CN208383652U - 气体检测装置 - Google Patents

Abstract

一种气体检测装置，用以检测空气中所含有的悬浮微粒浓度，其外壳中设置一光机构，光机构中成型有相互连通的一气体流道与一光束通道，光束通道中设置一激光模块以投射一光束照射气体流道，气体流道内位于光束通道横跨处下方设有一光传感器，光传感器可检测该光束照射气体流道中气体的悬浮微粒所产生的折射光点，供以计算该气体中悬浮微粒的大小及浓度。气体流道对应进气口处更设置一气体传输致动器，可驱动气体在气体流道中朝光传感器高速喷出，以对光传感器表面所沾附悬浮微粒进行清洁，借此维持光传感器每次监测的精准度。

Description

气体检测装置

【技术领域】

本案关于一种气体检测装置，尤指一种具有气体传输致动器以导入气流的气体检测装置。

【背景技术】

近年来，我国与邻近区域的空气污染问题渐趋严重，尤其是细悬浮微粒(PM 2.5)的浓度数据常常过高，空气悬浮微粒浓度的监测渐受重视，各种检测装置也相应实用新型见世。目前，市面上用于检测悬浮微粒浓度的气体检测装置，其工作原理为利用可为红外光或激光光的光束照射空气通道中气体的悬浮微粒发生散射，透过检测、搜集该散射光线，可依据米式散射理论(Mie scattering theory)演算出悬浮微粒的粒径与单位空间中不同粒径的悬浮微粒数量。

然而，气体检测装置由于具有连通外界空气的空气通道，且检测散射光线的光传感器亦设置于空气通道中，来自外界的污染物易附着于光传感器上而影响其对散射光线的检测，造成演算结果的误差。针对此问题，目前的解决方式为透过软件演算方式进行补偿计算，但因实际应用上外界空气中的悬浮微粒往往会随时间变动而非维持固定值，故补偿计算修正后的检测值仍常与实际结果具有一定偏差。因此，针对用以检测悬浮微粒浓度的气体检测装置，其光传感器易受外界进入的悬浮微粒污染遮蔽的缺失，实为产业界迫切需解决的问题。

【实用新型内容】

本案是提供一种气体检测装置，用以检测空气中所含有悬浮微粒的大小及浓度，并且能够利用一气体传输致动器导入气体，借此对光传感器进行喷气清洁，以防止外界空气中的污染物附着于光传感器上而导致检测结果产生偏差。

于本案的一广义实施态样中，气体检测装置具有一外壳，外壳的腔室中设置一光机构，光机构中成型有相互连通的一气体流道与一光束通道，其中气体流道同时接通外壳的进气口与出气口。光机构中架构一激光模块，以对该光束通道发射一光束。气体流道中光束通道横跨处下方设有一光传感器。该激光模块所发射的光束照射气体流道中气体所含有的悬浮微粒，其所产生的折射光点受该光传感器检测，供以计算气体流道中气体所含有的悬浮微粒的大小及浓度。本案的特征在于气体流道对应外壳的进气口处，更设置一气体传输致动器，在检测过程或一预设时间点，气体传输致动器受控制启动，驱动外界气体进入气体流道中朝光传感器高速喷出。如此，除了可加速导入外界气体以使检测结果更能即时反应外界空气状态，更可对光传感器表面所沾附的悬浮微粒进行喷气清洁，借此维持光传感器每次监测的精准度，解决已知技术中光传感器易受污染物影响检测效能的问题。

于本案的较佳实施例中，气体流道中对应进气口位置设有一容置槽及多个固定槽；气体传输致动器由一喷气孔片、一腔体框架、一致动器、一绝缘框架以及一导电框架依序堆叠设置构成，其中喷气孔片包含多个支架、一悬浮片以及一中空孔洞，支架具有一固定部成型为对应该固定槽的形状，使该多个支架可套置于气体流道的该多个固定槽，以定位该喷气孔片容设于容置槽内。支架的连接部弹性支撑悬浮片，供使该悬浮片可进行往复式弯曲振动。

