TW201928325A - 氣體微粒檢測裝置 - Google Patents

Abstract

一種氣體微粒檢測裝置，用以檢測空氣中懸浮微粒的濃度，包含氣體傳輸致動器；微粒傳感器，對應氣體傳輸致動器的位置而設置；以及雷射模組，設置於氣體傳輸致動器與微粒傳感器之間，雷射模組可發射雷射光束至氣體傳輸致動器與微粒傳感器之間；藉此，流通在氣體傳輸致動器與微粒傳感器之間的氣體會受由雷射光束照射，而由微粒傳感器分析空氣中懸浮微粒的大小，並計算出空氣中懸浮微粒的濃度，氣體可由氣體傳輸致動器高速噴出，以對微粒傳感器表面進行清潔作業，噴除沾附於微粒傳感器表面的懸浮微粒，以維持微粒傳感器每次檢測之精準度。

Description

氣體微粒檢測裝置

本案關於一種氣體微粒檢測裝置，尤指一種可對其包含之微粒傳感器自動進行清潔作業之氣體微粒檢測裝置。

近年來，我國與鄰近區域的空氣汙染問題漸趨嚴重，尤其是細懸浮微粒(PM 2.5)之濃度數據常常過高，空氣中懸浮微粒濃度之監測因此漸受重視，各種偵測裝置也相應發明見世。目前，市面上用於偵測懸浮微粒濃度之氣體微粒檢測裝置，其工作原理為利用紅外光或雷射光之光束照射氣體流道中的氣體，當光束打到氣體中的懸浮微粒後發生散射，再透過偵測、蒐集該散射光線，即可依據米式散射理論(Mie scattering theory)演算出懸浮微粒之粒徑與單位空間中不同粒徑的懸浮微粒數量。

然而，氣體微粒檢測裝置由於具有連通外界之氣體流道，且偵測散射光線之微粒傳感器亦設置於氣體流道中，來自外界之汙染物易附著於微粒傳感器上而影響其對散射光線之偵測，造成演算結果之誤差。針對此問題，目前的解決方式為透過軟體演算方式進行補償計算，但因實際應用上外界空氣中的懸浮微粒往往會隨時間變動而非維持固定值，故補償計算修正後的偵測值仍常與實際結果具有一定偏差。因此，針對使用偵測懸浮微粒濃度之氣體微粒檢測裝置時，其微粒傳感器易受外界進入之懸浮微粒汙染遮蔽之問題，實為產業界迫切需解決之首。

本案係提供一種具有自動清潔功能的氣體微粒檢測裝置，用以監測空氣中懸浮微粒的濃度，並且能夠自動對微粒傳感器進行清潔作業，以防止空氣中的汙染物附著於微粒傳感器上，藉此避免偵測結果產生偏差。

本案之一廣義實施態樣係一種氣體微粒檢測裝置，用以監測空氣中懸浮微粒之濃度，包含：一氣體傳輸致動器、一微粒傳感器以及一雷射模組。微粒傳感器是對應氣體傳輸致動器的位置而設置。雷射模組是設置於氣體傳輸致動器與微粒傳感器之間，並可發射一光束至氣體傳輸致動器與微粒傳感器之間。流通在氣體傳輸致動器與微粒傳感器的氣體由光束照射，並由微粒傳感器分析空氣中懸浮微粒大小，以及計算出空氣中懸浮微粒的濃度。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

本案提供一種氣體微粒檢測裝置，用以監測空氣中懸浮微粒之濃度，懸浮微粒可為PM2.5懸浮微粒或PM10懸浮微粒。請參閱第1圖，在第一實施例中，氣體微粒檢測裝置100包含一氣體傳輸致動器1、一雷射模組2、一微粒傳感器3、一光機構4以及一驅動電路模組5。光機構4設置於氣體傳輸致動器1與微粒傳感器3之間，為一實體構件，其內部具有一光束通道41及一氣體流道42。其中，氣體流道42較佳者但不限為直線構造之通道。光束通道41為直線通道，且與氣體流道42相連通。在本實施例中，氣體流道42與光束通道41相互正交設置。在本實施例中，光機構4更具有一光源設置槽43與一容置槽44。光源設置槽43設置於光束通道41之一端，而容置槽44設置於氣體流道42之一端。光源設置槽43與容置槽44可為方形、圓形、橢圓形、三角形及多角形之其中之一。

氣體傳輸致動器1架構於光機構4之氣體流道42之一端，供以致動並導入氣體。在本實施例中，氣體傳輸致動器1係固設於光機構4之容置槽44中，但不以此為限。

雷射模組2架構於光機構4之光源設置槽43中，用以發射一雷射光束，雷射光束通過光束通道41，並照射氣體流道42。藉此，雷射模組2所發射之雷射光束通過氣體流道42時，得以照射到流通在氣體流道42內之氣體。

