JP2019109225A - 気体微粒子検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気中の浮遊微粒子の濃度を検出し、且つ自動的に微粒子センサに対して清掃作業を行うことで、空気中の汚染物の微粒子センサへの付着を防止する気体微粒子検出装置を提供する。【解決手段】空気中の浮遊微粒子の濃度を検出する気体微粒子検出装置１００であって、前記気体微粒子検出装置は、気体伝送アクチュエータ１、微粒子センサ３、及びレーザモジュール２を含み、微粒子センサが気体中の浮遊微粒子のサイズを分析し、気体中の浮遊微粒子の濃度を算出し、気体は、気体伝送アクチュエータにより高速に噴出されて微粒子センサの表面に対して清掃作業を行い、微粒子センサの表面に付着された浮遊微粒子を除去することで、前記微粒子センサの毎回の検出の正確度を維持させる。【選択図】図１
Description
本発明は、気体微粒子検出装置に関し、特にその中に含まれる微粒子センサに対して自動的に清掃作業を行うことができる気体微粒子検出装置に関する。
最近、我が国と周辺領域の空気汚染問題がだんだん深刻になり、特に浮遊微粒子(ＰＭ２.５)の濃度数値が非常に高く、空気中の浮遊微粒子の濃度の監視測定が重要視されてきており、各種の測定装置も開発されている。現在、浮遊微粒子濃度の検出に用いられる市販の気体微粒子検出装置の作動原理は、赤外線又はレーザ線の光線を気体経路の気体に照射し、光線が気体中の浮遊微粒子に当たると散乱が生じ、検測により、当該散乱された光線を収集すると、ミー散乱理論(Mie scattering theory)に基づいて浮遊微粒子の粒子径と単位空間中の異なる粒子径の浮遊微粒子数を算出することができる。
しかし、気体微粒子の検出において、外部の気体経路に連通し、且つ散乱光線を検測する微粒子センサも気体経路中に設けられているため、外部からの汚染物が微粒子センサに付着しやすいので、散乱光線に対する検測に影響するため、算出結果に誤差が生じる。上記の問題点について、今の解決方法としては、ソフトウェアの運算方式により補償計算を行うが、実際の応用において外部空気中の浮遊微粒子は、時間の経過に伴って固定値を維持しないため、修正後の検出値を補償計算することは、依然実際の結果とずれがあった。従って、浮遊微粒子の濃度を検出する気体微粒子検出装置を使用する時に、その微粒子センサが外部から進入する浮遊微粒子に遮断されて汚染を受ける問題は解決する必要がある。
本発明の目的は、自動清掃機能を有し、空気中の浮遊微粒子の濃度を検出し、且つ自動的に微粒子センサに対して清掃作業を行うことで、空気中の汚染物が微粒子センサに付着することを防止して検出結果に誤差が生じることを回避することができる気体微粒子検出装置を提供することである。
本発明の実施例により提供される気体微粒子検出装置は、空気中の浮遊微粒子の濃度を検出する気体微粒子検出装置であって、気体微粒子検出装置は、気体伝送アクチュエータ、微粒子センサ、及びレーザモジュールを含み、微粒子センサは、気体伝送アクチュエータの位置に対応して設けられ、レーザモジュールは、気体伝送アクチュエータと微粒子センサとの間に設けられ、レーザモジュールは、レーザ光線を気体伝送アクチュエータと微粒子センサとの間に発し、気体伝送アクチュエータと微粒子センサとの間で流通する気体がレーザ光線により照射され、微粒子センサが気体中の浮遊微粒子のサイズを分析し、気体中の浮遊微粒子の濃度を算出する。
以下、本発明の特徴及び利点を示す典型的な実施例を詳しく説明する。理解されるべきであることは、本発明の異なる態様には様々な変化があり、何れも本発明の範囲に含まれ、それについての説明及び図面は本質的に説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。
図１を参照されたい。本発明は、気体微粒子検出装置を提供し、前記気体微粒子検出装置は、少なくとも一つの気体伝送アクチュエータ１、少なくとも一つのレーザモジュール２及び少なくとも一つの微粒子センサ３を含み、レーザ光線で前記気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間で流通する気体を照射し、前記微粒子センサを利用して前記気体中の浮遊微粒子のサイズを分析し、前記気体中の浮遊微粒子の濃度を算出する。前述した素子の数については、例として一つを使用する例を挙げるが、これに限らない。気体伝送アクチュエータ１、レーザモジュール２、微粒子センサ３は、複数の組み合わせであってもよい。
本発明によれば、空気中の浮遊微粒子の濃度を検出するための気体微粒子検出装置を提供しており、浮遊微粒子は、ＰＭ２.５浮遊微粒子又はＰＭ１０浮遊微粒子であってよい。図１を参照すると、第１実施例において、気体微粒子検出装置１００は、気体伝送アクチュエータ１、レーザモジュール２、微粒子センサ３、光機構４及び駆動回路モジュール５を含む。光機構４は、気体伝送アクチュエータ１と微粒子センサ３との間に設けられる実体部材であり、その内部に光線通路４１及び気体流路４２を有する。好ましくは、気体流路４２は直線構造の通路であるが、これに限らない。光線通路４１は直線通路であり、且つ気体流路４２と連通する。本実施例において、気体流路４２と光線通路４１とはお互い垂直するように設けられる。本実施例において、光機構４は、光源設置溝４３及び収納溝４４を更に有する。光源設置溝４３は、光線通路４１の一端に設けられ、収納溝４４は、気体流路４２の一端に設けられる。光源設置溝４３及び収納溝４４は、四角形、円形、橢円形、三角形及び多角形のうちの一つである。
