TWI598588B - 可攜式氣體檢測裝置 - Google Patents

Description

可攜式氣體檢測裝置

本案係關於一種可攜式氣體檢測裝置，尤指一種採用壓電致動之微型氣體泵以進行氣體檢測之可攜式氣體檢測裝置。

近年來，隨著環保意識的抬頭、以及與我們切身相關的空氣問題越來越讓人們注意到空氣品質的相關問題，舉例來說，工廠、回收蔽、甚至於攤販都會排出一些沒有經過處理的氣體，從而造成惡臭的氣體與空氣中的各項物質、或是懸浮微粒的濃度增加，這些問題時可耳聞，且再再影響到人們的身體健康。若要解決此問題，必須要有輕便的檢測儀器，方能夠快速的到現場進行採樣與監測，然現今檢測空氣物質的儀器通常體積都很大、且笨重，而不利於攜帶，如此一來，則無法迅速且有效率地進行相關的氣體檢測。

一般來說，目前空氣污染檢測的方式主要採以一台固定於車體的空汙檢測儀器、或者是一台定點的空氣污染檢測儀器，然而固定式的空氣污染檢測儀器無法移動檢測，而傳統大型的空氣污染檢測儀器主要包含馬達型的氣體泵、氣體收集腔室、感測器、洩氣閥、電池…等眾多元件，其中由於馬達型的氣體泵體積通常較大，且其運轉時會產生摩擦，不僅會造成馬達內部轉子損耗的情況、同時會因此損耗的狀況而消耗較多能源，同時更會產生較大的噪音等問題。

除了一般的空氣汙染檢測之外，透過檢測人體呼出的氣體組成成分及含量，亦可理解一個人的身體狀況，但目前應用於檢測人體呼出的氣體儀器通常都是定點設 置的人體呼氣檢測儀器，但由於該等測量儀器通常都較為巨大，搬運上或者是使用上都較為不便，故其多數設置於醫院等具有較大空間的場所，同樣的，人體呼氣檢測儀器中通常亦包含馬達型的氣體泵、氣體收集腔室、感測器、洩氣閥、電池…等眾多元件，且其所面臨之問題亦與前述之空氣污染檢測儀器相仿，都是肇因於馬達型的氣體泵體積通常較大，且其運轉時產生摩擦，而導致消耗較多能源、以及產生較大的噪音…等問題。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失，可使氣體檢測儀器達到體積小、微型化、便於攜帶、省電、噪音低、且精準度高之可攜式氣體檢測裝置，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供一種採用壓電致動之可攜式氣體檢測裝置以感測氣體之組成成分及含量，藉由壓電致動之微型氣體泵將氣體傳輸至檢測腔件，再透過感測器對氣體進行相關檢測，俾解決習知技術之採用檢測儀器所具備之體積大、難以薄型化、無法達成可攜式之目的、產生較大的噪音以及耗電等問題。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種可攜式氣體檢測裝置，包括：一本體；一微型氣體泵，與該本體連接設置，且具有一入口端及一出口端；一檢測腔件，與該本體連接設置，且與該微型氣體泵之該出口端相連通；一驅動控制模組；一感測器，設置於該驅動控制模組上；其中，該驅動控制模組控制該微型氣體泵運作，使一氣體由該微型氣體泵之該入口端輸入，並由該出口端輸送至該檢測腔件，透過該感測器以對該氣體進行檢測作業，並將該氣體之檢測結果傳送至該驅動控制模組以進行紀錄。

