吸道，并且粒径越小，在人体呼吸道中的沉降位置越深，危害越大。新版《环境空气质量标准》将环境空气中空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物称为可吸入颗粒物PM10，将环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物称为细颗粒物PM2.5。PM10易沉积在上呼吸道，引发各种疾病；PM2.5能够沉积在支气管和肺部，并且更易吸附有毒害的物质进入体内，危害人体健康。因此，对环境空气中颗粒物浓度的准确测量显得格外重要。基于光学原理的颗粒物浓度传感器目前在国内外被大量采用，由于其小型化、数据实时输出和成本低等特点，被广泛应用于空气净化装置等民用设备，例如家用空气净化装置、车用空气净化装置、具有空气净化功能的空调等。

光学颗粒物浓度传感器的光发射单元、光接收单元、光路设计、信号采集方法以及转换为颗粒物浓度输出的数学模型各有不同，例如，光发射单元主要有红外光和激光。光学颗粒物浓度传感器的输出算法和校准方法亦有所不同，例如，使用一阶模型进行归一化统计算法、多点法归一化高次补偿统计算法等。此外，颗粒物浓度传感器的量程各不相同，例如，颗粒物质量浓度的输出范围至600μg/m³(微克每立方米)、1,000μg/m³等。另一方面，光学原理的颗粒物浓度传感器长期使用后光发射单元(光源)的光强衰减、传感器内部积灰等因素所造成的光路特性变化、以及传感器其他部件的特性改变，包括传感器运行环境的温湿度变化等因素，均将引起传感器的输出特性发生变化，由此导致传感器输出产生较大的误差，或者说测量数据漂移严重。

根据《环境空气质量标准》、《环境空气质量指数技术规定》及《空气净化器国家标准》等要求，空气净化装置一般根据颗粒物浓度传感器的输出值，设置35μg/m³、75μg/m³、115μg/ m³、150μg/m³、250μg/m³等颗粒物质量浓度阈值来控制装置内风机运行的转速或功率进行相应的空气调节，亦可能选取或调整其中的某些阈值进行应用设计。实际上，环境空气质量指数变差的城市环境空气，更多是在几十微克每立方米的轻度污染或至150μg/m³以下的中度污染。由此可以看到，空气净化装置中的颗粒物浓度传感器应用，更为关心的是其低浓度输出区域的测量准确度。

实用新型内容

本实用新型提供一种结构简单但可有效提高低浓度输出区域测量精度的双路颗粒物浓度检测装置，主要但不限于用于空气净化装置。

所述双路颗粒物浓度检测装置包括第一光学颗粒物浓度传感器、第二光学颗粒物浓度传感器和信号处理单元，其相互连接并实现信号通讯。

所述第一光学颗粒物浓度传感器用于检测空气净化装置放置区域的环境空气颗粒物浓度。该传感器位于空气净化装置中的非工作风道区域或者位于空气净化装置工作风道中的进风口之后过滤网之前，其上电工作后输出第一电信号OUT1。所述第二光学颗粒物浓度传感器用于校准所述第一光学颗粒物浓度传感器的输出，其位于空气净化装置工作风道中的过滤网之后出风口之前的区域，其上电工作后输出第二电信号OUT2。

第一光学颗粒物浓度传感器测量环境空气输出的第一电信号OUT1与其相应测得的颗粒物浓度值对应第一函数关系FUNC1，第二光学颗粒物浓度传感器测量环境空气输出的第二电信号OUT2与其相应测得的颗粒物浓度值对应第二函数关系FUNC2。所述的第一和第二函数关系FUNC1和FUNC2可以是第一和第二光学颗粒物浓度传感器分别测量实际环境空气标定的值，也可以是理论上的计算值，或者是这二者的组合。第二光学颗粒物浓度传感器在测量颗粒物浓度为零值时输出初始电信号OC0。该初始电信号OC0可以是第二光学颗粒物浓度传感器实际测量环境空气颗粒物浓度为零值时标定的值，也可以是第二光学颗粒物浓度传感器在其他环境空气中测量标定后推算的理论值。

所述信号处理单元接收或存储第一函数关系FUNC1、第二函数关系FUNC2、初始电信号OC0以及所述的第一和第二电信号OUT1和OUT2，并且进行相关运算后输出校准的环境空气颗粒物浓度测量值C。该信号处理单元可以是第一或第二光学颗粒物浓度传感器内部的信号处理单元MCU(单片机)，或者是空气净化装置主控板上的信号处理单元MCU，或者是另外存在的信号处理单元，或者是这其中的两个或两个以上的信号处理单元协同组成。