微粒傳感器3設置於氣體流道42遠離容置槽44之一端，係用以偵測氣體中懸浮微粒被雷射光束照射後而產生散射之光點，藉此檢測空氣中懸浮微粒之大小及計算出懸浮微粒之濃度。

請續參閱第1圖，在本實施例中，驅動電路模組5包括一傳輸模組(未圖示)及一處理器(未圖示)。處理器用以驅動氣體傳輸致動器1、雷射模組2及微粒傳感器3，並對微粒傳感器3所檢測之結果作分析運算及儲存。當處理器驅動氣體傳輸致動器1、雷射模組2及微粒傳感器3時，氣體傳輸致動器1導引空氣進入氣體流道42中，氣體流道42中的氣體會受雷射模組2所投射之雷射光束照射，如此，微粒傳感器3進而偵測氣體流道42中氣體之懸浮微粒被照射後而散射之光點，並將偵測結果傳送至處理器，處理器再依據該偵測結果分析空氣中懸浮微粒的大小，並計算出懸浮微粒的濃度，據以分析並產生一檢測數值作儲存。接著，處理器所儲存之檢測數值由傳輸模組發送至一外部連結裝置(未圖示)，外部連結裝置可以為雲端系統、可攜式裝置、電腦系統及顯示裝置等其中之一，以顯示檢測數值及通報警示。

在氣體微粒檢測裝置100之檢測過程中或者在一預設時間點，處理器驅動氣體傳輸致動器1，使外部氣體被導入氣體傳輸致動器1中，並透過氣體傳輸致動器1將氣體高速噴出於氣體流道42中，藉此對微粒傳感器3表面所沾附之懸浮微粒進行清潔作業，以維持微粒傳感器3之精準度。上述之預設時間點可為每次進行氣體檢測作業之前，或為具有固定時間間隔的複數個預設時間點 (例如：每三分鐘自動進行一次清潔)，亦可受使用者手動操作控制，或為利用軟體根據即時檢測數值計算而動態決定，不以此處舉例為限。

此外，上述之傳輸模組可透過有線傳輸或無線傳輸連結至外部連結裝置，有線傳輸方式可為：USB、mini-USB、micro-USB等其中之一的有線傳輸模組，無線傳輸方式可為：Wi-Fi模組、藍芽模組、無線射頻辨識模組及一近場通訊模組等其中之一的無線傳輸模組。

請同時參閱第2圖、第3A圖及第3B圖，在本案第一實施例中，氣體傳輸致動器1為一微型化的氣體傳輸結構，可使氣體高速且大量地傳輸。氣體傳輸致動器1由噴氣孔片11、腔體框架12、致動器13、絕緣框架14及導電框架15等元件依序對應堆疊設置。

請參閱第4圖，容置槽44具有複數個固定槽441，用以供噴氣孔片11卡扣並固定於上。在本實施例中，固定槽441之數量為四個，分別對應設置於容置槽44之四個邊角，且為L形凹槽，但不以此為限，其數量、凹槽態樣可依據實際需求任施變化。容置槽44之一側邊更開設一第一凹槽442與一第二凹槽443。

請參閱第5圖，並同時參閱第3A圖、第3B圖以及第4圖，噴氣孔片11為具有可撓性之材料製作，具有一懸浮片110、一中空孔洞111以及複數個連接件112。懸浮片110為可彎曲振動之片狀結構，其形狀與尺寸大致對應容置槽44內緣，但不以此為限，懸浮片110之形狀亦可為方形、圓形、橢圓形、三角形及多角形其中之一。中空孔洞111係貫穿於懸浮片110之中心處，以供氣體流通。本實施例中，連接件112之數量係為四個，但不以此為限，其數量及型態主要與固定槽441相對設置。各連接件112與所對應之固定槽441會形成一卡扣結構藉以相互卡合、固定，惟實施態樣可依據實際情形任施變化。

舉例來說，如第4圖與第5圖所示，每一連接件112具有一固定部1121及一連接部1122，固定部1121與固定槽441的形狀相對應，皆為L形以相互匹配；亦即，固定部1121為L形之實體結構，而固定槽441為L形之凹槽。當固定部1121套置於相對應之固定槽441內，兩者可相互卡扣、結合，藉此將噴氣孔片11容設於容置槽44之中。此卡扣結構設計可在水平方向產生定位效果，並增強噴氣孔片11與容置槽44之連接強度。更甚者，在組裝過程中，此卡扣結構設計可使噴氣孔片11快速且精準的定位在容置槽44中，具有輕薄簡單、便於組裝，與易於精準定位之優點。同時，連接件112之連接部1122連接於懸浮片110及固定部1121之間，為具有彈性之條狀結構，可使懸浮片110進行往復式地彎曲振動。