1、3、4、5‧‧‧可攜式氣體檢測裝置

10、30、40、50‧‧‧本體

11、31、311、312、41、51‧‧‧微型氣體泵

11A‧‧‧微型氣體傳輸裝置

11B‧‧‧微型閥門裝置

111‧‧‧進氣板

111a‧‧‧進氣孔

112‧‧‧共振片

113‧‧‧壓電致動器

113a‧‧‧懸浮板

113b‧‧‧壓電陶瓷板

114、1141、1142‧‧‧絕緣片

115‧‧‧導電片

116‧‧‧集氣板

116a‧‧‧容置空間

117‧‧‧閥門片

118‧‧‧出口板

12、32、42、52‧‧‧檢測腔件

13、33、43、53‧‧‧驅動控制模組

14、34、44、54‧‧‧感測器

15、35、45、55‧‧‧傳輸模組

16、56‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧外部裝置

57‧‧‧帶狀結構

第1圖為本案第一較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之架構示意圖。

第2A圖為第1圖所示之可攜式氣體檢測裝置之微型氣體泵之分解結構示意圖。

第2B圖為第2A圖所示之微型氣體泵之組合結構示意圖。

第3圖為本案第二較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之示意圖。

第4圖為本案第三較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之示意圖。

第5A圖為本案第四較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之外觀示意圖。

第5B圖為第5A圖所示之可攜式氣體檢測裝置之剖面結構示意圖。

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係當作說明之用，而非架構於限制本案。

本案之可攜式氣體檢測裝置主要係為應用一壓電致動之微型氣體泵以作為氣體驅動、輸送之動力來源，且由於微型氣體泵之體積小、噪音低，故可使本案之可攜式氣體檢測裝置1整體體積減小、重量減輕、且安靜，以利於供使用者便於攜帶或是可穿戴於身上，更有利於隨時隨地進行氣體檢測作業。

請參閱第1圖，其為本案第一較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之架構示意圖。如第1圖所示，本案之本案之可攜式氣體檢測裝置1係包含本體10、微型氣體泵11、檢測腔件12、驅動控制模組13、感測器14等組件，其中微型氣體泵11係與本體10連接設置，且具有入口端(未圖示)及出口端(未圖示)，檢測腔件12亦與本體10連接設置，且更進一步與微型氣體泵11之出口端相連通，感測器14則設置於驅動控制模組13上，以及，本案之可攜式氣體檢測裝置1主要透過驅動控制模組13以控制微型氣體泵11運作，使氣體由微型氣體泵11之入口端輸入，再由出口端輸送至檢測腔件12，並透過設置於檢測腔件12內之感測器14以對氣體進行相關檢測作業，並將氣體之檢測結果傳送至驅動控制模組13以進行紀錄。

於一些實施例中，可攜式氣體檢測裝置1更可具備傳輸模組15，但不以此為 限。傳輸模組15亦可設置於驅動控制模組13上，但不以此為限，且透過傳輸模組15可將儲存於驅動控制模組13內之氣體檢測結果等資訊傳送至外部裝置2中，以進行更進一步的分析統計、或是進行更進一步之對應處理。於一些實施例中，傳輸模組15係可為有線傳輸模組，例如包含USB、mini-USB或是micro-USB，但不以此為限；而於另一些實施例中，傳輸模組15亦可為無線傳輸模組，例如可為Wi-Fi模組、藍芽模組、無線射頻辨識模組(RadioFrequencyIdentification，RFID)或是近場通訊模組Near Field Communication，NFC)，但亦不以此為限；且傳輸模組15更可同時包含有線傳輸模組及無線傳輸模組，且其資料傳輸型態係可依照實際施作情形而任施變化，凡可將儲存於驅動控制模組13內之氣體檢測結果等資訊傳送至外部裝置2之實施態樣均在本案之保護範圍內，不另行贅述。

又於一些實施例中，外部裝置2係可為但不限為雲端系統、可攜式裝置、電腦系統、空氣濾淨機、冷暖氣機…等裝置，該等外部裝置2主要係接收本案之可攜式氣體檢測裝置1所傳送之氣體檢測結果等資訊，並可透過一程式以對該等資訊進行進一步之分析比對，藉以更瞭解該其相關資訊。舉例來說，可透過本案之可攜式氣體檢測裝置1對空氣中的氣體進行檢測，以瞭解目前空氣中的溫度、濕度、懸浮粒子含量…等資訊，並將該等相關資訊傳送至相對應之空氣濾淨機、冷暖氣機…等外部裝置2，以控制使該等對應之空氣濾淨機、冷暖氣機…等外部裝置2可自行開啟冷、暖氣、或是空氣濾淨功能，藉以調節空氣之溫、濕度、或是進行空氣濾淨作業。除此之外，亦可透過本案之可攜式氣體檢測裝置1對人體呼出的氣體進行相關檢測作業，透過設置於檢測腔件12內之感測器14對人體呼出的氣體進行檢測，並將該等資訊透過驅動控制模組13及其傳輸模組15以傳送至雲端系統，可供醫生於雲端進行參考及診斷、或是傳送至手機、PDA、手提電腦等可攜式裝置、電腦系統等外部裝置2進行更進一步的分析評估，以供使用者自行評估其體內健康情形。

