TW201932812A - 氣體品質監測器 - Google Patents

Abstract

一種氣體品質監測器，包括一發光組件及一監測光感測元件；發光組件包含一發光元件與一聚焦鏡，發光元件發出光束通過聚焦鏡後形成聚焦光束聚焦於一監測區，部分聚焦光束形成一監測光，監測光為散射光或反射光其中之一；監測光感測元件用以感測監測光之光訊號，監測光感測元件之感測面垂直於光束之光路。

Description

氣體品質監測器

本發明有關於一種氣體品質監測器，尤指一種可提高監測準確性及提供校正性之氣體品質監測器。

氣體中充滿各種不同粒徑的懸浮粒子，例如粒徑小於或等於2.5μm的懸浮粒子稱為PM2.5，粒徑小於或等於10μm的懸浮粒子稱為PM10。

新英格蘭醫學期刊指出，PM2.5每增加10微克，就會提高10％的肺癌發生率，各類癌症也會提高5％；而世界衛生組織也提及：每增加10 µg/m3之PM10將提高0.2-0.6%之死亡率，每增加10 µg/m3之PM2.5將提高6-13%之心肺疾病致死率。因此，各國政府及民眾對於氣體品質的偵測也愈發重視。

針對PM2.5而言，習知監測器主要是由一發光元件與一感測元件構成，藉由發光元件發射出偵測光於欲偵測之氣體，由感測元件感測散射光，再由一處理器根據該散射光之光訊號計算出氣體所含之懸浮粒子之濃度。

惟上述習知監測器之可靠性低，經過長時間使用後，發光元件或感測元件的衰退會造成量測的偏移。此外，對於大顆粒的懸浮粒子未經適當的處理，造成精確度判讀的落差。再者，其濃度偵測區間窄，僅能偵測高濃度；而懸浮粒子間的差距大(甚至高達100%)也造成習知監測器校正困難。

據此，如何能有一種可提高監測準確性及提供校正性之『氣體品質監測器』，是相關技術領域人士亟待解決之課題。

於一實施例中，本發明提出一種氣體品質監測器，包括： 一發光組件，包含一發光元件與一聚焦鏡，發光元件發出光束通過聚焦鏡後形成聚焦光束聚焦於一監測區，部分聚焦光束形成一監測光，監測光為散射光或反射光其中之一；以及 一監測光感測元件，用以感測監測光之光訊號，監測光感測元件之感測面垂直於光束之光路。

請參閱圖1所示實施例，氣體品質監測器100包括一發光組件10及一監測光感測元件20。

發光組件10包含一發光元件11與一聚焦鏡12，發光元件11發出光束L1通過聚焦鏡12後形成聚焦光束L2聚焦於一監測區13。部分聚焦光束L2形成一監測光L3，於本實施例中，監測光L3為散射光。

監測光感測元件20之感測面21垂直於光束L1之光路。於監測光感測元件20與監測區13之間設有一監測透鏡22，監測光L3射向監測透鏡22後形成一平行光L4，而後射入監測光感測元件20。由監測光感測元件20感測平行光L4（相當於監測光L3）之光訊號。

於監測區13相對於設有發光元件11之一側設有一穿透光感測元件30，穿透光感測元件30之感測面31朝向監測區13，穿透光感測元件30與監測區13之間設有一穿透透鏡32，另一部分聚焦光束L2形成穿透光L5射向穿透透鏡32後形成一平行光L6，而後射入穿透光感測元件30，由穿透光感測元件感測平行光L6（相當於穿透光L5）之光訊號。

發光組件10、監測光感測元件20及穿透光感測元件30可設置於不同空間位置而不限於同一平面上，設置的原則在於發光組件及穿透光感測元件30相對設置於監測區13兩側，而監測光感測元件20之感測面21朝向監測區13即可。

本實施例藉由監測光感測元件20感測光束之散射(scattering)率訊號，由穿透光感測元件30感測光束之穿透(absorption)率訊號，可提高對氣體偵測的準確性，於正常情況下，監測光感測元件20及穿透光感測元件30的量測率應為一高一低，對於所偵測的訊號進行訊雜比、演算法、回歸分析等校正，可對氣體品質監測器100進行校正。若監測光感測元件20及穿透光感測元件30所偵測的訊號值皆為高或皆為低時，可立即判知是哪一個感測元件發生故障而予以維修或更換。

