TWI686595B - 氣體偵測裝置 - Google Patents

Abstract

一種氣體偵測裝置，包含一本體；一氣體檢測模組，設置於該本體內，包含一傳感器及一第一致動器，第一致動器控制氣體導入並經過傳感器進行監測；一微粒監測模組，設置於本體內，包含一雷射發射器、一第二致動器及一微粒傳感器，第二致動器控制氣體導入受該雷射發射器照射氣體投射光點至微粒傳感器表面檢測氣體中所含懸浮微粒的粒徑及濃度；一淨化氣體模組，包含一第三致動器及一淨化單元，該第三致動器控制氣體導入該淨化氣體模組內部，受淨化單元淨化氣體；一控制模組，控制氣體檢測模組、微粒監測模組之監測啟動運作，並將氣體檢測模組及微粒監測模組之監測資料予以進行轉換成一監測數據儲存，並能傳送至一外部裝置儲存。

Description

氣體偵測裝置

本案關於一種氣體偵測裝置，尤指一種薄型、可攜式、可進行氣體監測的氣體偵測裝置。

現代人對於生活周遭的氣體品質的要求愈來愈重視，例如一氧化碳、二氧化碳、揮發性有機物(Volatile Organic Compound，VOC)、PM2.5、一氧化氮、一氧化硫等等氣體，甚至於氣體中含有的微粒，都會在環境中暴露影響人體健康，嚴重的甚至危害到生命。因此環境氣體品質好壞紛紛引起各國重視，目前急需要如何監測去避免遠離，是當前重視的課題。

如何確認氣體品質的好壞，利用一種氣體感測器來監測周圍環境氣體是可行的，若又能即時提供監測資訊，警示處在環境中的人，能夠即時預防或逃離，避免遭受環境中的氣體暴露造成人體健康影響及傷害，利用氣體感測器來監測周圍環境可說是非常好的應用。

而可攜式裝置為現代人外出皆會攜帶的行動裝置，因此將氣體檢測模組嵌設於可攜式裝置是十分受到重視，特別是目前的可攜式裝置的發展趨勢為輕、薄又必須兼具高性能的情況下，如何將氣體檢測模組薄型化且組設於可攜式裝置內的應用，供以利用，是本案所研發的重要課題。

本案之主要目的係提供一種氣體偵測裝置，為一薄型可攜式裝置，利用氣體檢測模組可隨時監測使用者周圍環境空氣品質，且利用第一致動器得以快速、穩定地將氣體導入氣體檢測模組內，不僅提升傳感器效率，又透過隔腔本體之隔室設計，將第一致動器與傳感器相互隔開，使傳感器監測時能夠阻隔降低了第一致動器的熱源影響，不至於影響傳感器之監測準確性，也能夠不被裝置內的其他元件(控制模組)影響，達到氣體偵測裝置可隨時、隨地偵測的目的，又能具備快速準確的監測效果，此外，具備有一微粒監測模組來監測周圍環境之空氣中含有微粒濃度，並提供監測資訊傳送到外部裝置，可即時得到資訊，以作警示告知處在環境中的人，能夠即時預防或逃離，避免遭受環境中的氣體暴露造成人體健康影響及傷害，並使淨化氣體模組提供淨化氣體排出使用。

本案之一廣義實施態樣為一種氣體偵測裝置，包含一本體，內部具有一腔室；一氣體檢測模組，設置於該腔室內，包含一傳感器及一第一致動器，該第一致動器控制氣體導入該氣體檢測模組內部，並經過該傳感器進行監測；一微粒監測模組，設置於該腔室內，包含有一雷射發射器、一第二致動器及一微粒傳感器，該第二致動器控制氣體導入該微粒監測模組內部，受該雷射發射器所發射雷射光束照射，以投射氣體中光點至該微粒傳感器表面檢測氣體中所含懸浮微粒的粒徑及濃度；以及一淨化氣體模組，包含一第三致動器及一淨化單元，該第三致動器控制氣體導入該淨化氣體模組內部，受淨化單元淨化氣體；一控制模組，控制該氣體檢測模組、該微粒監測模組之監測啟動運作，並將該氣體檢測模組及該微粒監測模組之監測資料予以進行轉換成一 監測數據儲存，並能傳送至一外部裝置儲存。