除此之外，於另一些實施例中，可攜式氣體檢測裝置1更可包含顯示裝置16，例如：螢幕，以用於顯示一資訊，但不以此為限，且該顯示裝置16係可為但不限 為觸控式螢幕，供使用者可觸控該觸控式螢幕以選擇所欲顯示之資訊。

請同時參閱第2A圖及第2B圖，第2A圖為第1圖所示之可攜式氣體檢測裝置之微型氣體泵之分解結構示意圖，第2B圖為第2A圖所示之微型氣體泵之組合結構示意圖。於本實施例中，微型氣體泵11係為一壓電致動之微型氣壓動力裝置，但不以此為限。且以本實施例為例，微型氣體泵11係由微型氣體傳輸裝置11A及微型閥門裝置11B共同組合而成，其中微型氣體傳輸裝置11A具有進氣板111、共振片112、壓電致動器113、絕緣片114、導電片115等結構，其係將壓電致動器113對應於共振片112而設置，並使進氣板111、共振片112、壓電致動器113、絕緣片1141、導電片115及另一絕緣片1142等依序堆疊設置，且該壓電致動器113係由一懸浮板113a以及一壓電陶瓷板113b組裝而成；以及微型閥門裝置11B則由集氣板116、閥門片117以及出口板118等依序堆疊組裝而成，但不以此為限。且於本實施例中，如第2A圖所示，集氣板116不僅為單一的板件結構，亦可為周緣具有側壁之框體結構，且由該周緣所構成之側壁與其底部之板件共同定義出一容置空間116a，故當本案之微型氣壓動力裝置11組裝完成後，則其正面示意圖會如第2B圖所示，可見該微型氣體傳輸裝置11A係容設於集氣板116之容置空間116a中，且其下係與閥門片117及出口板118堆疊而成。藉由此微型氣體傳輸裝置11A以及微型閥門裝置11B之組裝設置，以使氣體自微型氣體傳輸裝置11A之一入口端(未圖示)進氣，再由進氣板111上之至少一進氣孔111a進入微型氣體傳輸裝置11A，並透過壓電致動器113之作動，而流經多個壓力腔室(未圖示)，並向下傳輸，進而可使氣體於微型閥門裝置11B內單向流動，並傳送於與微型閥門裝置11B之出口端相連之檢測腔件12(如第1圖所示)中，且當需進行卸壓時，則調控微型氣體傳輸裝置11A之輸出量，使氣體經由微型閥門裝置11B之出口板118上的卸壓孔(未圖示)而排出，以進行卸壓。

請參閱第3圖，其係為本案第二較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之示意圖。如圖所示，本實施例之可攜式氣體檢測裝置3係具有本體30，本體30係可為但不限為一盒體結構，其內可包括硬式之結構構件、或是其他相關之連接電路組件… 等，但不以此為限。於本實施例中，檢測腔件32係連接設置於本體30之上，且該檢測腔件32係與對應之微型氣體泵31相連通，以本實施例為例，微型氣體泵31係由兩微型氣體泵311、312所共同構成，且此兩微型氣體泵311、312均與本體30相組接設置，且其出口端(未圖示)均與檢測腔件32相連接，且此以將氣體自入口端輸入微型氣體泵31中，並透過其驅動傳送至檢測腔件32內，再由設置於檢測腔件32中之驅動控制模組33及其感測器34，依據氣體中不同的物質含量，以產生對應的不同電壓，進而以測量出氣體中的組成成分及含量，並可進一步透過設置於驅動控制模組33上的傳輸模組35以將該檢測結果傳送至一外部裝置進行分析比對。又於一些實施例中，可攜式氣體檢測裝置3更可包含一罩蓋(未圖示)，對應罩設於本體30之上，以對本體30、微型氣體泵31、檢測腔件32等進行保護，且於罩蓋上更可設置一顯示裝置(未圖示)，例如：螢幕，用以顯示氣體之檢測結果等資訊，但不以此為限。