于本案的较佳实施例中，气体检测装置更具有一驱动电路模块，包含一传输模块及一处理器，处理器控制该气体传输致动器、该激光模块及该光传感器的启动，并将光传感器的检测结果进行分析转换成一监测数值。该监测数值由传输模块发送至外部连结装置，以显示该监测数值及通报警示。

【附图说明】

图1为本案的一较佳实施例的气体检测装置的结构示意图。

图2为本案的气体传输致动器固设于容置槽之外观结构示意图。

图3A为图2所示的气体传输致动器的相关构件分解正面结构示意图。

图3B为图2所示的气体传输致动器的相关构件分解背面结构示意图。

图4为本案的容置槽之外观结构示意图。

图5为图3A所示的喷气孔片的俯视结构示意图。

图6A为图2所示的气体传输致动器的A-A剖面结构示意图。

图6B及图6C为图6A所示的气体传输致动器的作动示意图。

【符号说明】

100：气体检测装置

1：气体传输致动器

11：喷气孔片

110：悬浮片

111：中空孔洞

112：支架

1121：固定部

1122：连接部

113：空隙

12：腔体框架

13：致动器

131：压电载板

1311：第一导电接脚

132：调整共振板

133：压电片

14：绝缘框架

15：导电框架

151：第二导电接脚

152：电极

16：共振腔室

17：气流腔室

2：激光模块

3：光传感器

4：光机构

41：光束通道

42：气体流道

43：光源设置槽

44：容置槽

441：固定槽

442：第一凹槽

443：第二凹槽

8：驱动电路模块

81：传输模块

10：外壳

10a：进气口

10b：出气口

10c：腔室

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型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。

本案提供一种气体检测装置，用以检测空气中所含有的悬浮微粒浓度，举例而言，该悬浮微粒可为PM2.5悬浮微粒或PM10悬浮微粒。请参阅图1，其为本案的一较佳实施例的气体检测装置的结构示意图。于本案实施例中，气体检测装置100包含气体传输致动器1、激光模块2、光传感器3、光机构4、驱动电路模块8以及外壳10。其中，外壳10具有进气口10a及出气口10b，且两者连通外壳10内部的一腔室10c，供以外部气体由进气口10a进入，通过腔室10c后由出气口10b排出。光机构4设置于外壳10的腔室10c内，为一实体构件，其内部成型有一光束通道41及一气体流道42。其中，气体流道42同时连通外壳10的进气口10a与出气口10b，较佳者但不限为直线构造的通道。光束通道41为直线通道，且横跨连通于气体流道42。于本实施例中，气体流道42与光束通道41相互垂直设置。于本实施例中，光机构4更包含一光源设置槽43与一容置槽44，光源设置槽43设置于光束通道41的一端；容置槽44设置于气体流道42连接进气口10a 的一端，可为方形、圆形、椭圆形、三角形及多角形的其中之一。

上述的气体传输致动器1位置为对应于进气口10a，而架构于光机构4 的气体流道42上方，供以致动导引气体气流由进气口10a导入。于本实施例中，气体传输致动器1是固设于光机构4的容置槽44中，但不以此为限。于本案的另一些实施例中，容置槽44亦可开设于外壳 10的进气口10a中，以供固设气体传输致动器1。

上述的激光模块2为架构于光机构4的光源设置槽43中，用以发射一激光光束，以照射于光束通道41中，并能照射通过气体流道42。光传感器3设置于气体流道42内，且位于光束通道41的下方位置。激光模块2所发射的激光光束通过气体流道42时，得以照射到气体传输致动器1与光传感器3之间在气体流道42中所流通的气体。

上述的光传感器3，是用以检测激光模块2所发射的激光光束照射到气体流道42中气体的悬浮微粒所投射而折射的光点，借此监测到空气中所含有的悬浮微粒的大小及计算出悬浮微粒浓度。