所述的双路颗粒物浓度检测装置实现的环境空气颗粒物浓度检测方法包括以下校准步骤：

空气净化装置同时启动第一和第二光学颗粒物浓度传感器上电工作一段时间，但在此期间内风机不工作，即第一和第二光学颗粒物浓度传感器相对处于同一环境空气中，其输出的第一组第一电信号OUT1-1和第一组第二电信号OUT2-1被信号处理单元接收并记录。

然后，空气净化装置启动风机正常工作。一段时间后，信号处理单元接收并记录此时第二光学颗粒物浓度传感器输出的第二组第二电信号OUT2-2。之后，第二光学颗粒物浓度传感器可以关断。

所述信号处理单元进行包括以下步骤的工作：

计算第二组第二电信号OUT2-2与初始电信号OC0的差值为第二偏移量OS2。将第二偏移量OS2从第一组第二电信号OUT2-1中减掉计算出校准的第二电信号OUT2-C，并通过第二函数关系FUNC2计算出其相应校准的颗粒物浓度共同测量值C0。将校准的颗粒物浓度共同测量值C0通过第一函数关系FUNC1计算出其相应校准的第一电信号OUT1-C，并计算第一组第一电信号OUT1-1与该校准的第一电信号OUT1-C的差值为第一偏移量 OS1。将第一偏移量OS1从后续的第一光学颗粒物浓度传感器输出的第一电信号OUT1中减掉为校准的输出电信号OUTC，并通过第一函数关系FUNC1计算输出为相应校准的环境空气颗粒物浓度测量值C。

每次上电启动所述空气净化装置时重复以上操作步骤。或者，设定空气净化装置断电关机时间满足一定的阈值条件时，在其上电启动后进行以上操作步骤。或者，空气净化装置正常工作一段时间后并满足一定的阈值条件时，再关断风机运行一段时间后进行以上操作步骤。

由于上电启动空气净化装置后，第二光学颗粒物浓度传感器在颗粒物浓度为零值时进行校准，并且对第一光学颗粒物浓度传感器进行传递校准，使得信号处理单元输出校准的环境空气颗粒物浓度测量值C始终保持接近于第一光学颗粒物浓度传感器初始的输出特性，有效改善了光学颗粒物浓度传感器测量数据漂移的问题。

附图说明

图1所示为本实用新型的用于空气净化装置的双路颗粒物浓度检测装置结构示意图。

图2所示为本实用新型的信号处理单元工作流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本实用新型的双路颗粒物浓度检测装置结构示意图。空气净化装置100内部包括进风口、过滤网、出风口、风机以及主控板，其正常工作后形成的工作风道110产生从进风口至出风口方向的风流。双路颗粒物浓度检测装置包括第一光学颗粒物浓度传感器S1、第二光学颗粒物浓度传感器S2和信号处理单元SPU，其相互连接并实现信号通讯。

第一光学颗粒物浓度传感器S1测量环境空气输出的第一电信号OUT1与其相应测得的颗粒物浓度值对应第一函数关系FUNC1，第二光学颗粒物浓度传感器S2测量环境空气输出的第二电信号OUT2与其相应测得的颗粒物浓度值对应第二函数关系FUNC2。FUNC1 和FUNC2可以是S1和S2分别测量实际环境空气标定的值，也可以是理论上的计算值，或者是这二者的组合。第二光学颗粒物浓度传感器S2在测量颗粒物浓度为零值时输出初始电信号OC0。OC0可以是S2实际测量环境空气颗粒物浓度为零值时标定的值，也可以是 S2在其他环境空气中测量标定后推算的理论值。

所述第一光学颗粒物浓度传感器用于检测空气净化装置放置区域的环境空气颗粒物浓度。

在其中一个实施例中，第一光学颗粒物浓度传感器S1位于空气净化装置100的非工作风道区域101。

在其中一个实施例中，第一光学颗粒物浓度传感器S1位于空气净化装置100工作风道 110中的进风口之后过滤网之前的区域102。

第二光学颗粒物浓度传感器S2用于校准所述第一光学颗粒物浓度传感器S1的输出，其位于空气净化装置100工作风道110中的过滤网之后出风口之前的区域103。

所述信号处理单元SPU接收或存储第一函数关系FUNC1、第二函数关系FUNC2、初始电信号OC0、以及S1和S2上电工作后输出的第一电信号OUT1和第二电信号OUT2，并且进行相关运算后输出校准的环境空气颗粒物浓度测量值C。