気体伝送アクチュエータ１は、光機構４の気体流路４２の一端に設けられ、駆動及び気体の導入に用いられる。本実施例において、気体伝送アクチュエータ１は、光機構４の収納溝４４中に固設されるが、これに限らない。
レーザモジュール２は、光機構４の光源設置溝４３中に設けられてレーザ光線を発し、レーザ光線は光線通路４１を通過し、気体流路４２を照射する。これにより、レーザモジュール２から発したレーザ光線が気体流路４２を通過する時に、気体流路４２中で流通する気体を照射するようになる。
微粒子センサ３は、気体流路４２における収納溝４４から離れる一端に設けられ、気体中の浮遊微粒子がレーザ光線により照射されて生成された散乱の光点を検出し、これによって、空気中の浮遊微粒子のサイズを検測し、浮遊微粒子の濃度を算出する。
図１を参照すると、本実施例において、駆動回路モジュール５は、伝送モジュール(図示せず)及びプロセッサ(図示せず)を含む。プロセッサは、気体伝送アクチュエータ１、レーザモジュール２及び微粒子センサ３を駆動し、微粒子センサ３が検出した結果に対する分析運算及び保存に用いられる。プロセッサが気体伝送アクチュエータ１、レーザモジュール２及び微粒子センサ３を駆動すると、気体伝送アクチュエータ１は、空気を気体流路４２中に進入するように導き、気体流路４２中の気体は、レーザモジュール２が発したレーザ光線により照射され、これによって、微粒子センサ３が、気体流路４２中の気体の浮遊微粒子が照射されて散乱した光点を検出し、検出結果をプロセッサに送信する。プロセッサは、前記検出結果に基づいて空気中の浮遊微粒子のサイズを分析し、浮遊微粒子の濃度を算出することで、分析を行い、検出数値を得て保存する。次に、プロセッサが保存した検出数値は、伝送モジュールにより外部接続装置(図示せず)に送信されるが、外部接続装置は、検出数値の表示及びアラームの通知のために、クラウドシステム、携帯可能な装置、コンピュータシステム及び表示装置等のうちの一つであってもよい。
気体微粒子検出装置１００の検出過程中又は所定の時間点において、プロセッサは、外部気体が気体伝送アクチュエータ１中に導入されるように、気体伝送アクチュエータ１を駆動し、気体伝送アクチュエータ１を介して気体を気体流路４２に高速に噴出することで、微粒子センサ３の表面に付着された浮遊微粒子に対して清掃作業を行い、これにより、微粒子センサ３の正確度を維持させる。前述の所定の時間点は、毎回気体検出作業を行う前であってもよく、又は固定時間間隔を有する複数の所定の時間点 (例えば、三分毎に清掃を自動的に行う)であってもよく、使用者の手動操作で制御されてもよく、又はソフトウェアを利用して即時に数値を検出して計算することで動態的に決定してもよいが、これに限らない。
また、前述の伝送モジュールは、有線伝送又は無線伝送を介して外部接続装置に接続されてもよく、有線伝送方式は、ＵＳＢ、ｍｉｎｉ-ＵＳＢ、ｍｉｃｒｏ-ＵＳＢ等のうちの一つの有線伝送モジュールであり、無線伝送方式は、Ｗｉ-Ｆｉモジュール、ブルートゥースモジュール、無線周波数識別モジュール及び近距離通信モジュール等のうちの一つの無線伝送モジュールである。
図２、図３Ａ及び図３Ｂを同時に参照されたい。本発明の第１実施例において、気体伝送アクチュエータ１は、微小化された気体伝送構造であり、気体を高速且つ大量に伝送する。気体伝送アクチュエータ１は、噴気孔板１１、キャビティフレーム１２、アクチュエータ１３、絶縁フレーム１４及び導電フレーム１５等の素子が順次に対応して重ねて設置される。
図４を参照すると、収納溝４４は、噴気孔板１１を係止して固定するための複数の固定溝４４１を有する。本実施例において、固定溝４４１の数は４つであり、それぞれ収納溝４４の４つの角に対応して設けられ、且つＬ字形の凹溝であるが、これに限らない。その数、凹溝様態は、実際の必要に応じて任意に変更可能である。収納溝４４の一側辺には、第１凹溝４４２及び第２凹溝４４３が設けられる。
図５、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を同時に参照すると、噴気孔板１１は、可撓性を有する材料からなり、浮遊片１１０、中空穴１１１及び複数の接続部材１１２を有する。浮遊片１１０は、湾曲振動可能な板状の構造であり、その形状及び寸法は、収納溝４４の内縁におおよそ対応するが、これに限らない。浮遊片１１０の形状も、四角形、圓形、橢圓形、三角形及び多角形のうちの一つであってもよい。中空穴１１１は、気体を流通させるように、浮遊片１１０の中心を貫通する。本実施例において、接続部材１１２の数は、４つであるが、これに限らない。その数及び形態は主に、固定溝４４１に対応する。各接続部材１１２及び対応する固定溝４４１は、係合構造を形成することで、お互いに係止し、固定するが、実施形態は、実際の必要に応じて変更することができる。