1:本體

11:腔室

12:第一進氣口

13:第二進氣口

14:出氣口

2:氣體檢測模組

21:隔腔本體

211:隔片

212:第一隔室

213:第二隔室

214:缺口

215:開口

216:出氣孔

217:容置槽

22:載板

221:通氣口

222:連接器

23:傳感器

24:第一致動器

241:進氣板

241a:進氣孔

241b:匯流排孔

241c:匯流腔室

242:共振片

242a:中空孔

242b:可動部

242c:固定部

243:壓電致動器

243a:懸浮板

2431a:第一表面

2432a:第二表面

243b:外框

2431b:組配表面

2432b:下表面

243c:連接部

243d:壓電元件

243e:間隙

243f:凸部

2431f:凸部表面

244:絕緣片

245:導電片

246:腔室空間

3:微粒監測模組

31:通氣入口

32:通氣出口

33:微粒監測基座

331:承置槽

332:監測通道

333:光束通道

334:容置室

34:承載隔板

341:連通口

342:外露部分

343:連接器

35:雷射發射器

36:第二致動器

361:噴氣孔片

361a:支架

361b:懸浮片

361c:中空孔洞

362:腔體框架

363:致動體

363a:壓電載板

363b:調整共振板

363c:壓電板

364:絕緣框架

365:導電框架

366:共振腔室

367:氣流腔室

37:微粒傳感器

38:第一隔室

39:第二隔室

4:淨化氣體模組

41:導氣入口

42:導氣出口

43:導氣通道

44:第三致動器

441:噴氣孔片

441a:支架

441b:懸浮片

441c:中空孔洞

442:腔體框架

443:致動體

443a:壓電載板

443b:調整共振板

443c:壓電板

444:絕緣框架

445:導電框架

446:共振腔室

45:淨化單元

45a:濾網

45b:光觸媒

45c:紫外線燈

45d:奈米光管

45e:電極線

45f:集塵板

45g:升壓電源器

45h:電場上護網

45i:吸附濾網

45j:高壓放電極

45k:電場下護網

5:控制模組

51:處理器

52:通信元件

53:電池

6:外部裝置

7:供電裝置

L:長度

W:寬度

H:高度

A:氣流路徑

C:有線介面

g:腔室間距

第1A圖為本案氣體偵測裝置的立體示意圖。

第1B圖為本案氣體偵測裝置之正面示意圖。

第1C圖為本案氣體偵測裝置之前側示意圖。

第1D圖為本案氣體偵測裝置之右側面示意圖。

第1E圖為本案氣體偵測裝置之左側面示意圖。

第2圖為第1B圖A-A剖面線視得之剖面示意圖。

第3A圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組相關構件正面外觀示意圖。

第3B圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組相關構件背面外觀示意圖。

第3C圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組相關構件分解示意圖。

第4A圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組之第一致動器分解示意圖。

第4B圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組之第一致動器另一角度視得分解示意圖。

第5A圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組之第一致動器剖面示意圖。

第5B圖至第5D圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組之第一致動器作動示意圖。

第6圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組氣體流動方向立體示意圖。

第7圖為本案氣體偵測裝置之氣體檢測模組氣體流動方向局部放大示意圖。

第8圖為本案氣體偵測裝置之微粒監測模組及控制模組外觀示意圖。

第9圖為本案氣體偵測裝置之微粒監測模組剖面示意圖。

第10圖為本案氣體偵測裝置之微粒監測模組之第二致動器相關構件分解示意圖。

第11A圖至第11C圖為本案氣體偵測裝置之微粒監測模組之第二致動器作動示意圖。

第12A圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之淨化單元第一實施例剖面示意圖。

第12A圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之淨化單元第一實施例剖面示意圖。

第12B圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之淨化單元第二實施例剖面示意圖。

第12C圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之淨化單元第三實施例剖面示意圖。

第12D圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之淨化單元第四實施例剖面示意圖。

第12E圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之淨化單元第五實施例剖面示意圖。

第13圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之第三致動器相關構件分解示意圖。

第14A圖至第14C圖為本案氣體偵測裝置之淨化氣體模組之第三致動器作動示意圖。

第15圖為本案氣體偵測裝置之控制模組相關構件控制作動示意圖。

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當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第1A圖至第1E圖、第2圖，本案提供一種氣體偵測裝置，包含一本體1、一氣體檢測模組2、一微粒監測模組3、一淨化氣體模組4及一控制模組5。氣體偵測裝置要形成一薄型可攜式裝置，因此外觀結構設計需達到使使用者能好握不易掉落且具備攜帶之便利性，在本體1之外觀尺寸上就需設計薄型化之長方形體，如此本案本體1之外觀尺寸設計具有一長度L、一寬度W及一高度H，且依目前氣體檢測模組2、微粒監測模組3及控制模組5配置於本體1內最佳化之配置設計，本案為了符合最佳化配置設計，將本體1之長度L配置為92~102mm，長度L為97mm為最佳，寬度W配置為41~61mm，寬度W為51mm為最佳，以及高度H配置為19~23mm，高度H為21mm為最佳，如此是使使用者能好握不易掉落且具備攜帶便利性之實施設計。又本體1內部具有一腔室11，且設有第一進氣口12、一第二進氣口13及一出氣口14，分別與腔室11連通。

又參閱第2圖、第3A至第3C圖所示，前述之氣體檢測模組2包含一隔腔本體21、一載板22、一傳感器23及一第一致動器24。其中隔腔本體21設置於本體1之第一進氣口12下方，並由一隔片211區分內部形成一第一隔室212及第二隔室213，隔片211具有一段缺口214，供第一隔室212及第二隔室213相互連通，又第一隔室212具有一開口215，第二隔室213具有一出氣孔216，以及隔腔本體21底部設有一容置槽217，容置槽217供載板22穿伸置入其中定位，以封閉隔腔本體21的底部，而載板22上 設有一通氣口221，且載板22上封裝且電性連接一傳感器23，如此載板22組設於隔腔本體21下方，通氣口221將對應於第二隔室213之出氣孔216，且傳感器23穿伸入第一隔室212之開口215而置位於第一隔室212內，用以檢測第一隔室212內之氣體，又第一致動器24則設置於第二隔室213中，與設置於第一隔室212內之傳感器23隔絕，使得第一致動器24於作動時所產生之熱源能夠受隔片211阻隔，不去影響傳感器23之偵測結果，且第一致動器24封閉第二隔室213的底部，並控制致動產生一導送氣流，再由第二隔室213的出氣孔216排出，經過載板22之通氣口221而將氣體排出於隔腔本體21外。

請繼續參閱第3A圖至第3C圖，上述之載板22可為一電路板，且其上具有一連接器222，連接器222供一電路軟板(未圖示)穿伸入連接，提供載板22電性連接及訊號連接。

再請參閱第4A圖至第5A圖，上述之第一致動器24為一氣體泵浦，包含有依序堆疊的一進氣板241、一共振片242、一壓電致動器243、一絕緣片244、一導電片245。進氣板241具有至少一進氣孔241a、至少一匯流排孔241b及一匯流腔室241c，上述之進氣孔241a與匯流排孔241b其數量相同，於本實施例中，進氣孔241a與匯流排孔241b以數量4個作舉例說明，並不以此為限；4個進氣孔241a分別貫通4個匯流排孔241b，且4個匯流排孔241b匯流到匯流腔室241c。