请继续参阅图1，驱动电路模块8包含一传输模块81及一处理器(未图示)，处理器为控制气体传输致动器1、激光模块2及光传感器3的启动，并对光传感器3所监测结果作分析运算及储存。当处理器控制启动气体传输致动器1、激光模块2及光传感器3时，气体传输致动器1导引气体气流由进气口10a导入，以进入气体流道42中，气体流道42中的气体会受激光模块2所投射通过光束通道41的光束照射，如此光传感器3检测气体流道42中气体的悬浮微粒被照射而折射的光点，并将检测监测结果传送至处理器，处理器依据该检测结果分析气体中悬浮微粒大小，并计算出所含有悬浮微粒的浓度，据以分析产生一监测数值作储存。处理器所储存监测数值得由传输模块81发送至一外部连结装置(未图示)，外部连结装置可以为云端系统、可携式装置、电脑系统、显示装置其中之一，以显示监测数值及通报警示。

上述的气体检测装置的检测过程中或者在一预设时间点，处理器控制启动气体传输致动器1驱动，外部气体由进气口10a导入，并透过气体传输致动器1得以高速导引喷出气体于气体流道42中流动，借此对光传感器3表面所沾附的悬浮微粒进行喷出清洁，得以常态维持光传感器3的精准度。上述的预设时间点可为每次进行空气检测作业之前，或为具有固定时间间隔的多个预设时间点(例如：每三分钟自动进行一次清洁)，亦可受使用者手动操作控制，或为利用软件根据即时监测数值计算而动态决定，不以此处举例为限。

此外，上述的传输模块81可透过有线传输或无线传输至外部装置，有线传输方式如下，例如：USB、mini-USB、micro-USB其中之一的有线传输模块，或是无线传输方式如下，例如：Wi-Fi模块、蓝牙模块、无线射频辨识模块、一近场通讯模块其中之一的无线传输模块。

请同时参阅图2、图3A及图3B，图2为本案的气体传输致动器固设于容置槽之外观结构示意图；图3A及图3B分别为图2所示的气体传输致动器的相关构件分解正面结构示意图与背面结构示意图。本实施例的气体传输致动器1为一微型化的气体传输结构，可使气体高速且大量地传输。本实施例的气体输送致动器1由喷气孔片11、腔体框架 12、致动器13、绝缘框架14及导电框架15等元件依序对应堆叠设置。

请参阅图4，图4为图2所示的容置槽之外观结构示意图。容置槽44 更具有多个固定槽441，以供喷气孔片11卡扣固定于上。本实施例的固定槽441数量为四个，分别对应设置于容置槽44的四个边角，且为L形凹槽，但不以此为限，其数量、凹槽态样可依据实际需求任施变化。容置槽44的侧边更开设一第一凹槽442与一第二凹槽443。

请参阅图5，并同时参阅图3A及图3B。图5为图3A所示的喷气孔片的俯视结构示意图。喷气孔片11为具有可挠性的材料制作，包含悬浮片110、中空孔洞111以及多个支架112。悬浮片110为可弯曲振动的片状结构，其形状与尺寸大致对应容置槽44内缘，但不以此为限，悬浮片110的形状亦可为方形、圆形、椭圆形、三角形及多角形其中之一。中空孔洞111是贯穿设置于悬浮片110的中心处，以供气体流通。本实施例的支架112的数量是为四个，但不以此为限，其数量及型态主要与固定槽441相对设置，各支架112与所对应的固定槽441会形成一卡扣结构以相互卡合固定，惟实施态样可依据实际情形任施变化。

举例来说，如图4与图5所示，本实施例的每一支架112包含固定部 1121及连接部1122，固定部1121与固定槽441(如图4所示)的形状相对应，皆为L形以相互匹配；亦即，固定部1121为L形的实体结构，而固定槽441为L形的凹槽，当固定部1121套置于固定槽441 内，两者可相互卡扣结合，借此将喷气孔片11容设于容置槽44之中。此卡扣结构设计可在水平方向产生定位效果，并增强喷气孔片11与容置槽44的连接强度。更甚者，在组装过程中，此卡扣结构设计可使喷气孔片11快速且精准的定位在容置槽44中，具有轻薄简单、便于组装，与易于精准定位组装的优点。同时，支架112的连接部1122 连接于悬浮片110及固定部1121之间，为具有弹性的条状结构，可使悬浮片110进行往复式地弯曲振动。多个支架112在悬浮片110及容置槽44内缘之间定义出多个空隙113(如图6A所示)，以供气体流通。