例えば、図４及び第５に示すように、各接続部材１１２は、固定部１１２１及び接続部１１２２を有し、固定部１１２１と固定溝４４１の形状は共にＬ字形をなしてお互いに対応することで、組み合わせられるようになっている。すなわち、固定部１１２１は、Ｌ字形の実体構造であり、固定溝４４１は、Ｌ字形の凹溝である。固定部１１２１が対応する固定溝４４１中に覆設された場合、両者はお互い係合されて結合されることで、噴気孔板１１を収納溝４４中に配置させる。当該係合構造の設計は、水平方向において位置決め効果を奏し、噴気孔板１１と収納溝４４との接続強度を向上させる。更に、組み立て過程において、当該係合構造の設計は、噴気孔板１１が快速且つ正確に収納溝４４中に位置決められるようにし、軽薄且つ簡単で、組み立てやすく、正確な位置決めが容易になるなどの利点がある。同時に、弾性を有するストリップ状構造である接続部材１１２の接続部１１２２が浮遊片１１０と固定部１１２１との間に接続され、浮遊片１１０が往復に湾曲振動を行うようになっている。
図３Ａ、図３Ｂ及び図６Ａを同時に参照すると、複数の接続部材１１２は浮遊片１１０と収納溝４４の内縁との間に気体流通のための複数の隙間１１３を画定する。キャビティフレーム１２は、四角形の中空構造であってよく、噴気孔板１１の浮遊片１１０上に重ねて設置される。アクチュエータ１３は、中空構造を覆うように、キャビティフレーム１２上に重ねて設置され、噴気孔板１１、キャビティフレーム１２及びアクチュエータ１３により共振チャンバー１６を形成する。アクチュエータ１３は、圧電積載板１３１、調整共振板１３２及び圧電片１３３から構成され、圧電積載板１３１は、金属板であってよく、その周縁は、延伸して第１導電ピン１３１１を形成して電流を受ける。調整共振板１３２は、同様に金屬板であってよく、圧電積載板１３１の噴気孔板１１から離れる表面に付着される。圧電片１３３は、圧電材料からなる板状物であり、調整共振板１３２上に重ねて設置される。圧電片１３３が通電されると、圧電効果により変形され、且つ特定の振動周波数の範囲内で、圧電積載板１３１を連動して往復に振動を行う。調整共振板１３２は、圧電片１３３と圧電積載板１３１との間に位置され、両者の間の緩衝物として、圧電積載板１３１の振動周波数を調整することができる。基本的に、調整共振板１３２の厚さは、圧電積載板１３１の厚さより大きく、且つ調整共振板１３２の厚さは変更可能であり、これにより、アクチュエータ１３の振動周波数を調整することができる。
図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、絶縁フレーム１４と導電フレーム１５は、アクチュエータ１３上に順次に重ねて設置され、導電フレーム１５の外縁から第２導電ピン１５１が張り出され、内縁から湾曲状の電極１５２が張り出され、電極１５２は、アクチュエータ１３の圧電片１３３に電気的に接続される。圧電積載板１３１の第１導電ピン１３１１及び導電フレーム１５の第２導電ピン１５１は、それぞれ収納溝４４の第１凹溝４４２及び第２凹溝４４３から外に張り出されることで、外部の電流に接続して圧電積載板１３１、調整共振板１３２、圧電片１３３及び導電フレーム１５が共同回路を形成する。そして、導電フレーム１５と圧電積載板１３１との間に設けられる絶縁フレーム１４を介して導電フレーム１５と圧電積載板１３１との間の直接的な電気的接続による短絡を回避することができる。
図６Ａを参照すると、気体伝送アクチュエータ１は初期状態にある。噴気孔板１１、キャビティフレーム１２、アクチュエータ１３、絶縁フレーム１４及び導電フレーム１５は、順次に対応して収納溝４４上に重ねて設置されて本実施例に係る気体伝送アクチュエータ１を構成する。本実施例において、噴気孔板１１と収納溝４４の底面との間に気流チャンバー１７を形成する。気流チャンバー１７は、噴気孔板１１の中空穴１１１を介してアクチュエータ１３、キャビティフレーム１２及び浮遊片１１０の間の共振チャンバー１６に連通する。共振チャンバー１６中の気体の振動周波数を制御することで、それと浮遊片１１０の振動周波数がほぼ同一になり、共振チャンバー１６と浮遊片１１０とがヘルムホルツ共鳴（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を発生させ、気体の伝送効率を向上させる。
次に、図６Ｂに示すように、圧電片１３３が収納溝４４の底面から離れる方向に振動する時に、噴気孔板１１の浮遊片１１０を連動して収納溝４４の底面から離れる方向に振動して、気流チャンバー１７の体積が急に拡張することにより、気流チャンバー１７中の圧力が降下する。気流チャンバー１７の負圧は、外部の大気気体を複数の隙間１１３から流入するように吸引し、中空穴１１１により共振チャンバー１６に進入することで、共振チャンバー１６中に気圧が増加して圧力勾配を生成する。図６Ｃに示すように、圧電片１３３が噴気孔板１１の浮遊片１１０を連動して収納溝４４の底面に向けて振動する時に、共振チャンバー１６中の気体が中空穴１１１から快速に流出され、気流チャンバー１７中の気体を圧迫し、集合後の気体がベルヌーイの定理に近い理想気体状態で快速且つ大量に噴出され、且つ微粒子センサ３を流過した後に排出(図１を参照)される。慣性の法則に基づいて、排気後の共振チャンバー１６の内部気圧が平衡気圧より低いので、気体が再び共振チャンバー１６中に進入ように導く。圧電片１３３が往復に振動し、共振チャンバー１６中の気体の振動周波数が圧電片１３３の振動周波数とほぼ同一になるように制御することで、ヘルムホルツ共鳴を発生させ、気体の快速に且つ大量の伝送を実現する。