請同時參閱第3A圖、第3B圖及第6A圖，複數個連接件112在懸浮片110及容置槽44內緣之間定義出複數個空隙113，以供氣體流通。腔體框架12可為方形中空結構，承載疊置於噴氣孔片11之懸浮片110上。致動器13承載疊置於腔體框架12上，封蓋其中空結構，並在噴氣孔片11、腔體框架12及致動器13之間共同形成一共振腔室16。致動器13由一壓電載板131、一調整共振板132及一壓電片133所構成，其中壓電載板131可為金屬板，其周緣可延伸形成一第一導電接腳1311，用以接收電流。調整共振板132同樣可為金屬板並貼附於壓電載板131遠離噴氣孔片11之一表面。壓電片133為一以壓電材料製成的板狀物，承載疊置於調整共振板132上。壓電片133通電後，會因壓電效應產生形變，並且在一特定的振動頻率之範圍內，帶動壓電載板131進行往復式振動。調整共振板132位於壓電片133與壓電載板131之間，作為兩者之間的緩衝物，可調整壓電載板131的振動頻率。基本上，調整共振板132的厚度大於壓電載板131的厚度，且調整共振板132的厚度可變動，藉此調整致動器13的振動頻率。

請回到第2圖、第3A圖及第3B圖，絕緣框架14與導電框架15依序承載疊置於致動器13上，導電框架15之外緣凸伸一第二導電接腳151，以及從內緣凸伸一彎曲狀電極152，電極152電性連接致動器13的壓電片133。壓電載板131的第一導電接腳1311以及導電框架15的第二導電接腳151，分別自容置槽44的第一凹槽442及第二凹槽443向外凸伸，藉此接通外部電流，使壓電載板131、調整共振板132、壓電片133及導電框架15形成一共同迴路。此外，透過設置於導電框架15及壓電載板131之間的絕緣框架14，可避免導電框架15與壓電載板131之間直接電性連接，造成短路。

請參閱第6A圖，氣體傳輸致動器1在一初始狀態。噴氣孔片11、腔體框架12、致動器13、絕緣框架14及導電框架15依序對應堆疊設置於容置槽44上，以構成本實施例之氣體傳輸致動器1。在本實施例中，噴氣孔片11與容置槽44之底面之間形成一氣流腔室17。氣流腔室17透過噴氣孔片11之中空孔洞111，連通致動器13、腔體框架12及懸浮片12之間的共振腔室16。透過控制共振腔室16中氣體之振動頻率，使其與懸浮片110之振動頻率趨近於相同，可使共振腔室16與懸浮片110產生亥姆霍茲共振效應（Helmholtz resonance），俾使氣體傳輸效率提高。

接著，如第6B圖所示，當壓電片133向遠離容置槽44之底面振動時，帶動噴氣孔片11之懸浮片110向遠離容置槽44之底面振動，使氣流腔室17之體積急遽擴張，導致氣流腔室17中壓力下降。氣流腔室17之負壓吸引外界大氣氣體由複數個空隙113流入，並經由中空孔洞111進入共振腔室16，使共振腔室16內氣壓增加而產生一壓力梯度。再如第6C圖所示，當壓電片133帶動噴氣孔片11之懸浮片110朝向容置槽44之底面振動時，共振腔室16中的氣體經中空孔洞111快速流出，擠壓氣流腔室17內的氣體，並使匯聚後之氣體以接近白努利定律之理想氣體狀態快速且大量地噴出，且在流經微粒傳感器3之後排出(見第1圖)。依據慣性原理，排氣後的共振腔室16內部氣壓低於平衡氣壓，會導引氣體再次進入共振腔室16中。是以，透過壓電片133往復式地振動，以及控制共振腔室16中氣體之振動頻率與壓電片133之振動頻率趨近於相同，以產生亥姆霍茲共振效應，俾實現氣體高速且大量的傳輸。

請同時參閱第7圖、第8A圖、第8B圖及第9A圖，在本案第二實施例中，氣體微粒檢測裝置100'的結構與第一實施例中氣體微粒檢測裝置100的結構大致相同，不同之處在於氣體傳輸致動器1'。在第二實施例中，氣體傳輸致動器1'包括一進氣板11'、一共振片12'、一壓電致動器13'、一第一絕緣片14'、一導電片15'以及一第二絕緣片16'。進氣板11'、共振片12'、壓電致動器13'、第一絕緣片14'、導電片15'以及第二絕緣片16'是依序堆疊組合。