上述之共振片242，可透過貼合方式組接於進氣板241上，且共振片242上具有一中空孔242a、一可動部242b及一固定部242c，中空孔242a位於共振片242的中心處，並與進氣板241的匯流腔室241c對應，而設置於中空孔242a的周圍且與匯流腔室241c相對的區域為可動部242b，而設置於共振片242的外周緣部分而貼固於進氣板241上則為固定部242c。

上述之壓電致動器243，包含有一懸浮板243a、一外框243b、至少一連接部243c、一壓電元件243d、至少一間隙243e及一凸部243f；其中，懸浮板243a為一正方型懸浮板，具有第一表面2431a及相對第一表面2431a的一第二表面2432a，外框243b環繞設置於懸浮板243a的周緣，且外框243b具有一組配表面2431b及一下表面2432b，並透過至少一連接部243c連接於懸浮板243a與外框243b之間，以提供彈性支撐懸浮板243a的支撐力，其中，至少一間隙243e為懸浮板243a、外框243b與連接部243c之間的空隙，用以供氣體通過。此外，懸浮板243a的第一表面2431a具有凸部243f，凸部243f於本實施例中係將凸部243f的周緣且鄰接於連接部243c的連接處透過蝕刻製程，使其下凹，來使懸浮板243a的凸部243f高於第一表面2431a來形成階梯狀結構。

又如第5A圖所示，本實施例之懸浮板243a採以沖壓成形使其向下凹陷，其下陷距離可由至少一連接部243c成形於懸浮板243a與外框243b之間所調整，使在懸浮板243a上的凸部243f的凸部表面2431f與外框243b的組配表面2431b兩者形成非共平面，亦即凸部243f的凸部表面2431f將低於外框243b的組配表面2431b，且懸浮板243a的第二表面2432a低於外框243b的下表面2432b，又壓電元件243d貼附於懸浮板243a的第二表面2432a，與凸部243f相對設置，壓電元件243d被施加驅動電壓後由於壓電效應而產生形變，進而帶動懸浮板243a彎曲振動；利用於外框243b的組配表面2431b上塗佈少量黏合劑，以熱壓方式使壓電致動器243貼合於共振片242的固定部242c，進而使得壓電致動器243得以與共振片242組配結合。此外，絕緣片244及導電片245皆為框型的薄型片體，依序堆疊於壓電致動器243下。於本實施例中，絕緣片244貼附於壓電致動器243之外框243b的下表面2432b。

請繼續參閱第5A圖，第一致動器24的進氣板241、共振片242、壓電致動器243、絕緣片244、導電片245依序堆疊結合後，其中懸浮板243a之第一表面2431a與共振片242之間形成一腔室間距g，腔室間距g將會影響第一致動器24的傳輸效果，故維持一固定的腔室間距g對於第一致動器24提供穩定的傳輸效率是十分重要。本案之第一致動器24對懸浮板243a使用沖壓方式，使其向下凹陷，讓懸浮板243a的第一表面2431a與外框243b的組配表面2431b兩者為非共平面，亦即懸浮板243a的第一表面2431a將低於外框243b的組配表面2431b，且懸浮板243a的第二表面2432a低於外框243b的下表面2432b，使得壓電致動器243之懸浮板243a凹陷形成一空間得與共振片242構成一可調整之腔室間距g，直接透過將上述壓電致動器243之懸浮板243a採以成形凹陷構成一腔室空間246的結構改良，如此一來，所需的腔室間距g得以透過調整壓電致動器243之懸浮板243a成形凹陷距離來完成，有效地簡化了調整腔室間距g的結構設計，同時也達成簡化製程，縮短製程時間等優點。

第5B圖至第5D圖為第5A圖所示之第一致動器24的作動示意圖，請先參閱第5B圖，壓電致動器243的壓電元件243d被施加驅動電壓後產生形變帶動懸浮板243a向下位移，此時腔室空間246的容積提升，於腔室空間246內形成了負壓，便汲取匯流腔室241c內的空氣進入腔室空間246內，同時共振片242受到共振原理的影響被同步向下位移，連帶增加了匯流腔室241c的容積，且因匯流腔室241c內的空氣進入腔室空間246的關係，造成匯流腔室241c內同樣為負壓狀態，進而通過匯流排孔241b、進氣孔241a來吸取空氣進入匯流腔室241c內；請再參閱第5C圖，壓電元件243d帶動懸浮板243a向上位移，壓縮腔室空間246，迫使腔室空間246內的空氣通過至少一間隙243e向下傳輸，來達到傳輸空氣的效果， 同時間，共振片242同樣被懸浮板243a因共振而向上位移，同步推擠匯流腔室241c內的氣體往腔室空間246移動；最後請參閱第5D圖，當懸浮板243a被向下帶動時，共振片242也同時被帶動而向下位移，此時的共振片242將使壓縮腔室空間246內的氣體向至少一間隙243e移動，並且提升匯流腔室241c內的容積，讓氣體能夠持續地通過進氣孔241a、匯流排孔241b來匯聚於匯流腔室241c內，透過不斷地重複上述步驟，使第一致動器24能夠連續將氣體自進氣孔241a進入，再由間隙243e向下傳輸，以不斷地汲取氣體偵測裝置外的氣體進入，提供氣體給傳感器23感測，提升感測效率。

請繼續參閱第5A圖，第一致動器24其另一實施方式可透過微機電的方式使第一致動器24為一微機電系統氣體泵浦，其中，進氣板241、共振片242、壓電致動器243、絕緣片244、導電片245皆可透過面型微加工技術製成，以縮小第一致動器24的體積。