図７、図８Ａ、図８Ｂ及び図９Ａを参照すると、本発明の第２実施例において、気体微粒子検出装置１００'の構造と第１実施例の気体微粒子検出装置１００の構造は大抵同様であるが、相違点は気体伝送アクチュエータ１'である。第２実施例において、気体伝送アクチュエータ１'は、気体進入板１１'、共振片１２'、圧電アクチュエータ１３'、第１絶縁片１４'、導電片１５'及び第２絶縁片１６'を含む。気体進入板１１'、共振片１２'、圧電アクチュエータ１３'、第１絶縁片１４'、導電片１５'及び第２絶縁片１６'は、順次に重ねて設置されて組み合わせられる。
本実施例において、気体進入板１１'は、少なくとも一つの気体進入孔１１ａ'、少なくとも一つの気体ガイド溝 １１ｂ'及び合流チャンバー１１ｃ'を有する。気体ガイド溝 １１ｂ'は、気体進入孔１１ａ'に対応して設けられる。気体進入孔１１ａ'は気体を導入し、気体ガイド溝 １１ｂ'は、気体進入孔１１ａ'から導入された気体を合流チャンバー１１ｃ'に流れるように導く。共振片１２'は、中空孔１２ａ'、可動部１２ｂ'及び固定部１２ｃ'を有する。中空孔１２ａ'は、気体進入板１１'の合流チャンバー１１ｃ'に対応して設けられる。可動部１２ｂ'は、中空孔１２ａ'を取り囲んで設けられ、固定部１２ｃ'は、可動部１２ｂ'の外周に設けられる。共振片１２'と圧電アクチュエータ１３'との間に、チャンバー空間１７'が形成される。そのため、圧電アクチュエータ１３'が駆動されると、気体は、気体進入板１１'の気体進入孔１１ａ'から導入され、気体ガイド溝 １１ｂ'を経由して合流チャンバー１１ｃ'に集合される。次に、気体は、共振片１２'の中空孔１２ａ'により、圧電アクチュエータ１３'と共振片１２'の可動部１２ｂ'とが共振を発生させるようにし、気体を伝送する。
図７、図８Ａ、図８Ｂ及び図９Ａを参照すると、圧電アクチュエータ１３'は、浮遊板１３ａ'、外枠１３ｂ'、少なくとも一つの架台１３ｃ'及び圧電素子１３ｄ'を含む。本実施例において、浮遊板１３a'は、正方形であり、湾曲振動可能であるが、これに限らない。浮遊板１３ａ'は、凸部１３f'を有する。本実施例において、浮遊板１３ａ'が正方形である設計とする理由は、円形にする設計に比較して、正方形の浮遊板１３ａ'の構造は、明らかに節電することができる利点があるからである。共振周波数下で操作する容量性負荷について、その消費電力は、共振周波数の上昇に伴って増加するが、正方形の浮遊板１３ａ'の共振周波数が円形の浮遊板より低いため、消費電力も相対的に低い。しかし、他の実施例において、浮遊板の１３ａ'の形状は、実際の必要に応じて変更可能である。外枠１３ｂ'は、浮遊板１３ａ'の外側に周設される。架台１３ｃ'は、浮遊板１３ａ'と外枠１３ｂ'との間に接続されることで、浮遊板１３ａ'を弾性支持する支持力を提供する。圧電素子１３d'は、辺長を有するが、浮遊板１３ａ'の辺長より小さいか等しい。また、圧電素子１３d'は、駆動電圧を印加して浮遊板１３ａ'の湾曲振動を駆動するように、浮遊板１３a'の表面に貼り付けられる。浮遊板１３ａ'、外枠１３ｂ'と架台１３ｃ'の間に、気体を通過させるための少なくとも一つの間隙１３ｅ'を形成する。凸部１３ｆ'は、浮遊片１３ａ'の他の表面に凸設される。本実施例において、浮遊板１３ａ'及び凸部１３ｆ'は、エッチング工程で制作される一体成形構造であるが、これに限らない。
図９Ａを参照すると、本実施例において、チャンバー空間１７'は、共振片１２'と圧電アクチュエータ１３'の外枠１３ｂ'との間に形成された間隙に材質（例えば、導電性接着剤を挙げられるが、これに限らない）を充填することで形成され、共振片１２'と浮遊板１３ａ'との間で一定の深度を維持し、気体がより快速に流動するように導くようにする。そして、浮遊板１３ａ'と共振片１２'とが適切な距離を維持することで、お互いの接触や干渉を減少し、騒音の発生も減少させることができる。他の実施例において、圧電アクチュエータ１３'の外枠１３ｂ'の高さを増加することにより、共振片１２'と圧電アクチュエータ１３'の外枠１３b'との間にある間隙に充填される導電性接着剤の厚さを減少させることができる。これにより、浮遊板１３ａ'と共振片１２'との距離を適切に維持した状態において、気体伝送アクチュエータ１'の全体的な組み立てが熱圧温度及び冷却温度によって充填した導電性接着剤の厚さに影響を与えず、導電性接着剤が熱膨脹と冷収縮によって組み立て完了後のチャンバー空間１７'の実際のサイズへ与える影響を回避することができる。
図９Ｂを参照すると、他の実施例において、浮遊板１３ａ'は、スタンピングで成形されることができ、浮遊板１３a'が外にある程度の距離を延伸するが、延伸する距離は、架台１３ｃ'が浮遊板１３ａ'と外枠１３ｂ'との間に成形された距離により調整することができ、浮遊板１３ａ'上の凸部１３f'の表面と外枠１３ｂ'の表面が共平面に形成しないようにする。すなわち、凸部１３ｆ'の表面が外枠１３ｂ'の表面より低くなる。外枠１３ｂ'の組み立て表面に少量の充填材質（例えば導電性接着剤）を塗布し、熱圧方式により圧電アクチュエータ１３'を共振片１２'の固定部１２ｃ'に貼合することで、圧電アクチュエータ１３'が共振片１２'と結合されて組み立てられる。このように、前記圧電アクチュエータ１３'の浮遊板１３ａ'を直接にスタンピング成形でチャンバー空間１７'を構成することで、所望するチャンバー空間１７'が、圧電アクチュエータ１３'の浮遊板１３ａ'のスタンピング成形の距離を調整することにより完成され、チャンバー空間１７'を調整する構造を有効に簡略化するとともに、工程の簡略化及び工程時間の短縮などの利点もある。 """"""""''