在本實施例中，進氣板11'具有至少一進氣孔11a'、至少一匯流排槽11b'以及一匯流腔室11c'。匯流排槽11b'是對應進氣孔11a'而設置。進氣孔11a'供導入氣體，匯流排槽11b'引導自進氣孔11a'導入之氣體流至匯流腔室11c'。共振片12'具有一中空孔12a'、一可動部12b'以及一固定部12c'。中空孔12a'對應於進氣板11'之匯流腔室11c'而設置。可動部12b'圍繞中空孔12a'而設置，固定部12c'設置在可動部12b'的外圍。共振片12'與壓電致動器13'之間形成一腔室空間17'。因此，當壓電致動器13'被驅動時，氣體會由進氣板11'的進氣孔11a'導入，再經匯流排槽11b'匯集至匯流腔室11c'。接著，氣體再通過共振片12'的中空孔12a'，使得壓電致動器13'與共振片12'的可動部12b'產生共振以傳輸氣體。

請續參閱第7圖、第8A圖、第8B圖及第9A圖，壓電致動器13'包括一懸浮板13a'、一外框13b'、至少一支架13c'以及一壓電元件13d'。在本實施例中，懸浮板13a'具有一正方形形態，並可彎曲震動，但不以此為限。懸浮板13a'具有一凸部13f'。在本實施例中，懸浮板13a'之所以採用正方形形態設計，乃由於相較於圓形的形態，正方形懸浮板13a'之結構明顯具有省電之優勢。在共振頻率下操作之電容性負載，其消耗功率會隨共振頻率之上升而增加，因正方形懸浮板13a'之共振頻率較圓形懸浮板低，故所消耗的功率亦會較低。然而，在其他實施例中，懸浮板的13a'形態可依實際需求而變化。外框13b'環繞設置於懸浮板13a'之外側。支架13c'連接於懸浮板13a'以及外框13b'之間，以提供彈性支撐懸浮板13a'的支撐力。壓電元件13d'具有一邊長，其小於或等於懸浮板13a'之一邊長。且壓電元件13d'貼附於懸浮板13a'之一表面上，用以施加驅動電壓以驅動懸浮板13a'彎曲振動。懸浮板13a'、外框13b'與支架13c'之間形成至少一間隙13e'，用以供氣體通過。凸部13f'凸設於懸浮板13a'之另一表面上。在本實施例中，懸浮片13a'與凸部13f'為利用一蝕刻製程製出的一體成型結構，但不以此為限。

請參閱第9A圖，在本實施例中，腔室空間17'可利用在共振片12'及壓電致動器13'之外框13b'之間所產生的間隙填充一材質，例如導電膠，但不以此為限，使得共振片12'與懸浮板13a'之間可維持一定的深度，進而可導引氣體更迅速地流動。此外，因懸浮板13a'與共振片12'保持適當距離，使彼此的接觸干涉減少，噪音的產生也可被降低。在其他實施例中，可藉由增加壓電致動器13'的外框13b'的高度來減少填充在共振片12'及壓電致動器13'之外框13b'之間的間隙之中的導電膠厚度。如此，在仍可使得懸浮板13a'與共振片12'保持適當距離的情況下，氣體傳輸致動器1'的整體組裝不會因熱壓溫度及冷卻溫度而影響所填充導電膠之厚度，可避免導電膠因熱脹冷縮因素影響到腔室空間17'在組裝完成後的實際大小。

請參閱第9B圖，在其他實施例中，懸浮板13a'可以採以沖壓方式成形，使懸浮板13a'向外延伸一距離，向外延伸距離可由支架13c'成形於懸浮板13a'與外框13b'之間所調整，使在懸浮板13a'上的凸部13f'的表面與外框13b'的表面兩者形成非共平面，亦即凸部13f'的表面將低於外框13b'的表面。利用於外框13b'的組配表面上塗佈少量填充材質，例如：導電膠，以熱壓方式使壓電致動器13'貼合於共振片12'的固定部12c'，進而使得壓電致動器13'得以與共振片12'組配結合，如此直接透過將上述壓電致動器13'之懸浮板13a'採以沖壓成形構成一腔室空間17'的結構改良，所需的腔室空間17'得以透過調整壓電致動器13'之懸浮板13a'沖壓成形距離來完成，有效地簡化了調整腔室空間17'的結構設計，同時也達成簡化製程，縮短製程時間等優點。

請續參閱第8A圖及第8B圖，在本實施例中，第一絕緣片14'、導電片15'及第二絕緣片16'皆為框型的薄型片體，但不以此為限。進氣板11'、共振片12'、壓電致動器13'、第一絕緣片14'、導電片15'以及第二絕緣片16'皆可透過微機電的面型微加工技術製程，使氣體傳輸致動器1'的體積縮小，以構成一微機電系統之氣體傳輸致動器1'。