請續參閱第4圖，其係為本案第三較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之示意圖。如圖所示，本實施例之可攜式氣體檢測裝置4同樣包含本體40、微型氣體泵41、檢測腔件42、驅動控制模組43、感測器44及傳輸模組45等組件，且其設置方式係與前述實施例相仿，該本體40亦可為但不限為一盒體結構，其內包含多個構件，且檢測腔件42係連接設置於本體40之上，並與微型氣體泵41相連通。惟於本實施例中，微型氣體泵41係為嵌設於本體40之中，然其設置之型態並不以此為限，例如其亦可設置於本體40內部之容置空間(未圖示)中，其設置方式係可依照實際施作情形而任施變化，惟其出口端(未圖示)係與檢測腔件42相連通，用以將氣體自微型氣體泵41輸送至檢測腔件42內，再由設置於檢測腔件42中之驅動控制模組43及其感測器44對氣體進行檢測作業，並可進一步透過設置於驅動控制模組43上的傳輸模組45以將該檢測結果傳送至一外部裝置進行分析比對。

請同時參閱第5A圖及第5B圖，第5A圖係為本案第四較佳實施例之可攜式氣體檢測裝置之外觀示意圖，第5B圖為第5A圖所示之可攜式氣體檢測裝置之剖面結構示意圖。如第5A圖所示，本實施例之可攜式氣體檢測裝置5係可為但 不限為一穿戴式裝置，且其除了本體50之外，更具備帶狀結構57，該本體50係與帶狀結構57連接設置，於本實施例中，帶狀結構57係可為軟性或是硬性材質所構成之環形帶狀結構，例如可為矽膠材質、塑膠材質、織帶材質、毛巾材質、皮件材質、金屬材質或是其他可運用之相關材質，並不以此為限，其主要用以環繞套設於穿戴使用者之特定部位上，例如：手腕或是腳腕，但不以此為限。當然，帶狀結構57之長度亦不以此為限，於一些實施例中，帶狀結構57亦可為採以較長之織帶材質或是毛巾材質所構成之套帶，藉以套戴於穿戴使用者之頭部；又或者是，於另一些實施例中，帶狀結構57亦可為採以較長之塑膠材質之輔助固定帶，藉以環繞穿戴於穿戴使用者之胸部區域，以監控穿戴使用者心臟部位之生理資訊。至於帶狀結構57兩端之連接方式可採以魔鬼氈之黏貼方式、或是以凸凹對接之扣接方式、或是採以一般錶帶常用的扣接環之形式，甚至於其亦可為一體成型之環狀結構等，其連接方式係可依照實際施作情形而任施變化，並不以此為限。

以及，可攜式氣體檢測裝置5之帶狀結構57除了用以供環繞套設於穿戴使用者之特定部位上之外，其更用以承載本體50，如前所述，本體50係連接設置於帶狀結構57之外表面上，然其連接設置之方式係可為一體成型、或是額外扣設於帶狀結構57之上，均不以此為限。於本實施例中，本體50係為一方型中空之框體結構，且其輪廓大致上小於或等於帶狀結構57之寬度，但其形態及大小並不以此為限，其係可依照實際施作情形而任施調整。且如第5B圖所示，本體50具有容置空間，用以供微型氣體泵51、檢測腔件52及驅動控制模組53等組件容設於其中。

於本實施例中，可攜式氣體檢測裝置5更可包含顯示裝置56，用以對應設置並覆蓋於本體50之上，以用於顯示一資訊，但不以此為限；當然，於另一些實施例中，可攜式氣體檢測裝置5亦可透過另一蓋體(未圖示)以覆蓋於本體50上，且不以前述之顯示裝置56為限。且於本實施例中，顯示裝置56係可為但不限為觸控式螢幕，供穿戴使用者可該觸控式螢幕以選擇所欲顯示之資訊，且該等資訊係可包含氣體之檢測結果、時間資訊、來電顯示資訊…等之至少其中之一。