図８Ａ及び８Ｂを参照すると、本実施例において、第１絶縁片１４'、導電片１５'及び第２絶縁片１６'は、ともにフレームタイプの薄型片状であるが、これに限らない。気体進入板１１'、共振片１２'、圧電アクチュエータ１３'、第１絶縁片１４'、導電片１５'及び第２絶縁片１６'は、ともに微小電気機械（ＭＥＭＳ）の表面マイクロマシニング技術工程により、気体伝送アクチュエータ１'の体積を縮小させ、微小電気機械システムの気体伝送アクチュエータ１'を構成する。
図９Ｃを参照すると、圧電アクチュエータ１３'の作動フローにおいて、圧電アクチュエータ１３'の圧電素子１３ｄ'は、駆動電圧が印加されると変形し、浮遊板１３a'が気体進入板１１'から離れる方向に移動するように連動する。この時に、チャンバー空間１７'の容積が高められ、チャンバー空間１７'中において負圧が形成され、合流チャンバー１１c'中の気体がチャンバー空間１７'中に進入するように吸引される。同時に、共振片１２'に共振が発生されて気体進入板１１'から離れる方向に同期移動し、合流チャンバー１１c'の容積の増加に繋がる。また、合流チャンバー１１c'中の気体がチャンバー空間１７'に進入するため、合流チャンバー１１c'の内部も負圧状態になり、気体進入口１１a'及び気体ガイド溝 １１ｂ'を通じて気体を合流チャンバー１１c'中に進入するように吸引する。
次に、図９Ｄに示すように、圧電素子１３ｄ'は、浮遊板１３a'を連動して気体進入板１１'に向けて移動してチャンバー空間１７'を圧縮する。同様に、共振片１２'が浮遊板１３a'により駆動され、共振を発生させて気体進入板１１'に向けて移動し、チャンバー空間１７'中の気体が同期圧迫されることで間隙１３e'を通じて伝送され、気体を伝送する効果を達成する。
図９Ｅに示すように、浮遊板１３ａ'が連動されて圧電素子１３ｄ'により連動されていない状態に回復した場合、共振片１２'も同時に連動されて気体進入板１１'から離れる方向に移動する。この時の共振片１２'は、チャンバー空間１７'中の気体を圧縮して間隙１３ｅ'に移動させ、且つ合流チャンバー１１c'中の容積を増加させることで、気体が持続的に気体進入孔１１ａ'及び気体ガイド溝 １１ｂ'により合流チャンバー１１c'中に集合する。前述の図９Ｃ〜図９Ｅに示した気体伝送アクチュエータ１'作動ステップを繰り返すことで、気体伝送アクチュエータ１'は、気体の連続的な高速流動が可能とし、気体伝送アクチュエータ１'が気体の伝送及び出力操作を実現する。
次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、導電片１５'の外縁から導電ピン１５１'が張り出され、内縁から湾曲状の電極１５２'が張り出され、電極１５２'は、圧電アクチュエータ１３'の圧電素子１３ｄ'に電気的に接続される。導電片１５'の導電ピン１５１'は、外部電流に接続されることで、圧電アクチュエータ１３'の圧電素子１３ｄ'を駆動する。そして、第１絶縁片１４'及び第２絶縁片１６'の設置により、短絡の発生を回避することができる。
図１０を参照すると、本発明の第３実施例において、本発明により提供される気体微粒子検出装置１００''は、その構造が第１実施例に係る気体微粒子検出装置１００及び第２実施例に係る気体微粒子検出装置１００'とほぼ同じであるが、相違点は、気体微粒子検出装置１００''がケース６''を更に含むことと、駆動回路モジュール５''が含む伝送モジュール５１''の設置位置である。本実施例において、気体伝送アクチュエータ１''の構造は、第１実施例の気体伝送アクチュエータ１と同様であってもよく、第２実施例の気体伝送アクチュエータ１'とも同様であってもよいが、これに限らない。ケース６''は、気体進入口６a''、気体排出口６b''及びケース６''の形成されるチャンバー６c''を有する。気体進入口６a''及び気体排出口６b''は、チャンバー６c''とケース６''の外部とを連通することで、空気が気体進入口６a''によりチャンバー６c''中に進入され、気体排出口６b''によりケース６''の外部に排出される。気体伝送アクチュエータ１''、レーザモジュール２、微粒子センサ３及び光機構４は、ともにチャンバー６c''中に設けられ、且つ気体伝送アクチュエータ１''は、気体進入口６a''に近づくように設けられることで、気体が気体進入口６a''により導入されるように導く。そして、本実施例において、駆動回路モジュール５''の伝送モジュール５１''は、ケース６''の外側に設けられることで、検出データを外部接続装置に送信する。これにより、ケース６''の設置が信号伝送の品質に対する干渉を回避することができる。
気体伝送アクチュエータ１''が駆動されると、気体伝送アクチュエータ１''は、空気を吸引し始めて気体進入口６a''により光機構４の気体流路４２中に進入させ、気体流路４２中に進入した気体は、レーザモジュール２が発した光線通路４１を通過するレーザ光線で照射され、レーザ光線が気体中の浮遊微粒子に当たると、複数の光点が生成され、微粒子センサ３が前記複数の光点を受信し、検出結果をプロセッサに送信する。プロセッサは、光点の数、強度に基づいて空気中の浮遊微粒子のサイズ、濃度を算出し、これにより検出数値を算出して保存する。次に、プロセッサが保存した検出数値は、伝送モジュール５１''により外部接続装置に送信される。