請參閱第9C圖，在壓電致動器13'作動流程中，壓電致動器13'的壓電元件13d'被施加驅動電壓後產生形變，帶動懸浮板13a'向遠離進氣板11'的方向位移，此時腔室空間17'的容積提升，於腔室空間17'內形成了負壓，便汲取匯流腔室11c'內的氣體進入腔室空間17'內。同時，共振片12'產生共振同步向遠離進氣板11'的方向位移，連帶增加了匯流腔室11c'的容積。且因匯流腔室11c'內的氣體進入腔室空間17'的關係，造成匯流腔室11c'內同樣為負壓狀態，進而通過進氣口11a'以及匯流排槽11b'來吸取氣體進入匯流腔室11c內'。

接著，如第9D圖所示，壓電元件13d'帶動懸浮板13a'朝向進氣板11'位移，壓縮腔室空間17'，同樣的，共振片12'被懸浮板13a'致動，產生共振而朝向進氣板11'位移，迫使同步推擠腔室空間17'內的氣體通過間隙13e'進一步傳輸，以達到傳輸氣體的效果。

最後，如第9E圖所示，當懸浮板13a'被帶動回復到未被壓電元件13d'帶動的狀態時，共振片12'也同時被帶動而向遠離進氣板11'的方向位移，此時的共振片12'將壓縮腔室空間17'內的氣體向間隙13e'移動，並且提升匯流腔室11c'內的容積，讓氣體能夠持續地通過進氣孔11a'以及匯流排槽11b'來匯聚於匯流腔室11c'內。透過不斷地重複上述第9C圖至第9E圖所示之氣體傳輸致動器1'作動步驟，使氣體傳輸致動器1'能夠連續使氣體高速流動，達到氣體傳輸致動器1'傳輸與輸出氣體的操作。

接著，請回到參閱第8A圖及第8B圖，導電片15'之外緣凸伸一導電接腳151'，以及從內緣凸伸一彎曲狀電極152'，電極152'電性連接壓電致動器13'的壓電元件13d'。導電片15'的導電接腳151'向外接通外部電流，藉以驅動壓電致動器13'的壓電元件13d'。此外，第一絕緣片14'以及第二絕緣片16'的設置，可避免短路的發生。

請參閱第10圖，在本案第三實施例中，本案提供一種氣體微粒檢測裝置100"，其結構與第一實施例中的氣體微粒檢測裝置100以及第二實施例中的氣體微粒檢測裝置100'大致相同，不同處在於氣體微粒檢測裝置100"還包含一殼體6"，以及驅動電路模組5"所包括的傳輸模組51"的設置位置。在本實施例中，氣體傳輸致動器1"的結構可與第一實施例的氣體傳輸致動器1相同，亦可與第二實施例的氣體傳輸致動器1'相同，但不以此為限。殼體6"具有一進氣口6a"、一出氣口6b"以及一形成於殼體6"內部之腔室6c"。進氣口6a"以及出氣口6b"連通腔室6c"與殼體6"的外部，藉此，空氣可由進氣口6a"進入腔室6c"內，再由出氣口6b"排出至殼體6"的外部。氣體傳輸致動器1"、雷射模組2、微粒傳感器3以及光機構4皆設至於腔體6c"內，且氣體傳輸致動器1"設置於鄰近進氣口6a"處，藉此導引空氣由進氣口6a"導入。此外，在本實施例中，驅動電路模組5"的傳輸模組51"設置於殼體6"的外側，藉以將檢測數據發送至外部連結裝置，如此，亦可避免殼體6"的設置干擾傳輸訊號的品質。

當氣體傳輸致動器1"被驅動後，氣體傳輸致動器1"開始汲取空氣由進氣口6a"進入光機構4的氣體流道42中，而進入氣體流道42中的氣體受雷射模組2所投射通過光束通道41之雷射光束照射，當雷射光束打在氣體中的懸浮微粒時，將會產生多個光點，微粒傳感器3接收該複數個光點並將偵測結果傳送至處理器，處理器依據光點的數量、強度計算出空氣中懸浮微粒的大小、濃度，據以產生一檢測數值作儲存。接著，處理器所儲存檢測數值得由傳輸模組51"發送至外部連結裝置。