請續參閱第5B圖，當本案之可攜式氣體檢測裝置5進行氣體檢測時，主要係透過驅動控制模組53以控制並驅動該採以壓電致動之微型氣體泵51，使微型氣體泵51將氣體傳輸至檢測腔件52，此時，再透過感測器54，依據氣體中不同的物質含量，以產生對應的不同電壓，進而可測量出氣體中的組成成分及含量，並將該檢測結果傳送至驅動控制模組53中；於一些實施例中，顯示裝置56係可直接顯示該氣體檢測結果，於另一些實施例中，更可透過傳輸模組55以將該等氣體檢測結果傳送至外部裝置，以進行更進一步之解析。

綜上所述，本案所提供之可攜式氣體檢測裝置，主要藉由壓電致動之微型氣體泵將氣體傳輸至檢測腔件中，再透過感測器以感測氣體之組成成分與含量，並將該等氣體之檢測結果再傳送至驅動控制模組，並可進一步透過傳輸模組將該等氣體之檢測結果傳輸至外部裝置、或是由螢幕直接顯示，藉此可達到精準量測之功效，除此之外，透過輕、薄且安靜的微型氣體泵，更可使可攜式氣體檢測裝置達到體積小、重量輕、便於使用者攜帶、安靜無噪音以及節能省電之功效。因此，本案採用壓電致動之微型氣體泵之可攜式氣體檢測裝置極具產業利用價值，爰依法提出申請。

縱使本發明已由上述實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝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。

1‧‧‧可攜式氣體檢測裝置

10‧‧‧本體

11‧‧‧微型氣體泵

12‧‧‧檢測腔件

13‧‧‧驅動控制模組

14‧‧‧感測器

15‧‧‧傳輸模組

16‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧外部裝置

Claims (9)

1. 一種可攜式氣體檢測裝置，包括：一本體；一微型氣體泵，與該本體連接設置，該微型氣體泵係為一壓電致動之微型氣壓動力裝置，且包含一微型氣體傳輸裝置、一微型閥門裝置、一入口端及一出口端；一檢測腔件，與該本體連接設置，且與該微型氣體泵之該出口端相連通；一驅動控制模組；以及一感測器，設置於該驅動控制模組上；其中，該驅動控制模組控制該微型氣體泵運作，使一氣體由該微型氣體泵之該入口端輸入，並自該微型氣體傳輸裝置傳輸至該微型閥門裝置內，再由該出口端輸送至該檢測腔件，透過該感測器以對該氣體進行檢測作業，並將該氣體之檢測結果傳送至該驅動控制模組以進行紀錄。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式氣體檢測裝置，其中該微型氣體傳輸裝置包括依序堆疊設置一進氣板、一共振片以及一壓電致動器，其中該壓電致動器受驅動時，氣體由該入口端進入該進氣板，流經多個壓力腔室，並向下傳輸，進而可使氣體於該微型閥門裝置內單向流動，且該微型閥門裝置包括依序堆疊設置一集氣板、一閥門片以及一出口板，該出口板之該出口端係與該檢測腔件相連通；當氣體自該微型氣體傳輸裝置傳輸至該微型閥門裝置內，係透過該出口板之該出口端以輸送至該檢測腔件中，或是透過該出口板之一洩壓孔進行洩壓作業。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式氣體檢測裝置，其中該可攜式氣體檢測裝置更具有一傳輸模組，其設置於該驅動控制模組上，用以將該氣體之檢測結果傳送至一外部裝置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之可攜式氣體檢測裝置，其中該傳輸模組係為一有線傳輸模組及一無線傳輸模組之至少其中之一。
5. 如申請專利範圍第4項所述之可攜式氣體檢測裝置，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，且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。
6. 如申請專利範圍第3項所述之可攜式氣體檢測裝置，其中該外部裝置係為一雲端系統、一可攜式裝置、一電腦系統、一空氣濾淨機、一冷暖氣機等至少其中之一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式氣體檢測裝置，其中該本體具有一容置空間，該微型氣體泵係容設於該容置空間中。
8. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式氣體檢測裝置，其中該可攜式氣體檢測裝置更具有一帶狀結構，該本體係與該帶狀結構連接設置，且該本體具有一容置空間，該微型氣體泵、該檢測腔件及該驅動控制模組均設置於該容置空間中。
9. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式氣體檢測裝置，其中該可攜式氣體檢測裝置更包含一螢幕，藉以顯示一資訊。