请同时参阅图3A、图3B及图6A，图6A为图2所示的气体传输致动器的A-A剖面结构示意图。腔体框架12可为方形，承载叠置于喷气孔片11的悬浮片110上。致动器13承载叠置于腔体框架12上，封盖其中空结构，而在喷气孔片11、腔体框架12及致动器13之间共同形成一共振腔室16。致动器13可由一压电载板131、一调整共振板 132及一压电片133所构成，其中压电载板131可为金属板，其周缘可延伸形成一第一导电接脚1311以接收电流。调整共振板132同样可为金属板并贴附于压电载板131上方。压电片133为以压电材料制成的板状物，承载叠置于调整共振板132上。压电片133通电后，会因压电效应产生形变，并且在一特定的振动频率的范围内，带动压电载板131进行往复式振动。调整共振板132位于压电片133与压电载板131之间，作为两者之间的缓冲物，可调整压电载板131的振动频率。基本上，调整共振板132的厚度大于压电载板131的厚度，且调整共振板132的厚度可加以设计选择，借此调整致动器13的振动频率。

请同时参阅图2、图3A及图3B，绝缘框架14与导电框架15依序承载叠置于致动器13上，导电框架15之外缘凸伸一第二导电接脚151，以及从内缘凸伸一弯曲状电极152，电极152电性连接致动器13的压电片133。如图2所示，导电框架15的第二导电接脚151以及压电载板131的第一导电接脚1311，分别突出设置于容置槽44的第二凹槽 443及第一凹槽442，借此向外接通电流，并使压电载板131、调整共振板132、压电片133及导电框架15形成一共同回路。此外，透过将绝缘框架14设置于导电框架15及压电载板131之间，可避免导电框架15直接电性连接压电载板131，造成短路。

请参阅图6A，其为图2所示的气体传输致动器的A-A剖面结构示意图，是表示气体传输致动器1组装于容置槽44上而对应于气体流道 42的初始状态。喷气孔片11、腔体框架12、致动器13、绝缘框架14 及导电框架15依序对应堆叠设置于容置槽44上，以构成本实施例的气体传输致动器1。在本案的较佳实施例中，喷气孔片11与容置槽 44的底面之间形成一气流腔室17。气流腔室17透过喷气孔片11的中空孔洞111，连通致动器13、腔体框架12及悬浮片12之间的共振腔室16。透过控制共振腔室16中气体的振动频率，使其与悬浮片110的压电振动频率趋近于相同，可使共振腔室16与悬浮片110产生亥姆霍兹共振效应(Helmholtz resonance)，俾使气体传输效率提高。

请同时参阅图6A、图6B及图6C，图6B及图6C为图6A所示的气体传输致动器的作动示意图。如图6B所示，当压电片133向上振动时，带动喷气孔片11的悬浮片110向上振动，使气流腔室17的体积急遽扩张，导致气流腔室17中压力下降。气流腔室17的负压吸引外界大气气体由多个空隙113流入，并经由中空孔洞111进入共振腔室 16，使共振腔室16内气压增加而产生一压力梯度。接着，如图6C所示，当压电片133带动喷气孔片11的悬浮片110向下振动时，共振腔室16中的气体经中空孔洞111快速流出，挤压气流腔室17内的空气，并使汇聚后的气体以接近白努利定律的理想气体状态快速且大量地喷出，且在流经光传感器3之后由外壳10的出气口10b排出(见图 1)。依据惯性原理，排气后的共振腔室16内部气压低于平衡气压，会导引气体再次进入共振腔室16中。是以，透过压电片133往复式地上下振动，以及控制共振腔室16中的气体与压电片133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。

综上所述，本案所提供的具有气体传输功能的气体检测装置，其气体传输致动器受压电片驱动而上下振动，带动共振腔室产生压力变化，达到气体传输的功效，且借由设置于外壳腔室内的光机构提供一光束通道，可使光束更为集中。再者，本案更透过共振腔室中的气体与压电片共振频率趋近于相同，以产生亥姆霍兹共振效应，俾进一步提升气体的传输速率及传输量，使气体以接近白努利定律的理想气体状态朝光传感器快速喷出，借此清除附着在光传感器表面上的悬浮微粒，达到清洁光传感器的目的。

本案得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (14)