請繼續參閱第6圖及第7圖，當氣體檢測模組2嵌設於本體1之腔室11內時，此本體1在圖例中為方便說明氣體檢測模組2之氣體流動方向，特此將本體1在圖例中予以透明化處理，以便說明，而本體1的第一進氣口12對應於隔腔本體21的第一隔室212，本體1之第一進氣口12與位於第一隔室212內的傳感器23兩者不直接對應，亦即第一進氣口12不直接位於傳感器23之上方，兩者相互錯位，如此透過第一致動器24的控制作動，讓第二隔室213內開始形成負壓，開始汲取本體1外的外部氣體，並導入第一隔室212內，使得第一隔室212內的傳感器23開始對於流過於其表面的氣體進行監測，以偵測本體1外的氣體品質，而第一致動器24持續地作動時，監測完之氣體將通過隔片211上的缺口214而導入第 二隔室213，最後由出氣孔216、載板22之通氣口221排出於隔腔本體21之外，以構成一單向氣體導送監測(如第6圖標示所指氣流路徑A方向)。

上述之傳感器23可為氣體傳感器，包含一氧氣傳感器、一一氧化碳傳感器、一二氧化碳傳感器、一溫度傳感器、一臭氧傳感器及一揮發性有機物傳感器之至少其中之一或其組合而成之群組；或，上述之傳感器23可為監測細菌、病毒及微生物之至少其中之一或其任意組合而成之群組。

由上述說明可知，本案所提供之氣體偵測裝置，利用氣體檢測模組2可隨時監測使用者周圍環境空氣品質，且利用第一致動器24得以快速、穩定地將氣體導入氣體檢測模組2內，不僅提升傳感器23效率，又透過隔腔本體21之第一隔室212與第二隔室213之設計，將第一致動器24與傳感器23相互隔開，使傳感器23監測時能夠阻隔降低了第一致動器24的熱源影響，不至於影響傳感器23之監測準確性，此外，也能夠不被裝置內的其他元件影響，達到氣體偵測裝置可隨時、隨地偵測的目的，又能具備快速準確的監測效果。

再請參閱第1D圖、第1E圖、第8圖及第9圖所示，本案所提供之氣體偵測裝置更具有一監測氣體中微粒之微粒監測模組3，微粒監測模組3設置於本體1之腔室11內，包含一通氣入口31、一通氣出口32、一微粒監測基座33、一承載隔板34、一雷射發射器35、一第二致動器36及一微粒傳感器37，其中通氣入口31對應本體1之第二進氣口13，通氣出口32對應本體1之出氣口14，使氣體得由通氣入口31進入微粒監測模組3內部，而由通氣出口32排出，又微粒監測基座33及承載隔板34設置於微粒監測模組3內部，使得微粒監測模組3內部空間藉由承載隔板34定義出一第一隔室38與第二隔室39，且承載隔板34具有一連通口341，以連 通第一隔室38與第二隔室39，以及第二隔室39與通氣出口32連通，又微粒監測基座33鄰設於承載隔板34，並容置於第一隔室38中，且微粒監測基座33具有一承置槽331、一監測通道332、一光束通道333及一容置室334，其中承置槽331直接垂直對應到通氣入口31，監測通道332設置於承置槽331下方，並且連通承載隔板34之連通口341，又容置室334設置於監測通道332一側，而光束通道333連通於容置室334及監測通道332之間，且光束通道333直接垂直橫跨監測通道332，如此微粒監測模組3內部由通氣入口31、承置槽331、監測通道332、連通口341、通氣出口32構成一單向導送導出氣體之氣體通道，即如第9圖箭頭所指方向之路徑。

上述之雷射發射器35設置於容置室334內，第二致動器36架構於承置槽331上，以及微粒傳感器37電性連接於承載隔板34上，並位於監測通道332下方，如此雷射發射器35所發射之雷射光束照射入光束通道333中，光束通道333導引雷射光束照射至監測通道332中，以對監測通道332內的氣體中所含有之懸浮微粒照射，而懸浮微粒受光束照射後將產生多個光點，投射於微粒傳感器37表面被接收，使微粒傳感器37以感測出懸浮微粒的粒徑及濃度。本實施例之微粒傳感器為PM2.5傳感器。

由上述可知，微粒監測模組3之監測通道332直接垂直對應到通氣入口31，使監測通道332上方得以直接導氣，不影響氣流導入，且第二致動器36架構於承置槽331上，對通氣入口31外氣體導送吸入，如此得以加快氣體導入監測通道332內，並透過微粒傳感器37進行檢測，提升微粒傳感器37的效率。

請繼續參閱第9圖，此外，前述之承載隔板34具有一外露部分342穿透延伸出微粒監測模組3外部，外露部分342上具有一連接器343，連接器 343供電路軟板穿伸入連接，用以提供承載隔板34電性連接及訊號連接。其中，本實施例之承載隔板34為一電路板，但不以此為限。

了解上述之微粒監測模組3之特點說明，以下就其第二致動器36之結構及作動方式作一說明：

請參閱第10圖、第11A圖至第11C圖，上述之第二致動器36為一氣體泵浦，第二致動器36包含有依序堆疊之噴氣孔片361、腔體框架362、致動體363、絕緣框架364及導電框架365；噴氣孔片361包含了複數個支架361a、一懸浮片361b及一中空孔洞361c，懸浮片361b可彎曲振動，複數個支架361a鄰接於懸浮片361b的周緣，本實施例中，支架361a其數量為4個，分別鄰接於懸浮片361b的4個角落，但不此以為限，而中空孔洞361c形成於懸浮片361b的中心位置；腔體框架362承載疊置於懸浮片361b上，致動體363承載疊置於腔體框架362上，並包含了一壓電載板363a、一調整共振板363b、一壓電板363c，其中，壓電載板363a承載疊置於腔體框架362上，調整共振板363b承載疊置於壓電載板363a上，壓電板363c承載疊置於調整共振板363b上，供施加電壓後發生形變以帶動壓電載板363a及調整共振板363b進行往復式彎曲振動；絕緣框架364則是承載疊置於致動體363之壓電載板363a上，導電框架365承載疊置於絕緣框架364上，其中，致動體363、腔體框架362及懸浮片361b之間形成一共振腔室366。