請參閱第11圖，在本案第四實施例中，本案提供一種氣體微粒檢測裝置100'"，其結構與第一、第二以及第三實施例中的氣體微粒檢測裝置100、100'、100"'大致相同，不同處在於氣體微粒檢測裝置100'"還包含一電池模組7以及一氣體感測器8、殼體6'"的結構以及驅動電路模組5'"的配置位置。在本實施例中，氣體傳輸致動器1'"的結構可與第一實施例的氣體傳輸致動器1相同，亦可與第二實施例地的氣體傳輸致動器1'相同。殼體6'"具有複數個進氣口6a'"，分別設置在殼體6'"的相對兩側。氣體傳輸致動器1'"、雷射模組2、微粒傳感器3以及光機構4設置於進氣口6a'"之間。在本實施例中，氣體感測器8設置殼體6'"內並鄰近於殼體6'"的其中一進氣口6a'"，使空氣由進氣口6a'"進入後能夠立即檢測出空氣中一特定氣體成分之含量。其中，氣體感測器8可為一氧氣感測器、一一氧化碳感測器、一二氧化碳感測器之其中之一或其組合，亦可為一揮發性有機物感測器，或也可以是細菌感測器、病毒感測器及微生物感測器其中之一或其組合。在本實施例中，驅動電路模組5'"的傳輸模組51'"以及處理器52'"相鄰設置於殼體6'"的腔室6c'"內。電池模組7設置於腔室6c'"內，並位於腔室6c'"遠離出氣口6b'"的一側。電池模組7電性連接至一外部供電裝置(未圖示)，用以接收外部供電裝置的電能並加以儲存，以及提供電能、輸出電能至氣體傳輸致動器1'"、雷射模組2、微粒傳感器3以及氣體感測器8。外部供電裝置可利用有線傳導方式傳送電能至電池模組7，亦可透過無線傳導方式傳送電能至電池模組7，但不以此為限。

當處理器52'"驅動氣體傳輸致動器1'"後，氣體傳輸致動器1'"開始汲取空氣由進氣口6a'"進入光機構4的氣體流道42中，在檢測空氣中的懸浮微粒之前，鄰近於進氣口6a'"的氣體感測器8會先檢測自進氣口6a'"進入的空氣，並將檢測結果傳輸給處理器52'"。

綜上所述，本案所提供之氣體微粒檢測裝置，可分別具有氣體感測器及微粒傳感器，利用氣體傳輸致動器將空氣由氣體微粒檢測裝置外部汲取並由進氣口進入，通過氣體感測器檢測自進氣口進入而流向氣體流道的空氣中特定氣體成分之含量，再將氣體輸送至氣體流道，經由雷射模組投射雷射光束來照射到氣體中的懸浮微粒，光束打在懸浮微粒後會產生多個光點，並由微粒傳感器接收複數個光點，以透過複數個光點的數量、強度來計算空氣中懸浮微粒PM2.5或PM10的濃度。此外，可使用氣體傳輸致動器對微粒傳感器作清潔作業，避免過多的懸浮微粒沉積於微粒傳感器上，造成檢測失準的問題。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

