CN208505853U - 屏蔽的传感器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及屏蔽的传感器装置。一种用于确定气溶胶流(F)的至少一个特性的传感器装置，包括：封闭件(20)，其限定用于气溶胶流的流动通道(21)；至少一个检测元件(80)，用于检测气溶胶流(F)的特性；电路板(30)，其被布置在封闭件中或封闭件上；盖(50)，其覆盖电路板的至少一部分，该盖包括多个第一连接元件(53)；以及壳体(10)，其容纳封闭件和电路板，该壳体(10)包括多个第二连接元件(13)，所述多个第二连接元件与盖的第一连接元件相互作用，以将壳体可释放地固定至盖。壳体和电路板包括形成法拉第屏蔽的导电材料，以便提供传感器装置的内部的电磁屏蔽。

Description

屏蔽的传感器装置

技术领域

本实用新型涉及传感器装置，具体地，涉及用于确定气溶胶流中特别是气流中的颗粒物质的数量浓度和/或质量浓度的颗粒物质传感器装置。

背景技术

通常采用颗粒物质传感器装置用于监测空气质量，典型的要监测的空气质量参数是PM 2.5浓度。

EP 3 258 241 A2公开了一种颗粒物质传感器装置，其包括限定气溶胶流的流动通道的封闭件，风扇，激光器和辐射检测器。气溶胶通过风扇被吸入到流动通道中。激光由激光器产生并且被引导进入流动通道，并且由辐射检测器检测已从气溶胶流中的颗粒物质中散射的散射光。电路板被布置在封闭件上。辐射检测器安装在电路板上。盖子覆盖电路板。该盖子限定了用于附加流的多个附加入口。过滤器布置在盖子与电路板之间，以在附加流到达电路板之前对其进行过滤。附加流用于减少颗粒物质沉淀到激光器上、辐射检测器上和/或流动通道的通道壁上。

CN 204594849公开了一种颗粒物质传感器装置，其包括中间框架，上壳和下壳。上壳和下壳均由金属材料制成以减少电磁干扰。上壳和下壳通过可以释放用于维护的卡合连接来安装至中间框架。

这种设计的缺点是需要两个单独的壳来提供足够的电磁兼容性(EMC)，从而增加了颗粒物质传感器装置的生产成本和尺寸。

足够的电磁兼容性不仅需要用于颗粒物质传感器装置，而且还需要用于表征气溶胶的其他类型的传感器。

实用新型内容

因此，需要一种用于确定气溶胶流的至少一个特性的传感器装置，其中，以简单和有效的方式确保电磁兼容性，同时出于维护目的提供对传感器装置的良好可访问性。

该问题通过用于确定气溶胶流的至少一个特性的传感器装置来解决，该传感器装置包括：

封闭件，其限定气溶胶流的流动通道；

至少一个检测元件，用于检测流动通道中的气溶胶流的特性；

电路板，其被布置在封闭件内或封闭件上；

盖，其覆盖电路板的至少一部分，该盖包括多个第一连接元件；以及

壳体，其容纳封闭件和电路板，该壳体包括多个第二连接元件，所述多个第二连接元件与盖的第一连接元件相互作用，以便将壳体可释放地固定至盖，

其中，壳体和电路板共同限定传感器装置的内部，并且其中，壳体和电路板包括形成法拉第屏蔽的导电材料，以便提供传感器装置的内部的电磁屏蔽。

以这种方式获得传感器装置内部的有效电磁屏蔽，同时提供至内部方便的访问。即使壳体可以在一端打开，由于电路板的存在，可以实现足够的电磁兼容性，这有助于沿开口端的方向进行屏蔽。由壳体和电路板形成的法拉第屏蔽将任何射频干扰阻挡到与壳体和电路板的导电材料中的任何开口的尺寸相当的波长。通过还在盖内或盖上提供导电材料可以进一步改善屏蔽作用；然而，这可能不是必需的。