再請參閱第11A圖至第11C圖為本案之第二致動器36之作動示意圖。請先參閱第9圖及第11A圖，第二致動器36透過支架361a使第二致動器36設置於微粒監測基座33的承置槽331上方，噴氣孔片361與承置槽331的底面間隔設置，並於兩者之間形成氣流腔室367；請再參閱第11B圖，當施加電壓於致動體363之壓電板363c時，壓電板363c因壓電效應開始 產生形變並同部帶動調整共振板363b與壓電載板363a，此時，噴氣孔片361會因亥姆霍茲共振(Helmholtz resonance)原理一起被帶動，使得致動體363向上移動，由於致動體363向上位移，使得噴氣孔片361與承置槽331的底面之間的氣流腔室367的容積增加，其內部氣壓形成負壓，於第二致動器36外的空氣將因為壓力梯度由噴氣孔片361的支架361a與承置槽331的側壁之間的空隙進入氣流腔室367並進行集壓；最後請參閱第11C圖，氣體不斷地進入氣流腔室367內，使氣流腔室367內的氣壓形成正壓，此時，致動體363受電壓驅動向下移動，將壓縮氣流腔室367的容積，並且推擠氣流腔室367內氣體，使氣體進入監測通道332內，並將氣體提供給微粒傳感器37，以透過微粒傳感器37檢測氣體內的懸浮微粒濃度。

上述第二致動器36為一氣體泵浦，當然本案之第二致動器36也可透過微機電製程的方式所製出的微機電系統氣體泵浦，其中，噴氣孔片361、腔體框架362、致動體363、絕緣框架364及導電框架365皆可透過面型微加工技術製成，以縮小第二致動器36的體積。

再請參閱第8圖及第12A圖至第12E圖所示，本案所提供之氣體偵測裝置更具有一提供淨化氣體中微粒之淨化氣體模組4，淨化氣體模組4設置於本體1之腔室11內，包含一導氣入口41、一導氣出口42及一導氣通道43、一第三致動器44及一淨化單元45，導氣入口41對應到本體1之第二進氣口13，導氣出口42對應到本體1之出氣口14，導氣通道43設置於導氣入口41及導氣出口42之間，以及第三致動器44設置於導氣通道43中，以控制氣體導入導氣通道43中，而淨化單元45置位於導氣通道43中。淨化單元45可為一種濾網單元，如第12A圖所示，包含多個濾網45a，本實施例為兩個濾網45a分別置設導氣通道43中保持一間距，使 氣體透過第三致動器44控制導入導氣通道43中受各兩濾網45a吸附氣體中所含化學煙霧、細菌、塵埃微粒及花粉，以達淨化氣體之效果，其中濾網45a可為靜電濾網、活性碳濾網或高效濾網(HEPA)；淨化單元45可為一種光觸媒單元，如第12B圖所示，包含一光觸媒45b及一紫外線燈45c，分別置設導氣通道43中保持一間距，使氣體透過第三致動器44控制導入導氣通道43中，且光觸媒45b透過紫外線燈45c照射得以將光能轉換化學能對氣體分解有害氣體及消毒殺菌，以達淨化氣體之效果，當然淨化單元45為一種光觸媒單元也可配合濾網45a在導氣通道43中，以加強淨化氣體之效果，其中濾網45a可為靜電濾網、活性碳濾網或高效濾網(HEPA)；淨化單元45可為一種光等離子單元，如第12C圖所示，包含一奈米光管45d，置設導氣通道43中，使氣體透過第三致動器44控制導入導氣通道43中，透過奈米光管45d照射，得以將氣體中的氧分子及水分子分解成具高氧化性光等離子具有破壞有機分子的離子氣流，將氣體中含有揮發性甲醛、甲苯、揮發性有機氣體(VOC)等氣體分子分解成水和二氧化碳，以達淨化氣體之效果，當然淨化單元45為一種光等離子單元也可配合濾網45a在導氣通道43中，以加強淨化氣體之效果，其中濾網45a可為靜電濾網、活性碳濾網或高效濾網(HEPA)。淨化單元45可為一種負離子單元，如第12D圖所示，包含至少一電極線45e、至少一集塵板45f及一升壓電源器45g，每個電極線45e、每個集塵板45f置設導氣通道43中，而升壓電源器45g設置於淨化氣體模組4內提供每個電極線45e高壓放電，每個集塵板45f帶有負電荷，使氣體透過第三致動器44控制導入導氣通道43中，透過每個電極線45e高壓放電，得以將氣體中所含微粒帶正電荷，將帶正電荷微粒附著在帶負電荷的每個集塵板45f上，以達淨化氣體之效果，當然淨化單元45為一種負離子 單元元也可配合濾網45a在導氣通道43中，以加強淨化氣體之效果，其中濾網45a可為靜電濾網、活性碳濾網或高效濾網(HEPA)。淨化單元45可為一種電漿離子單元，如第12E圖所示，包含一電場上護網45h、一吸附濾網45i、一高壓放電極45j、一電場下護網45k及一升壓電源器45g，其中電場上護網45h、吸附濾網45i、高壓放電極45j及電場下護網45k置設導氣通道43中，且吸附濾網45i、高壓放電極45j夾置設於電場上護網45h、電場下護網45k之間，而升壓電源器45g設置於淨化氣體模組4內提供高壓放電極45j高壓放電，以產生高壓電漿柱帶有電漿離子，使氣體透過第三致動器44控制導入導氣通道43中，透過電漿離子使得氣體中所含氧分子與水分子電離生成陽離子(H+)和陰離子(O2-)，且離子周圍附著有水分子的物質附著在病毒和細菌的表面之後，在化學反應的作用下，會轉化成強氧化性的活性氧(羥基，OH基)，從而奪走病毒和細菌表面蛋白質的氫，將其分解(氧化分解)，以達淨化氣體之效果，當然淨化單元45為一種負離子單元元也可配合濾網45a在導氣通道43中，以加強淨化氣體之效果，其中濾網45a可為靜電濾網、活性碳濾網或高效濾網(HEPA)。