100、100'、100"、100'"‧‧‧氣體微粒檢測裝置

1、1'、1"、1'"‧‧‧氣體傳輸致動器

11‧‧‧噴氣孔片

110‧‧‧懸浮片

111‧‧‧中空孔洞

112‧‧‧連接件

1121‧‧‧固定部

1122‧‧‧連接部

113‧‧‧空隙

12‧‧‧腔體框架

13‧‧‧致動器

131‧‧‧壓電載板

1311‧‧‧第一導電接腳

132‧‧‧調整共振板

133‧‧‧壓電片

14‧‧‧絕緣框架

15‧‧‧導電框架

151‧‧‧第二導電接腳

152、152'‧‧‧電極

16‧‧‧共振腔室

17‧‧‧氣流腔室

11'‧‧‧進氣板

11a'‧‧‧進氣孔

11b'‧‧‧匯流排槽

11c'‧‧‧匯流腔室

12'‧‧‧共振片

12a'‧‧‧中空孔

12b'‧‧‧可動部

12c'‧‧‧固定部

13'‧‧‧壓電致動器

13a'‧‧‧懸浮板

13b'‧‧‧外框

13c'‧‧‧支架

13d'‧‧‧壓電元件

13e'‧‧‧間隙

13f'‧‧‧凸部

14'‧‧‧第一絕緣片

15'‧‧‧導電片

151'‧‧‧導電接腳

16'‧‧‧第二絕緣片

17'‧‧‧腔室空間

2‧‧‧雷射模組

3‧‧‧微粒傳感器

4‧‧‧光機構

41‧‧‧光束通道

42‧‧‧氣體流道

43‧‧‧光源設置槽

44‧‧‧容置槽

441‧‧‧固定槽

442‧‧‧第一凹槽

443‧‧‧第二凹槽

5、5"、5"'‧‧‧驅動電路模組

51"、51"'‧‧‧傳輸模組

52"'‧‧‧處理器

6"、6'"‧‧‧殼體

6a"、6a'"‧‧‧進氣口

6b"、6b'"‧‧‧出氣口

6c"、6c'"‧‧‧腔室

7‧‧‧電池模組

8‧‧‧氣體感測器

第1圖為本案氣體微粒檢測裝置之第一實施例之剖面示意圖。 第2圖為本案第一實施例之容置槽以及氣體傳輸致動器之立體結構示意圖。 第3A圖為本案第一實施例之氣體傳輸致動器自俯視角度所視得之立體分解示意圖。 第3B圖為本案第一實施例之氣體傳輸致動器自仰視角度所視得之立體分解示意圖。 第4圖為本案第一實施例之容置槽之立體結構示意圖。 第5圖為本案第一實施例之噴氣孔片之俯視結構示意圖。 第6A圖為第2圖之第一實施例於A-A剖面線所視得之剖面示意圖。 第6B圖及第6C圖為本案第一實施例之氣體傳輸致動器之作動示意圖。 第7圖為本案氣體微粒檢測裝置之第二實施例之剖面示意圖。 第8A圖為本案第二實施例之氣體傳輸致動器自俯視角度所視得之立體分解示意圖。 第8B圖為本案第二實施例之氣體傳輸致動器自仰視角度所視得之立體分解示意圖。 第9A圖為本案第二實施例之氣體傳輸致動器之剖面示意圖。 第9B圖為本案其他實施例之氣體傳輸致動器之剖面示意圖。 第9C圖至第9E圖為本案第二實施例之氣體傳輸致動器之作動示意圖。 第10圖為本案氣體微粒檢測裝置之第三實施例之剖面示意圖。 第11圖為本案氣體微粒檢測裝置之第四實施例之剖面示意圖。

Claims (26)