請參閱圖2所示實施例，氣體品質監測器200包括一發光組件10及一監測光感測元件20。

發光組件10包含一發光元件11與一聚焦鏡12，於發光元件11與聚焦鏡12之間設有一分光鏡40。發光元件11發出光束L1通過聚焦鏡12後形成聚焦光束L2聚焦於一監測區13。部分聚焦光束L2形成一監測光L3，於本實施例中，監測光L3為反射光。

監測光感測元件20之感測面21垂直於光束L1之光路。監測光L3射入分光鏡40後產生一分光束L7射入監測光感測元件20，由監測光感測元件20感測分光束L7（相當於監測光L3）之光訊號。

請參閱圖3所示實施例，發光組件10、監測光感測元件20與分光鏡40設置於一殼體50內，殼體50相對應於光束L1之光路設有一透光區51。殼體50與透光區51的材質不限，可相同或不同，例如，為提供聚焦光束L2與監測光L3射出及射入殼體50，因此透光區51可採用透明玻璃或其他透光性良好之材質。

請參閱圖1及圖2所示，本發明之發光元件11可為雷射半導體或雷射二極體，則光束L1為雷射光束。監測光感測元件20與穿透光感測元件30的形式不限，例如可採用光敏晶片。監測光感測元件20耦接於一處理器（圖中未示出），由處理器根據監測光感測元20所感測之光訊號，計算出監測區13之氣體所含之懸浮粒子（例如PM10、PM2.5）之濃度。

綜上所述，本發明所提供之氣體品質監測器，確實可達到提高監測準確性及提供校正性等作用。值得說明的是，圖1與圖2的主要架構相同，皆包含一發光組件10及一監測光感測元件20，於此架構下，再搭配穿透光感測元件30或分光鏡40，可進一步獲致其他功效。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

100、200‧‧‧氣體品質監測器

10‧‧‧發光組件

11‧‧‧發光元件

12‧‧‧聚焦鏡

13‧‧‧監測區

20‧‧‧監測光感測元件

21‧‧‧感測面

22‧‧‧監測透鏡

30‧‧‧穿透光感測元件

31‧‧‧感測面

32‧‧‧穿透透鏡

40‧‧‧分光鏡

50‧‧‧殼體

51‧‧‧透光區

L1‧‧‧光束

L2‧‧‧聚焦光束

L3‧‧‧監測光

L4、L6‧‧‧平行光

L5‧‧‧穿透光

L7‧‧‧分光束

圖1為本發明一實施例之結構示意圖。 圖2為本發明另一實施例之結構示意圖。 圖3為圖2實施例設置於殼體內之結構示意圖。

Claims (10)

1. 一種氣體品質監測器，包括： 一發光組件，包含一發光元件與一聚焦鏡，該發光元件發出光束通過該聚焦鏡後形成聚焦光束聚焦於一監測區，部分該聚焦光束形成一監測光，該監測光為散射光或反射光其中之一；以及 一監測光感測元件，用以感測該監測光之光訊號，該監測光感測元件之感測面垂直於該光束之光路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體品質監測器，其中該監測光感測元件與該監測區之間設有一監測透鏡，該監測光射向該監測透鏡後形成一平行光，而後射入該監測光感測元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體品質監測器，其中於該監測區相對於設有該發光元件之一側設有一穿透光感測元件，該穿透光感測元件之感測面朝向該監測區，另一部分該聚焦光束形成穿透光射入該穿透光感測元件，由該穿透光感測元件感測該穿透光之光訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之氣體品質監測器，其中該穿透光感測元件與該監測區之間設有一穿透透鏡，該穿透光射向該穿透透鏡後形成一平行光，而後射入該穿透光感測元件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體品質監測器，其中該發光元件與該聚焦鏡之間設有一分光鏡，該監測光射入該分光鏡後產生一分光束射入該監測光感測元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之氣體品質監測器，其中該發光組件、該監測光感測元件與該分光鏡設置於一殼體內，該殼體相對應於該光束之光路設有一透光區。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體品質監測器，其中該光束為雷射光束。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氣體品質監測器，其中該發光元件為雷射半導體或雷射二極體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之氣體品質監測器，其中該監測光感測元件為光敏晶片
10. 如申請專利範圍第1項所述之氣體品質監測器，其中該監測光感測元件耦接於一處理器，由該處理器根據該監測光感測元件所感測之該光訊號，計算出該監測區之氣體所含之懸浮粒子之濃度。