了解上述之淨化氣體模組4之特點說明，以下就其第三致動器44之結構及作動方式作一說明，請參閱第13圖、第14A圖至第14C圖，上述之第三致動器44為一氣體泵浦，第三致動器44包含有依序堆疊之噴氣孔片441、腔體框架442、致動體443、絕緣框架444及導電框架445；噴氣孔片441包含了複數個支架441a、一懸浮片441b及一中空孔洞441c，懸浮片441b可彎曲振動，複數個支架441a鄰接於懸浮片441b的周緣，本實施例中，支架441a其數量為4個，分別鄰接於懸浮片441b的4個角落，但不此以為限，而中空孔洞441c形成於懸浮片441b的中心位置；腔體 框架442承載疊置於懸浮片441b上，致動體443承載疊置於腔體框架442上，並包含了一壓電載板443a、一調整共振板443b、一壓電板443c，其中，壓電載板443a承載疊置於腔體框架442上，調整共振板443b承載疊置於壓電載板443a上，壓電板443c承載疊置於調整共振板443b上，供施加電壓後發生形變以帶動壓電載板443a及調整共振板443b進行往復式彎曲振動；絕緣框架444則是承載疊置於致動體443之壓電載板443a上，導電框架445承載疊置於絕緣框架444上，其中，致動體443、腔體框架442及懸浮片441b之間形成一共振腔室446。

再請參閱第14A圖至第14C圖為本案之第三致動器44之作動示意圖。請先參閱第14A圖，第三致動器44透過支架441a使第三致動器44設置於導氣通道43中；請再參閱第14B圖，當施加電壓於致動體443之壓電板443c時，壓電板443c因壓電效應開始產生形變並同步帶動調整共振板443b與壓電載板443a，此時，噴氣孔片441會因亥姆霍茲共振(Helmholtz resonance)原理一起被帶動，使得致動體443向上移動，由於致動體443向上位移，使得噴氣孔片441底面的容積增加，其內部氣壓形成負壓，於第三致動器44外的空氣將因為壓力梯度由噴氣孔片441的支架441a之間的空隙進入進行集壓；最後請參閱第14C圖，氣體不斷地進入噴氣孔片441底面的導氣通道43內，使導氣通道43內的氣壓形成正壓，此時，致動體443受電壓驅動向下移動，將壓縮噴氣孔片441底面的容積，並且推擠導氣通道43內氣體傳輸至淨化單元45處，此時淨化單元45以淨化氣體由導氣出口42排出。

上述第三致動器44為一氣體泵浦，當然本案之第三致動器44也可透過微機電製程的方式所製出的微機電系統氣體泵浦，其中，噴氣孔片 441、腔體框架442、致動體443、絕緣框架444及導電框架445皆可透過面型微加工技術製成，以縮小第三致動器44的體積。

又再請參閱第8圖及第15圖所示，本案之控制模組5包含一處理器51及一通信元件52，處理器51控制通信元件52、氣體檢測模組2之傳感器23、第一致動器24以及微粒監測模組3之微粒感測器之啟動，並對傳感器23及微粒感測器所偵測結果予以進行轉換成一監測數據儲存，監測數據並能由通信元件52發送連結一外部裝置6儲存，又當微粒監測模組3之監測數據達到一特定警示值，處理器51得以控制淨化氣體模組4之啟動，以使淨化氣體模組4提供淨化氣體排出使用。

上述之外部裝置6可以為雲端系統、可攜式裝置、電腦系統、顯示裝置等其中之一，以顯示監測數據及通報警示。其中通信元件52可透過有線傳輸或無線傳輸至外部裝置6，有線傳輸方式例如：USB、mini-USB、micro-USB等其中之一的介面連接有線對外傳輸，本實施例中，如第1E圖所示標號所指的mini-USB之有線介面C來實施有線傳輸，無線傳輸方式例如：Wi-Fi模組、藍芽模組、無線射頻辨識模組、一近場通訊模組等其中之一的無線介面(內建於通信元件52)對外傳輸。此外，控制模組5進一步包括一電池53，以提供儲存電能、輸出電能，並能搭配外接一供電裝置7來傳導電能而接收電能來儲存，使電能提供給處理器51，處理器51能提供給氣體檢測模組2及微粒監測模組3之電性及驅動訊號。其中供電裝置7得以有線傳導方式或無線傳導方式輸送該電能給予電池53儲存。

綜上所述，本案所提供之氣體偵測裝置，利用氣體檢測模組可隨時監測使用者周圍環境空氣品質，且利用致動器得以快速、穩定地將氣體導入氣體檢測模組內，不僅提升傳感器之感測效率，又透過隔腔本體 之隔室設計，將第一致動器與傳感器相互隔開，使傳感器監測時能夠阻隔降低了第一致動器的熱源影響，提升傳感器之監測準確性，也能夠不被裝置內的其他元件(控制模組)影響，達到氣體偵測裝置可隨時、隨地偵測的目的，又能具備快速準確的監測效果，此外，具備有一微粒監測模組來監測周圍環境之空氣中含有微粒濃度，並提供監測資訊傳送到外部裝置，可即時得到資訊，以作警示告知處在環境中的人，得以能夠即時預防或逃離，避免遭受環境中的氣體暴露造成人體健康影響及傷害，並使淨化氣體提供淨化氣體排出使用。