1. 一種氣體微粒檢測裝置，用以檢測空氣中懸浮微粒之濃度，包含： 一氣體傳輸致動器； 一微粒傳感器，對應該氣體傳輸致動器的位置而設置；以及 一雷射模組，設置於該氣體傳輸致動器與該微粒傳感器之間，該雷射模組發射一雷射光束至該氣體傳輸致動器與該微粒傳感器之間； 其中，流通在該氣體傳輸致動器與該微粒傳感器之間的一氣體由雷射光束照射，並由該微粒傳感器分析該氣體中懸浮微粒大小，以及計算出該氣體中懸浮微粒的濃度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體微粒檢測裝置，更包含一光機構，設置於該氣體傳輸致動器與該微粒傳感器之間，其中： 該光機構具有一氣體流道、一光束通道、一光源設置槽以及一容置槽； 該光束通道連通該氣體流道，以及該雷射模組架構於該光源設置槽內，藉此，該雷射模組可對該光束通道發射雷射光束，以照射通過該氣體流道之氣體； 該容置槽容置該氣體傳輸致動器；以及 該微粒傳感器設置設於該氣體流道內，並位於該氣體流道遠離該氣體傳輸致動器的一端，以偵測雷射光束照射該氣體流道中之該氣體後，懸浮微粒所產生之散射光點，藉此檢測並計算該氣體中所包含懸浮微粒之大小與懸浮微粒之濃度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該氣體傳輸致動器包括： 一噴氣孔片，具有複數個連接件、一懸浮片及一中空孔洞，該懸浮片可彎曲振動，該噴氣孔片透過該複數個連接件設置並定位於該容置槽中，藉此，該噴氣孔片並與該容置槽之一底面之間形成一氣流腔室，且該複數個連接件、該懸浮片及該容置槽之間形成至少一空隙； 一腔體框架，承載疊置於該懸浮片上； 一致動器，承載疊置於該腔體框架上，藉由施加電壓而產生往復式地彎曲振動； 一絕緣框架，承載疊置於該致動器上；以及 一導電框架，承載疊設置於該絕緣框架上； 其中，該致動器、該腔體框架及該懸浮片之間形成一共振腔室，透過驅動該致動器帶動該噴氣孔片產生共振，使該噴氣孔片之該懸浮片產生往復式地振動位移，以造成該氣體通過該至少一空隙進入該氣流腔室，再排出至該氣體流道中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該致動器包括： 一壓電載板，承載疊置於該腔體框架上； 一調整共振板，承載疊置於該壓電載板上；以及 一壓電片，承載疊置於該調整共振板，藉由施加電壓而驅動該壓電載板及調整共振板產生往復式地彎曲振動。
5. 如申請專利範圍第4項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該調整共振板之厚度大於該壓電載板之厚度。
6. 如申請專利範圍第3項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該光機構之該容置槽具有複數個固定槽。
7. 如申請專利範圍第6項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該複數個連接件具有一固定部及一連接部，其中該固定部與該固定槽在形狀上相對應，該連接部連接於該懸浮片及該固定部之間，該連接部彈性支撐該懸浮片，供該懸浮片進行往復式地彎曲振動。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該氣體傳輸致動器包括： 一進氣板，具有至少一進氣孔、至少一對應該進氣孔位置之匯流排槽以及一匯流腔室，該進氣孔用以導入該氣體，該匯流排槽用以引導自進氣孔導入之該氣體至該匯流腔室； 一共振片，具有一對應該匯流腔室位置的中空孔，以及一圍繞該中空孔周圍的可動部；以及 一壓電致動器，與該共振片在位置上相對應設置，該共振片與該壓電致動器之間形成一腔室空間，用以使該壓電致動器受驅動時，使該氣體由該進氣板之該進氣孔導入，經該匯流排槽匯集至該匯流腔室，再通過該共振片之該中空孔，使得該壓電致動器與該共振片之該可動部產生共振以傳輸該氣體； 其中，該進氣板、該共振片以及該壓電致動器係依序堆疊設置。
9. 如申請專利範圍第8項所述之氣體微粒檢測裝置，其中，該壓電致動器包括： 一懸浮板，具有一正方形形態，並且可彎曲振動； 一外框，環繞設置於該懸浮板之外側； 至少一支架，連接於該懸浮板與該外框之間，以提供彈性支撐；以及 一壓電元件，具有一邊長，該邊長係小於或等於該懸浮板之一邊長，且該壓電元件貼附於該懸浮板之一表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動。
10. 如申請專利範圍第8項所述之氣體微粒檢測裝置，其中： 該氣體傳輸致動器包括一第一絕緣片、一導電片以及一第二絕緣片；以及 該進氣板、該共振片、該壓電致動器、該第一絕緣片、該導電片及該第二絕緣片係依序堆疊設置。
11. 如申請專利範圍第1項所述之氣體微粒檢測裝置，其中，該微粒傳感器檢測之懸浮微粒為PM2.5懸浮微粒。
12. 如申請專利範圍第1項所述之氣體微粒檢測裝置，其中，該微粒傳感器檢測之懸浮微粒為PM10懸浮微粒。
13. 如申請專利範圍第1項所述之氣體微粒檢測裝置，其中，該氣體傳輸致動器用以高速噴出該氣體，對該微粒傳感器表面進行清潔作業，噴除沾附於該微粒傳感器表面之懸浮微粒，以維持該微粒傳感器每次檢測之精準度。
14. 如申請專利範圍第2項所述之氣體微粒檢測裝置，更包含一殼體，其中： 該殼體具有一進氣口、一出氣口，以及一設置於該殼體之內部之腔室，該腔室連通該進氣口以及該出氣口； 該光機構設置於該腔室內，該光機構之該氣體通道連通該殼體之該進氣口以及該出氣口；以及 該氣體傳輸致動器對應該殼體之該進氣口位置而設置，以受致動而導引該氣體由該進氣口導入，再由該出氣口導出於該殼體之外。
15. 如申請專利範圍第1項所述之氣體微粒檢測裝置，更包含一驅動電路模組，其中，該驅動電路模組包括一處理器及一傳輸模組，該處理器是用以驅動該氣體傳輸致動器、該雷射模組及該微粒傳感器，並用以將該微粒傳感器之偵測結果進行分析，轉換成一檢測數值，該傳輸模組再將該檢測數值發送給一外部連結裝置，以供該外部連結裝置顯示該檢測數值及一通報警示。
16. 如申請專利範圍第15項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該傳輸模組係為一有線傳輸傳輸模組及一無線傳輸傳輸模組之至少其中之一。
17. 如申請專利範圍第16項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該有線傳輸模組係為一USB、一mini-USB、一micro-USB之至少其中之一。
18. 如申請專利範圍第16項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該無線傳輸模組係為一Wi-Fi模組、一藍芽模組、一無線射頻辨識模組及一近場通訊模組之至少其中之一。
19. 如申請專利範圍第15項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該外部連結裝置係為一雲端系統、一可攜式裝置、一電腦系統等至少其中之一。
20. 如申請專利範圍第15項所述之氣體微粒檢測裝置，更包括一電池模組，用以提供儲存電能以及提供電能，藉以使得該處理器得以驅動該氣體傳輸致動器、該雷射模組以及該微粒傳感器，該電池模組並能藉由外接一供電裝置而接收電能來儲存。
21. 如申請專利範圍第20項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該供電裝置以一有線傳導方式輸送電能給予該電池模組儲存。
22. 如申請專利範圍第20項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該供電裝置以一無線傳導方式輸送電能給予該電池模組儲存。
23. 如申請專利範圍第14項所述之氣體微粒檢測裝置，更包含一氣體感測器，設置於該殼體內，以感測由該進氣口導入之該氣體，得出該氣體中一特定氣體成分之含量。
24. 如申請專利範圍第23項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該氣體感測器為一氧氣感測器、一一氧化碳感測器及一二氧化碳感測器之至少其中之一或其任意組合而成之群組。
25. 如申請專利範圍第23項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該氣體感測器為一揮發性有機物感測器。
26. 如申請專利範圍第23項所述之氣體微粒檢測裝置，其中該氣體感測器為檢測細菌、病毒及微生物之至少其中之一或其任意組合而成之群組之感測器。