在本实用新型的上下文中，术语“封闭件”应理解为至少部分地限定流动通道的壳结构。封闭件可以是单件或多件元件。具体地，封闭件可以包括下封闭元件和上封闭元件，下封闭元件和上封闭元件一起限定流动通道。

壳体可以限定平行于电路板平面延伸的底壁和多个侧壁，特别是四个侧壁，所述侧壁附接至底壁，并且横向于电路板平面特别是垂直于电路板平面延伸。由于其自由端远离底壁，侧壁可以限定与底壁相对的壳体的开口顶端。盖可以容纳在壳体的开口端内或开口端上。第二连接元件可以被布置在壳体的侧壁处，特别是邻近侧壁的自由端。

第一连接元件和第二连接元件可以形成卡扣连接。为此，第一连接元件可以包括被布置在盖的圆周上的卡扣耳，并且第二连接元件可以包括在壳体的侧壁中的卡合开口，该卡合开口的尺寸被确定成容纳卡扣耳。

在一些实施方式中，壳体可以基本上完全由导电材料特别是由金属制成。在其他实施方式中，壳体可以具有包括至少一个导电层特别是至少一个金属层的多层结构。然后，壳体可以还包括至少一个由塑料材料制成的载体层。金属层可以例如通过粘合技术或通过气相沉积施加到载体层。

电路板可以包括电连接至壳体的至少一个导电屏蔽层。当在电路板平面中测量时，屏蔽层优选地在封闭件的横截面积的至少50％、更优选地在封闭件的横截面积的至少70％上延伸，以便提供最佳的电磁屏蔽。

为了在屏蔽层与壳体之间提供高度可靠的电连接，传感器装置可以包括导电弹簧元件，该导电弹簧元件与屏蔽层和壳体两者电接触，以便建立屏蔽层与壳体之间的电连接，弹簧元件在电路板与壳体之间弹簧偏置。

壳体可以包括如下的一个或更多个访问开口：

连接器开口，用于提供对电路板上的连接器的访问；

入口开口，其被布置在流动通道的入口上，以便允许气溶胶流进入传感器装置中；和/或

出口开口，以便允许出口流离开传感器装置。

目前提出的传感器装置的构造容易地允许在传感器装置内创建经过滤的附加流。为此，盖可以包括至少一个开口，所述开口限定用于附加流的附加入口；并且传感器装置可以包括布置在盖与电路板之间的过滤器，以便在附加流到达电路板之前过滤附加流。过滤器可以是基本平行于电路板平面延伸的扁平过滤器。

为了提供到壳体内部的简便访问，盖可以包括第一盖部分和第二盖部分，第二盖部分可单独从壳体移除，而第一盖部分保持连接至壳体。具体地，第二盖部分可以覆盖风扇，该风扇通常是最有可能需要维护的部件。

在一些实施方式中，传感器装置可以是颗粒物质传感器装置。颗粒物质传感器装置可以包括用于输送气溶胶流的风扇。颗粒物质传感器装置可以包括用于生成电磁辐射的辐射源，特别是诸如激光器的光源，例如激光二极管或LED，并且检测元件可以是用于检测与气溶胶流相互作用之后的电磁辐射的辐射检测器，特别是用于检测散射光的光电检测器。在一些实施方式中，辐射检测器是表面安装器件光电二极管。通常，辐射检测器从辐射源接收辐射，并且将所接收的辐射转换成电信号。通过信号分析，可以获得颗粒物质的颗粒质量、尺寸分布、数量浓度或其他特征。为此，传感器装置可以包括集成电路和/或一个或更多个微处理器。

附图说明

下面参照附图描述本实用新型的优选实施方式，这些附图是为了说明本实用新型的当前优选实施方式，而不是出于限制本实用新型的目的。在附图中，

图1示出了根据本实用新型的实施方式的颗粒物质传感器的分解透视图；以及

图2示出了处于组装状态的图1的微粒物质传感器的透视图。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本实用新型的实施方式的颗粒物质传感器。颗粒物质传感器从底部到顶部包括：金属壳体10、一起形成封闭件20的下封闭元件21和上封闭元件22，电路板30，片状过滤器40以及盖50。风扇60和采用激光器70形式的辐射源被容纳在下封闭元件21与上封闭元件22之间。检测元件——这里是采用光电检测器80形式的辐射检测器——被安装在电路板30上。