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。

1：本體

Claims (30)

1. 一種氣體偵測裝置，包含：一氣體檢測模組，包含一傳感器及一第一致動器，該第一致動器控制氣體導入該氣體檢測模組內部，並經過該傳感器進行監測；一微粒監測模組，包含一第二致動器及一微粒傳感器，該第二致動器控制氣體導入該微粒監測模組內部，受該微粒傳感器檢測氣體中所含懸浮微粒的粒徑及濃度；一淨化氣體模組，包含一第三致動器及一淨化單元，該第三致動器控制氣體導入該淨化氣體模組內部，受該淨化單元淨化氣體；以及一控制模組，控制該氣體檢測模組、該微粒監測模組之監測啟動運作，並將該氣體檢測模組及該微粒監測模組之監測資料予以進行轉換成一監測數據儲存，並能傳送至一外部裝置儲存。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，進一步包含一本體，內部具有一腔室，該本體設有第一進氣口、一第二進氣口及一出氣口，分別與該腔室連通。
3. 如申請專利範圍第2項所述之氣體偵測裝置，其中該氣體檢測模組包含一隔腔本體及一載板，該隔腔本體設置於該第一進氣口下方，並由一隔片區分內部形成一第一隔室及一第二隔室，該隔片具有一缺口供該第一隔室及該第二隔室相互連通，且該第一隔室具有一開口，該第二隔室具有一出氣孔，而該載板組設於該隔腔本體下方並封裝及電性連接該傳感器，且該傳感器穿伸入該開口置位於該第一隔室內，而該第一致動器組設於該第二隔室中與該傳感器隔絕，而該第一致動器控制氣體由該第一進氣口導入，並透過該傳感器進行監測，再經該隔腔本體之該出氣孔排出於外。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該氣體檢測模組之該 傳感器包含一氧氣感測器、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。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該氣體檢測模組之該傳感器包含一揮發性有機物傳感器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該氣體檢測模組之該傳感器包含監測細菌、病毒及微生物之至少其中之一或其任意組合而成之群組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該氣體檢測模組之該第一致動器為一微機電系統氣體泵浦。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該氣體檢測模組之該第一致動器為一氣體泵浦，其包含：一進氣板，具有至少一進氣孔、至少一匯流排孔及一匯流腔室，其中該至少一進氣孔供導入氣流，該匯流排孔對應該進氣孔，且引導該進氣孔之氣流匯流至該匯流腔室；一共振片，具有一中空孔對應該匯流腔室，且該中空孔之周圍為一可動部；以及一壓電致動器，與該共振片相對應設置；其中，該共振片與該壓電致動器之間具有一腔室空間，以使該壓電致動器受驅動時，使氣流由該進氣板之該至少一進氣孔導入，經該至少一匯流排孔匯集至該匯流腔室，再流經該共振片之該中空孔，由該壓電致動器與該共振片之該可動部產生共振傳輸氣流。
9. 如申請專利範圍第8項所述之氣體偵測裝置，其中該壓電致動器包含：一懸浮板，具有一第一表面及一第二表面，該第一表面具有一凸部；一外框，環繞設置於該懸浮板之外側，並具有一組配表面； 至少一支架，連接於該懸浮板與該外框之間，以提供彈性支撐該懸浮板；以及一壓電元件，貼附於該懸浮板之該第二表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動；其中，該至少一支架成形於該懸浮板與該外框之間，並使該懸浮板之該第一表面與該外框之該組配表面形成為非共平面結構，且使該懸浮板之該第一表面與該共振片保持一腔室間距。
10. 如申請專利範圍第8項所述之氣體偵測裝置，其中該氣體泵浦包括一導電片以及一絕緣片，其中該進氣板、該共振片、該壓電致動器、該導電片及該絕緣片依序堆疊設置。
11. 如申請專利範圍第2項所述之氣體偵測裝置，其中該微粒監測模組包含有一通氣入口、一通氣出口、一承載隔板、一微粒監測基座及一雷射發射器，該通氣入口對應到該本體之該第二進氣口，該通氣出口對應到該本體之該出氣口，且該微粒監測模組內部空間藉由該承載隔板定義出一第一隔室與一第二隔室，而該承載隔板具有一連通口，以連通該第一隔室與該第二隔室，且該第一隔室與該通氣入口連通，該第二隔室與該通氣出口連通，又該微粒監測基座鄰設於該承載隔板，並容置於該第一隔室中，具有一承置槽、一監測通道、一光束通道及一容置室，該承置槽直接垂直對應到該通氣入口，且該第二致動器設置於該承置槽上，而該監測通道設置於該承置槽下方，以及該容置室設置於該監測通道一側容置定位該雷射發射器，而該光束通道為連通於該容置室及該監測通道之間，且直接垂直橫跨該監測通道，導引該雷射發射器所發射雷射光束照射至該監測通道中，以及該微粒傳感器設置於該監測通道下方，促使該第二致動器控制該氣體由該通氣入口進入該承置槽中而導入該監測通道中，並受該雷射發射器所發射雷射光束照射，以投射該氣體中光點至該 微粒傳感器表面檢測氣體中所含懸浮微粒的粒徑及濃度，並由該通氣出口排出。
12. 如申請專利範圍第11項所述之氣體偵測裝置，其中該微粒監測模組之該承載隔板為一電路板。
13. 如申請專利範圍第12項所述之氣體偵測裝置，其中該微粒傳感器電性連接於該承載隔板上，並位於該監測通道下方。
14. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該微粒監測模組之該微粒傳感器為PM2.5傳感器。
15. 如申請專利範圍第11項所述之氣體偵測裝置，其中該微粒監測模組之該第二致動器為一微機電系統氣體泵浦。