図１１を参照すると、本発明の第４実施例において、本発明により提供される気体微粒子検出装置１００'''は、その構造が第１、第２及び第３実施例に係る気体微粒子検出装置１００、１００'、１００''とほぼ同じであるが、相違点は、気体微粒子検出装置１００'''が電池モジュール７及び気体センサ８を更に含むことと、ケース６'''の構造及び駆動回路モジュール５'''の配置位置である。本実施例において、気体伝送アクチュエータ１'''の構造は、第１実施例に係る気体伝送アクチュエータ１と同様であってもよいが、第２実施例に係る気体伝送アクチュエータ１'と同様であってもよい。ケース６'''は、複数の気体進入口６a'''を有し、それぞれケース６'''の相対する兩側に設けられる。気体伝送アクチュエータ１'''、レーザモジュール２、微粒子センサ３及び光機構４は、気体進入口６a'''の間に設けられる。本実施例において、気体センサ８は、ケース６'''内に設けられてケース６'''のそのうち一つの気体進入口６a'''に近づくようにすることで、空気が気体進入口６a'''により進入された後に即時に空気中の特定気体の成分の含有量を検出する。なお、気体センサ８は、酸素センサ、一酸化炭素センサ、二酸化炭素センサからなる群から選択される一つであってもよく、これらの組み合わせでもよいが、揮発性有機物センサ、細菌センサ、ウイルスセンサ及び微生物センサからなる群から選択される一つであってもよく、これらの組み合わせでもよい。本実施例において、駆動回路モジュール５'''の伝送モジュール５１'''及びプロセッサ５２'''は、ケース６'''のチャンバー６c'''内に相隣して設けられる。電池モジュール７は、チャンバー６c'''内に設けられ、チャンバー６c'''の気体排出口６b'''から離れる一側に位置する。電池モジュール７は、外部の給電装置に接続され(図示せず)、外部の給電装置からの電力を受け取って貯蔵するとともに、電力を提供し、電力を気体伝送アクチュエータ１'''、レーザモジュール２、微粒子センサ３及び気体センサ８に出力する。外部の給電装置は、有線伝導により電力を電池モジュール７に伝送してもよく、無線伝導により電力を電池モジュール７に伝送してもよいが、これに限らない。
プロセッサ５２'''が気体伝送アクチュエータ１'''を駆動すると、気体伝送アクチュエータ１'''は、空気を吸引し始めて気体進入口６a'''により光機構４の気体流路４２中に進入させ、空気中の浮遊微粒子を検出する前に、気体進入口６a'''に隣接する気体センサ８が気体進入口６a'''から進入する空気を検出し、検出結果をプロセッサ５２'''に送信する。
以上によると、本発明により提供される気体微粒子検出装置は、それぞれ気体センサ及微粒子センサを有し、気体伝送アクチュエータを利用して空気を気体微粒子検出装置の外部から吸引して気体進入口から進入され、気体センサで気体進入口から進入されて気体流路に流れる空気中の特定の気体成分の含有量を検出し、その後、気体を気体流路に転送し、レーザモジュールが発するレーザ光線を気体中の浮遊微粒子に照射して、光線が浮遊微粒子に当たると多くの光点が生成され、微粒子センサにより複数の光点を受け入れ、複数の光点の数、強度により空気中の浮遊微粒子ＰＭ２.５あるいはＰＭ１０の濃度を算出する。そして、気体伝送アクチュエータを利用して微粒子センサに対して清掃作業を行うことで、多くの浮遊微粒子が微粒子センサに沈積することによる検出正確度の降下を回避することができる。
当業者であれば、本発明の範囲内で変更や修正を加えることができ、いずれも特許請求の範囲に含まれる。
１００、１００'、１００''、１００'''：気体微粒子検出装置
１、１'、１''、１'''：気体伝送アクチュエータ
１１：噴気孔板
１１０：浮遊片
１１１：中空穴
１１２：接続部材
１１２１：固定部
１１２２：接続部
１１３：隙間
１２：キャビティフレーム
１３：アクチュエータ
１３１：圧電積載板
１３１１：第１導電ピン
１３２：調整共振板
１３３：圧電片
１４：絶縁フレーム
１５：導電フレーム
１５１：第２導電ピン
１５２、１５２'：電極
１６：共振チャンバー
１７：気流チャンバー
１１'：気体進入板
１１ａ'：気体進入孔
１１ｂ'：気体ガイド溝
１１ｃ'：合流チャンバー
１２'：共振片
１２ａ'：中空孔
１２ｂ'：可動部
１２ｃ'：固定部
１３'：圧電アクチュエータ
１３ａ'：浮遊板
１３ｂ'：外枠
１３ｃ'：架台
１３ｄ'：圧電素子
１３ｅ'：間隙
１３ｆ'：凸部
１４'：第１絶縁片
１５'：導電片
１５１'：導電ピン
１６'：第２絶縁片
１７'：チャンバー空間
２：レーザモジュール
３：微粒子センサ
４：光機構
４１：光線通路
４２：気体流路
４３：光源設置溝
４４：収納溝
４４１：固定溝
４４２：第１凹溝
４４３：第２凹溝
５、５''、５'''：駆動回路モジュール
５１''、５１'''：伝送モジュール
５２'''：プロセッサ
６''、６'''：ケース
６a''、６a'''：気体進入口
６b''、６b'''：気体排出口
６c''、６c'''：チャンバー
７：電池モジュール
８：気体センサ