电路板30是如本领域所公知的多层印刷电路板。其包括至少两个导电层，在图1中表示为顶层31和底层32。如后面将更详细说明的，顶层31用作屏蔽层。电路板30限定沿图1和图2中示出的x方向和y方向延伸的电路板平面。垂直于电路板平面的方向被指定为z方向。

下封闭元件21和上封闭元件22可以通过模制工艺由塑料材料制成。它们一起限定气溶胶流F的流动通道211。流动通道211基本上沿与电路板平面x-y平行的平面延伸。流动通道211大致为U形。气溶胶流F通过入口212进入流动通道211。

风扇60被布置在流动通道211的下游，以通过流动通道211吸入气溶胶流F。

激光器70被布置成沿与电路板平面x-y平行(在本示例中，与x方向反平行)并且与流动通道211局部垂直的水平方向将激光照射进入通道211中。

光电检测器80被布置在电路板30的底部侧。因此，光电检测器80在图1中不是直接可见的，但是其位置由虚线矩形表示。光电检测器80被布置和配置成检测已经从气溶胶流F散射的激光。根据散射光的强度并且可能还根据散射光的其它特性(例如其光谱特性)来确定对气溶胶流F中的颗粒浓度和气溶胶流F的可能的其他特性的测量。

电路板30被容纳在上封闭元件22中。电路板30、上封闭元件22和下封闭元件21通过螺钉35固定在一起，螺钉35的自由下端被容纳在下封闭元件21的螺钉接收部214中。以这种方式，形成紧凑的中间传感器组件，其包括封闭件20、电路板30、风扇60和激光器70。

过滤器40和盖50被布置在中间传感器组件的顶部。盖50包括两个部分，在图1和图2中均描绘的第一盖元件51和仅在图2中描绘的第二盖元件57。这些盖元件中的每一个包括平行于电路板平面延伸的顶壁以及从彼此垂直的顶壁向下并且垂直于顶壁延伸的两个或更多个短侧壁52。沿着盖50的周围，在侧壁52上设置有采用卡扣耳53形式的连接元件。盖元件51和57可以由塑料材料制成，并且通过模制工艺形成。它们可以可选地包括至少一个导电层以改善电磁屏蔽。

为了减少将颗粒物质沉积到光电检测器80上，传感器装置包括用于产生附加气流的装置。具体地，在盖50中设置有附加入口55，允许空气进入盖50的内部并且穿过过滤器40，从而产生经过滤的流体。经过滤的流体沿着电路板30的顶层31穿过，并且通过电路板中的通孔34到达电路板30的底部。一旦经过滤的流体已经到达电路板30的底部，则其竖直通过上封闭元件22中的凹槽224，在最终进入流动通道211以前，在光电检测器80上方流动。通过将光电检测器80设置在经过滤的流体的流动路径中，光电检测器和流动通道211的相邻壁部分被保护免受颗粒物质的过度污染。

可选的环境传感器36可以安装在电路板30上。环境传感器可以被配置用于确定经过滤的流体的环境参数，例如分析物的温度、湿度或浓度。环境传感器36通过被布置在过滤器40后面的经过滤的流体的流动路径中而被良好地保护免收颗粒物质的不希望的污染。在本示例中，环境传感器36被安装在电路板31的顶侧上，即，在光电检测器80的相对侧上。以这种方式，减少了光电检测器与环境传感器之间的热耦合。

为了改善传感器装置的电磁兼容性(EMC)，具体地，为了从传感器装置的外部电磁屏蔽其内部并且从传感器装置的内部电磁屏蔽其外部，中间传感器组件被容纳在金属壳体10中。