1.一种气体检测装置，用以检测空气中所含有的悬浮微粒浓度，其特征在于，包含:

一外壳，具有一进气口，一出气口，以及内部具有一腔室，连通该进气口及该出气口；

一光机构，设于该腔室内，具有一气体流道，连通该进气口及该出气口，以及具有一光束通道，连通该气体流道；

一气体传输致动器，架构于该光机构的该气体流道上，并对应于该进气口，供以受致动而导引气体气流由该进气口导入；

一激光模块，架构于该光机构上，可对该光束通道发射一光束；

一光传感器，设于该气体流道内，并位于该光束通道下方位置，以检测该激光模块所发射光束照射该气体流道中气体的悬浮微粒所产生的折射光点，借此监测计算该气体气流中所包含的悬浮微粒大小与悬浮微粒浓度；

借此，启动该气体传输致动器、该激光模块及光传感器，使气体由该进气口导入，再由该气体传输致动器高速喷出于该气体流道中，并由该出气口导出于外壳之外，该气体流道中气体会受由通过该光束通道的该光束照射，而由该光传感器监测分析该气体气流中悬浮微粒大小，并计算出该气体气流含有悬浮微粒的浓度。

2.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该光传感器监测出悬浮微粒可为PM2.5悬浮微粒。

3.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该光传感器监测出悬浮微粒可为PM10悬浮微粒。

4.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该气体传输致动器高速喷出于该气体流道中流动气体，以对该光传感器表面沾附悬浮微粒进行喷出清洁，以维持该光传感器每次监测的精准度。

5.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，更包含一驱动电路模块，该驱动电路模块包含一处理器及一传输模块，其中该处理器控制该气体传输致动器、该激光模块及该光传感器的启动，并将该光传感器的检测结果进行分析转换成一监测数值，该监测数值由该传输模块发送给外部连结装置，以显示该监测数值及通报警示。

6.如权利要求5所述的气体检测装置，其特征在于，该传输模块为一有线传输传输模块及一无线传输传输模块的至少其中之一。

7.如权利要求6所述的气体检测装置，其特征在于，该有线传输传输模块为一USB、一mini-USB、一micro-USB的至少其中之一。

8.如权利要求6所述的气体检测装置，其特征在于，该无线传输传输模块为一Wi-Fi模块、一蓝牙模块、一无线射频辨识模块及一近场通讯模块的至少其中之一。

9.如权利要求5所述的气体检测装置，其特征在于，该外部连结装置为一云端系统、一可携式装置、一电脑系统至少其中之一。

10.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，该光机构在该气体流道中对应于该进气口位置设置有一容置槽，该容置槽具有多个固定槽。

11.如权利要求10所述的气体检测装置，其特征在于，该气体传输致动器包括：

一喷气孔片，包含多个支架、一悬浮片及一中空孔洞，该悬浮片可弯曲振动，该多个支架套置于该多个固定槽中，以定位该喷气孔片容设于该容置槽内，并与该容置槽的底面之间形成一气流腔室，且该多个支架及该悬浮片与该容置槽之间形成至少一空隙；

一腔体框架，承载叠置于该悬浮片上；

一致动器，承载叠置于该腔体框架上，施加电压而产生往复式地弯曲振动；

一绝缘框架，承载叠置于该致动器上；以及

一导电框架，承载叠设置于该绝缘框架上；其中，该致动器、该腔体框架及该悬浮片之间形成一共振腔室，透过该致动器驱动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，以造成该气体通过该至少一空隙进入该气流腔室，再排出至该气体流道中。

12.如权利要求11所述的气体检测装置，其特征在于，该多个支架包含一固定部及一连接部，其中该固定部的形状与该多个固定槽的形状相对应，该连接部连接于该悬浮片及该固定部之间，该连接部弹性支撑该悬浮片，供该悬浮片进行往复式地弯曲振动。

13.如权利要求11所述的气体检测装置，其特征在于，该致动器包含:

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

一压电片，承载叠置于该调整共振板，施加电压而驱动该压电载板及调整共振板产生往复式地弯曲振动。

14.如权利要求13所述的气体检测装置，其特征在于，该调整共振板的厚度大于该压电载板的厚度。