１、１'、１''、１'''：気体伝送アクチュエータ
１１：噴気孔板
１１０：浮遊片
１１１：中空穴
１１２：接続部材
１１２１：固定部
１１２２：接続部
１１３：隙間
１２：キャビティフレーム
１３：アクチュエータ
１３１：圧電積載板
１３１１：第１導電ピン
１３２：調整共振板
１３３：圧電片
１４：絶縁フレーム
１５：導電フレーム
１５１：第２導電ピン
１５２、１５２'：電極
１６：共振チャンバー
１７：気流チャンバー
１１'：気体進入板
１１ａ'：気体進入孔
１１ｂ'：気体ガイド溝
１１ｃ'：合流チャンバー
１２'：共振片
１２ａ'：中空孔
１２ｂ'：可動部
１２ｃ'：固定部
１３'：圧電アクチュエータ
１３ａ'：浮遊板
１３ｂ'：外枠
１３ｃ'：架台
１３ｄ'：圧電素子
１３ｅ'：間隙
１３ｆ'：凸部
１４'：第１絶縁片
１５'：導電片
１５１'：導電ピン
１６'：第２絶縁片
１７'：チャンバー空間
２：レーザモジュール
３：微粒子センサ
４：光機構
４１：光線通路
４２：気体流路
４３：光源設置溝
４４：収納溝
４４１：固定溝
４４２：第１凹溝
４４３：第２凹溝
５、５''、５'''：駆動回路モジュール
５１''、５１'''：伝送モジュール
５２'''：プロセッサ
６''、６'''：ケース
６a''、６a'''：気体進入口
６b''、６b'''：気体排出口
６c''、６c'''：チャンバー
７：電池モジュール
８：気体センサ
Claims (13)
- 空気中の浮遊微粒子の濃度を検出する気体微粒子検出装置であって、
前記気体微粒子検出装置は、気体伝送アクチュエータ、微粒子センサ、及びレーザモジュールを含み、
前記微粒子センサは、前記気体伝送アクチュエータの位置に対応して設けられ、
前記レーザモジュールは、前記気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間に設けられ、前記レーザモジュールがレーザ光線を前記気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間に発し、
前記気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間で流通する気体がレーザ光線により照射され、前記微粒子センサが前記気体中の浮遊微粒子のサイズを分析し、前記気体中の浮遊微粒子の濃度を算出することを特徴とする気体微粒子検出装置。 - 前記気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間に設けられる光機構を更に含み、
前記光機構は、気体流路、光線通路、光源設置溝及び収納溝を有し、
前記光線通路は、前記気体流路に連通し、前記レーザモジュールが前記光源設置溝内に設けられることで、前記気体流路を通過する気体を照射するように、前記レーザモジュールが前記光線通路に対してレーザ光線を発し、
前記収納溝は、前記気体伝送アクチュエータを収納し、
前記微粒子センサは、前記気体流路中に設けられ、前記気体流路の前記気体伝送アクチュエータから離れる一端に設けられ、レーザ光線が前記気体流路中の前記気体を照射して浮遊微粒子が生成した散乱光点を検出することで、前記気体中に含まれる浮遊微粒子のサイズ及び浮遊微粒子の濃度を検出して算出することを特徴とする請求項１に記載の気体微粒子検出装置。 - 前記気体伝送アクチュエータは、噴気孔板、キャビティフレーム、アクチュエータ、絶縁フレーム、及び導電フレームを含み、
前記噴気孔板は、複数の接続部材、浮遊片及び中空穴を含み、前記浮遊片が湾曲振動可能であり、前記噴気孔板が前記複数の接続部材を介して前記収納溝中に位置決めして固設されることで、前記噴気孔板と前記収納溝の底面との間に気流チャンバーが形成され、且つ前記複数の接続部材、前記浮遊片及び前記収納溝の間に少なくとも一つの隙間が形成され、
前記キャビティフレームは、前記浮遊片上に重ねて設置され、
前記アクチュエータは、前記キャビティフレーム上に重ねて設置され、電圧を印加することにより往復式の湾曲振動を行い、
前記絶縁フレームは、前記アクチュエータ上に重ねて設置され、
前記導電フレームは、前記絶縁フレーム上に重ねて設置され、
前記アクチュエータ、前記キャビティフレーム及び前記浮遊片の間に共振チャンバーが形成され、前記アクチュエータを駆動することにより前記噴気孔板を連動して共振を発生させ、前記噴気孔板の前記浮遊片が往復に振動して移動することで、前記気体が前記少なくとも一つの隙間により前記気流チャンバーに進入されて前記気体流路中に排出され、前記光機構の前記収納溝が複数の固定溝を有し、前記複数の接続部材が固定部及び接続部を有し、前記固定部と前記固定溝の形状上が対応し、前記接続部が前記浮遊片と前記固定部との間に接続され、前記接続部が前記浮遊片が往復に湾曲振動を行うように、前記浮遊片を弾性支持することを特徴とする請求項２に記載の気体微粒子検出装置。 - 前記アクチュエータは、圧電積載板、調整共振板、及び圧電片を含み、
前記圧電積載板は、前記キャビティフレーム上に重ねて設置され、
前記調整共振板は、前記圧電積載板上に重ねて設置され、
前記圧電片は、前記調整共振板に重ねて設置され、電圧を印加して前記圧電積載板及び調整共振板を駆動して往復式の湾曲振動を発生させ、