壳体10包括平行于电路板平面x-y延伸的底壁11以及从底壁11垂直向上延伸的四个相互垂直的侧壁12。利用它们的顶部边缘，侧壁12限定壳体10的开口上端。在它们的顶部边缘附近，每个侧壁12具有多个采用卡扣开口13(这里：四个这样的开口)形式的连接元件。侧壁中的一些具有附加的开口，例如用于提供对电路板30上的连接器33的访问的连接器开口14(参见图1)，布置在流动通道211的入口212上方的入口开口15(参见图2)以及出口开口16以便允许来自风扇60的出口流F’离开传感器装置(参见图2)。

壳体10可以通过冲压和成形由单片金属片制成。在其他实施方式中，壳体10可以包括涂覆有导电材料的塑料载体，例如，其中金属层通过粘合技术附接至塑料载体或者通过气相沉积技术施加到载体。在这种情况下，导电材料优选地被布置在载体的内表面上。

为了组装完整的传感器装置，如上所述的中间传感器组件被插入到壳体10中，过滤器40松散地放置在中间传感器组件的顶部上，并且盖50被推入到壳体10的开口端中，直到盖50的周围的卡扣耳53卡入壳体10的侧壁12中的卡扣开口13中为止。附加地，第一盖元件51和第二盖元件57通过可选螺钉56保持在一起，该可选螺钉56的自由端被容纳在上封闭元件22中的螺钉接收部225中。

图2中示出了所得到的完整传感器装置。在这样组装的状态下，电路板30被布置在壳体10的开口上端附近的壳体10的侧壁12内。壳体10的相邻侧壁12沿着它们的垂直边缘被彼此稍微间隔开。在每两个相邻侧壁12之间的边缘区域中，分别设置了封闭元件21、22和盖50的边缘加强件213、223和54，从而在每两个相邻侧壁12之间形成柱状加强边缘结构。

壳体10和电路板30一起形成用于传感器装置的内部的法拉第屏蔽，从而屏蔽内部免受电磁干扰。通过为电路板30提供专用屏蔽层并且将屏蔽层电连接至壳体10来改善屏蔽作用。在图1的示例中，顶层31用作屏蔽层，其仅通过环境传感器36、通过开口34以及通过用于螺钉35的开口来中断，而底层32用于提供安装在电路板30上的各种部件之间的电连接。通孔在必要时提供电路板的顶侧与底侧之间的连接。

顶层31与壳体10之间的电连接通过在壳体10的底壁11与电路板30之间被弹性压缩的螺旋弹簧90实现。弹簧90的一端位于电路板30的底部上的接触垫上，接触垫经由通孔电连接至顶层31。弹簧延伸通过封闭件20中的垂直开口。弹簧90的另一端搁置在壳体10的底壁11上。通过其弹簧偏置，弹簧90确保壳体10与顶层31之间的可靠电接触。

为了提供最大的屏蔽作用，顶层31优选地在电路板30的大部分面积上延伸(例如，其面积的至少80％)，从而覆盖封闭件20的横截面积的至少50％。

以这种方式，壳体10和电路板30用导电材料一起覆盖传感器装置的总表面积的大部分。所得到的法拉第屏蔽将任何射频干扰阻挡到与壳体10和电路板30中以及壳体10和电路板30之间的开口的尺寸相当的波长。

总而言之，即使该壳体元件朝上开口，仅利用一个单个导电壳体元件获得足够的EMC。

如果出于维护目的需要打开传感器装置，则松开螺钉56，并且可以容易地移除第二盖元件57。如果需要，第一盖元件51与壳体10之间的卡扣连接随后可以被容易地脱离，并且第一盖元件51还可以从壳体10移除。现在，传感器装置10的内部中的所有部件可以出于维修目的被容易地访问。

颗粒物质传感器装置的典型外部尺寸在长度、宽度和高度中每个都小于10厘米，优选地，在电路板平面中测量的长度和宽度中每个都小于5厘米，并且在垂直于电路板平面测量的高度中小于3厘米。