在其中一个实施例中，信号处理单元SPU为第一光学颗粒物浓度传感器S1内部的信号处理单元MCU(单片机)。

在其中一个实施例中，信号处理单元SPU为第二光学颗粒物浓度传感器S2内部的信号处理单元MCU。

在其中一个实施例中，信号处理单元SPU为空气净化装置100主控板上的信号处理单元MCU。

在其中一个实施例中，信号处理单元SPU为另外存在的信号处理单元。

在其中一个实施例中，信号处理单元SPU为第一光学颗粒物浓度传感器S1内部的信号处理单元MCU、第二光学颗粒物浓度传感器S2内部的信号处理单元MCU、空气净化装置100主控板上的信号处理单元MCU以及另外存在的信号处理单元中的两个或两个以上的信号处理单元协同组成。

所述的双路颗粒物浓度检测装置实现的环境空气颗粒物浓度检测方法包括以下校准步骤：

(1)空气净化装置100同时启动第一光学颗粒物浓度传感器S1和第二光学颗粒物浓度传感器S2上电工作一段时间，但在此期间内风机不工作，即S1和S2相对处于同一环境空气中，其输出的第一组第一电信号OUT1-1和第一组第二电信号OUT2-1被信号处理单元SPU接收并记录。

(2)空气净化装置100启动风机正常工作。一段时间后，信号处理单元SPU接收并记录此时S2输出的第二组第二电信号OUT2-2。

(3)在其中一个实施例中，此后的第二光学颗粒物浓度传感器S2被关断。

(4)请参阅图2所示，为本实用新型的信号处理单元SPU工作流程图。所述信号处理单元SPU进行包括以下步骤的工作：

计算第二组第二电信号OUT2-2与初始电信号OC0的差值为第二偏移量OS2。将第二偏移量OS2从第一组第二电信号OUT2-1中减掉计算出校准的第二电信号OUT2-C，并通过第二函数关系FUNC2计算出其相应校准的颗粒物浓度共同测量值C-C。将校准的颗粒物浓度共同测量值C-C通过第一函数关系FUNC1计算出其相应校准的第一电信号 OUT1-C，并计算第一组第一电信号OUT1-1与该校准的第一电信号OUT1-C的差值为第一偏移量OS1。将第一偏移量OS1从后续的第一光学颗粒物浓度传感器S1输出的第一电信号OUT1中减掉为校准的输出电信号OUTC，并通过第一函数关系FUNC1计算输出为相应校准的环境空气颗粒物浓度测量值C。

在其中一个实施例中，每次上电启动空气净化装置100时进行以上操作步骤。

在其中一个实施例中，设定空气净化装置100断电关机时间满足一定的阈值条件时，在其上电启动后进行以上操作步骤。

在其中一个实施例中，空气净化装置100正常工作一段时间后并满足一定的阈值条件时，再关断风机运行一段时间后进行以上操作步骤。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，但本实用新型并未局限于此。应当指出的是，对于任何本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求书来限定。

Claims (2)

1.一种双路颗粒物浓度检测装置，其特征在于，包括第一光学颗粒物浓度传感器、第二光学颗粒物浓度传感器和信号处理单元，其相互连接并实现信号通讯，

所述第一光学颗粒物浓度传感器用于检测空气净化装置放置区域的环境空气颗粒物浓度，

所述第二光学颗粒物浓度传感器用于校准所述第一光学颗粒物浓度传感器的输出，其位于空气净化装置工作风道中的过滤网之后出风口之前的区域。

2.根据权利要求1所述的双路颗粒物浓度检测装置，其特征在于，

所述第一光学颗粒物浓度传感器测量环境空气输出的第一电信号与其相应测得的颗粒物浓度值对应第一函数关系，所述第二光学颗粒物浓度传感器测量环境空气输出的第二电信号与其相应测得的颗粒物浓度值对应第二函数关系，

所述第二光学颗粒物浓度传感器在测量颗粒物浓度为零值时输出初始电信号，

所述信号处理单元接收或存储所述的第一和第二函数关系、所述初始电信号以及所述的第一和第二光学颗粒物浓度传感器测量环境空气输出的第一和第二电信号，并且进行相关运算后输出校准的环境空气颗粒物浓度测量值。