前記調整共振板の厚さが前記圧電積載板の厚さより大きいことを特徴とする請求項３に記載の気体微粒子検出装置。 - 前記気体伝送アクチュエータは、気体進入板、共振片、及び圧電アクチュエータを含み、
前記気体進入板は、少なくとも一つの気体進入孔、前記気体進入孔の位置に対応する少なくとも一つの気体ガイド溝及び合流チャンバーを有し、前記気体進入孔が前記気体を導入し、前記気体ガイド溝が気体進入孔により導入される前記気体を前記合流チャンバーに導き、
前記共振片は、前記合流チャンバーの位置に対応する中空孔、及び前記中空孔の周囲を囲む可動部を有し、
前記圧電アクチュエータは、前記共振片の位置と対応して設けられ、前記共振片と前記圧電アクチュエータとの間にチャンバー空間が形成され、前記圧電アクチュエータが駆動されると、前記気体が、前記気体進入板の前記気体進入孔により導入され、前記気体ガイド溝により前記合流チャンバーに集合され、前記共振片の前記中空孔を通過して、前記圧電アクチュエータと前記共振片の前記可動部が共振を発生させて前記気体を伝送し、
前記気体進入板、前記共振片及び前記圧電アクチュエータが順次に重ねて設置されることを特徴とする請求項１に記載の気体微粒子検出装置。 - 前記圧電アクチュエータは、浮遊板、外枠、少なくとも一つの架台、及び圧電素子を含み、
前記浮遊板は、正方形であり、且つ湾曲振動可能であり、
前記外枠は、前記浮遊板の外側に周設され、
前記少なくとも一つの架台は、前記浮遊板と前記外枠との間に接続されて弾性支持を提供し、
前記圧電素子は、辺長を有し、前記辺長が前記浮遊板の辺長より小さいか等しく、且つ前記圧電素子が前記浮遊板の表面に貼り付けられ、電圧を印加されて前記浮遊板の湾曲振動を駆動することを特徴とする請求項５に記載の気体微粒子検出装置。 - 前記微粒子センサが検出した浮遊微粒子は、ＰＭ２.５浮遊微粒子、ＰＭ１０浮遊微粒子のうちの一つであり、またはＰＭ２.５浮遊微粒子及びＰＭ１０浮遊微粒子の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の気体微粒子検出装置。
- 前記気体伝送アクチュエータは、前記気体を高速に噴出し、前記微粒子センサの表面に対して清掃作業を行い、前記微粒子センサの表面に付着された浮遊微粒子を除去することで、前記微粒子センサの毎回の検出の正確度を維持させることを特徴とする請求項１に記載の気体微粒子検出装置。
- ケースを更に含み、
前記ケースは、気体進入口、気体排出口、及び前記ケースの内部に設けられるチャンバーを有し、前記チャンバーが前記気体進入口と前記気体排出口とを連通し、
前記光機構は、前記チャンバー内に設けられ、前記光機構の前記気体通路が前記ケースの前記気体進入口と前記気体排出口とを連通し、
前記気体伝送アクチュエータは、前記ケースの前記気体進入口の位置に対応して設けられ、駆動されて前記気体が前記気体進入口により導入され、前記気体排出口により前記ケースの外部に導出されるように導き、
気体センサは、前記ケース内に設けられ、前記気体進入口により導入される前記気体を検出して前記気体中の特定気体成分の含有量を検出することを特徴とする請求項２に記載の気体微粒子検出装置。 - 前記気体センサは、酸素センサ、一酸化炭素センサ、二酸化炭素センサ、揮発性有機物センサ、細菌センサ、ウイルスセンサ及び微生物センサからなる群から選択される少なくとも一つであり、又は、これらの組み合わせであることを特徴とする請求項９に記載の気体微粒子検出装置。
- 駆動回路モジュールを更に含み、
前記駆動回路モジュールは、プロセッサ及び伝送モジュールを含み、前記伝送モジュールが有線伝送モジュール及び無線伝送モジュールのうちの少なくとも一つであり、前記プロセッサが前記気体伝送アクチュエータ、前記レーザモジュール及び前記微粒子センサを駆動し、前記微粒子センサの検出結果に対して分析を行って検出数値に転換し、前記伝送モジュールが前記検出数値を外部接続装置に送信することで、前記外部接続装置が前記検出数値及び通報を表示することを特徴とする請求項１に記載の気体微粒子検出装置。 - 前記外部接続装置は、クラウドシステム、携帯可能な装置、コンピュータシステムからなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする請求項１１に記載の気体微粒子検出装置。
- 空気中の浮遊微粒子の濃度を検出する気体微粒子検出装置であって、
前記気体微粒子検出装置は、少なくとも一つの気体伝送アクチュエータ、少なくとも一つの微粒子センサ、少なくとも一つのレーザモジュールを含み、
前記少なくとも一つの微粒子センサは、前記気体伝送アクチュエータの位置に対応して設けられ、
前記少なくとも一つのレーザモジュールは、前記気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間に設けられ、前記レーザモジュールが前記気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間にレーザ光線を発し、
前記少なくとも一つの気体伝送アクチュエータと前記微粒子センサとの間で流通する気体がレーザ光線により照射され、前記微粒子センサで前記気体中の浮遊微粒子のサイズを分析し、前記気体中の浮遊微粒子の濃度を算出することを特徴とする気体微粒子検出装置。
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