应该理解，本实用新型不限于上述的特定实施方式，并且在不脱离本实用新型的范围的情况下可以进行各种修改和变化。

Claims (12)

1.一种用于确定气溶胶流(F)的至少一个特性的屏蔽的传感器装置，其特征在于所述传感器装置包括：

封闭件(20)，其限定用于所述气溶胶流(F)的流动通道(21)；

至少一个检测元件(80)，用于检测所述流动通道(21)中的气溶胶流(F)的特性；

电路板(30)，其被布置在所述封闭件(20)中或所述封闭件(20)上，所述电路板(30)限定电路板平面(x-y)；

盖(50)，其覆盖所述电路板(30)的至少一部分，所述盖包括多个第一连接元件(53)；以及

壳体(10)，其容纳所述封闭件(20)和所述电路板(30)，所述壳体(10)包括多个第二连接元件(13)，所述多个第二连接元件(13)与所述盖(50)的第一连接元件(53)相互作用，以将所述壳体(10)可释放地固定至所述盖(50)，

其中，所述壳体(10)和所述电路板(30)共同限定所述传感器装置的内部，并且其中，所述壳体(10)和所述电路板(30)包括形成法拉第屏蔽的导电材料，以便提供所述传感器装置的内部的电磁屏蔽。

2.根据权利要求1所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述壳体(10)限定平行于所述电路板平面(x，y)延伸的底壁(11)和横向于所述电路板平面(x，y)延伸的多个侧壁(12)，其中，所述壳体具有与所述底壁(11)相对的开口顶端，并且其中，所述第二连接元件(13)被布置在所述壳体的侧壁(12)处。

3.根据权利要求2所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述第一连接元件(53)和所述第二连接元件(13)形成卡扣连接。

4.根据权利要求3所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述第一连接元件(53)包括被布置在所述盖(50)的圆周上的卡扣耳，并且其中，所述第二连接元件(13)包括在所述壳体(10)的侧壁(12)中的卡合开口，所述卡合开口被定尺寸成容纳所述卡扣耳。

5.根据权利要求1或2所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述壳体(10)由导电材料制成，或者具有包括至少一个导电层的多层结构。

6.根据权利要求1或2所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述电路板(30)包括电连接至所述壳体(10)的至少一个导电屏蔽层(31)。

7.根据权利要求6所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，当在所述电路板平面(x-y)中测量时，所述屏蔽层(31)在所述封闭件(20)的横截面积的至少50％上延伸。

8.根据权利要求6所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，包括导电弹簧元件(90)，所述导电弹簧元件(90)与所述屏蔽层(31)和所述壳体(10)二者电接触，以便建立所述屏蔽层(31)与所述壳体(10)之间的电连接，所述弹簧元件(90)在所述电路板(30)与所述壳体(10)之间弹簧偏置。

9.根据权利要求1或2所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述壳体(10)包括以下中的至少一个：

连接器开口(14)，用于提供对所述电路板(30)上的连接器(33)的访问；

入口开口(15)，其被布置在所述流动通道(211)的入口(212)上，以便允许所述气溶胶流(F)进入所述传感器装置中；

出口开口(16)，以便允许出口流(F’)离开所述传感器装置。

10.根据权利要求1或2所述的屏蔽的传感器装置，

其特征在于，所述盖(50)包括至少一个开口(55)，所述开口(55)限定用于附加流(S)的附加入口；并且

其中，所述传感器装置包括被布置在所述盖(50)与所述电路板(30)之间的过滤器(40)，以便在所述附加流(S)到达所述电路板之前过滤所述附加流(S)。

11.根据权利要求1或2所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述盖(50)包括第一盖部分(51)和第二盖部分(57)，所述第二盖部分(57)可单独从所述壳体(10)移除，而所述第一盖部分(51)保持连接至所述壳体(10)。

12.根据权利要求1或2所述的屏蔽的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置是颗粒物质传感器装置。