16. 如申請專利範圍第11項所述之氣體偵測裝置，其中該微粒監測模組之該第二致動器為一氣體泵浦，其包含：一噴氣孔片，包含複數個支架、一懸浮片及一中空孔洞，該懸浮片可彎曲振動，該複數個支架鄰接於該懸浮片周緣，而該中空孔洞形成於懸浮片的中心位置，透過該複數個支架設置該承置槽上方，並提供彈性支撐該懸浮片，並該噴氣孔片與該承置槽之間形成一氣流腔室，且該複數個支架及該懸浮片之間形成至少一空隙；一腔體框架，承載疊置於該懸浮片上；一致動體，承載疊置於該腔體框架上，以接受電壓而產生往復式地彎曲振動；一絕緣框架，承載疊置於該致動體上；以及一導電框架，承載疊設置於該絕緣框架上；其中，該致動體、該腔體框架及該懸浮片之間形成一共振腔室，透過驅動該致動體以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，再由該氣體流道排出， 實現該氣體之傳輸流動。
17. 如申請專利範圍第16項所述之氣體偵測裝置，其中該致動體包含：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；以及一壓電板，承載疊置於該調整共振板上，以接受電壓而驅動該壓電載板及該調整共振板產生往復式地彎曲振動。
18. 如申請專利範圍第16項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化氣體模組包含一導氣入口、一導氣出口及一導氣通道，該導氣入口對應到該本體之該第二進氣口，該導氣出口對應到該本體之該出氣口，該導氣通道設置於該導氣入口及該導氣出口之間，以及該第三致動器設置於該導氣通道中，以控制該氣體導入該導氣通道中，而該淨化單元置位於該導氣通道中，使通過該氣體受該淨化單元淨化該氣體由該導氣出口排出。
19. 如申請專利範圍第18項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化單元為一濾網單元，包含多個濾網，分別置設該導氣通道中保持一間距，透過該第三致動器控制該氣體導入導氣通道中受多個濾網過濾淨化。
20. 如申請專利範圍第19項所述之氣體偵測裝置，其中該濾網為靜電濾網、活性碳濾網及高效濾網(HEPA)等至少其中之一。
21. 如申請專利範圍第18項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化單元為一光觸媒單元，包含一光觸媒及一紫外線燈，分別置設該導氣通道中保持一間距，透過該第三致動器控制該氣體導入該導氣通道中，且該光觸媒透過該紫外線燈照射得以分解化該氣體。
22. 如申請專利範圍第18項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化單元為一光等離子單元，包含一奈米光管，置設該導氣通道中，透過該第三致動器控制該氣體導入該導氣通道中，透過該奈米光管照射將該氣體中含有揮發性甲醛、甲苯及揮發性有機氣體分解淨化。
23. 如申請專利範圍第18項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化單元為一負離子單元，包含至少一電極線、至少一集塵板及一升壓電源器，該至少一電極線、該至少一集塵板置設該導氣通道中，而該升壓電源器設置於該淨化氣體模組內，提供該至少一電極線高壓放電，該至少一集塵板帶有負電荷，透過該第三致動器控制該氣體導入該導氣通道中，透過該至少一電極線高壓放電，得以將該氣體中所含微粒帶正電荷，將帶正電荷微粒附著在帶負電荷的該至少一集塵板上淨化。
24. 如申請專利範圍第18項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化單元為一電漿離子單元，包含一電場上護網、一高效濾網、一高壓放電極、一電場下護網及一升壓電源器，其中該電場上護網、該高效濾網、該高壓放電極及該電場下護網置設於該導氣通道中，且該高效濾網、該高壓放電極夾置設於該電場上護網、該電場下護網之間，而該升壓電源器設置於該淨化氣體模組內提供該高壓放電極高壓放電，以產生高壓電漿柱帶有電漿離子，使氣體透過該第三致動器控制導入該導氣通道中，透過電漿離子分解淨化氣體。
25. 如申請專利範圍第18項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化氣體模組之該第三致動器為一微機電系統氣體泵浦。
26. 如申請專利範圍第18項所述之氣體偵測裝置，其中該淨化氣體模組之該第三致動器為一氣體泵浦，其包含：一噴氣孔片，包含複數個支架、一懸浮片及一中空孔洞，該懸浮片可彎曲振動，該複數個支架鄰接於該懸浮片周緣，而該中空孔洞形成於懸浮片的中心位置，透過複數個支架設置該導氣通道中，並提供彈性支撐該懸浮片，且該複數個支架及該懸浮片之間形成至少一空隙；一腔體框架，承載疊置於該懸浮片上；一致動體，承載疊置於該腔體框架上，以接受電壓而產生往復式地 彎曲振動；一絕緣框架，承載疊置於該致動體上；以及一導電框架，承載疊設置於該絕緣框架上；其中，該致動體、該腔體框架及該懸浮片之間形成一共振腔室，透過驅動該致動體以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，再由該氣體流道排出，實現該氣體之傳輸流動。
27. 如申請專利範圍第26項所述之氣體偵測裝置，其中該致動體包含：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；以及一壓電板，承載疊置於該調整共振板上，以接受電壓而驅動該壓電載板及該調整共振板產生往復式地彎曲振動。
28. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該控制模組包含一處理器及一通信元件，其中該處理器控制該通信元件、該氣體檢測模組之該傳感器、該第一致動器以及該微粒監測模組之該微粒傳感器之啟動，並對該傳感器及該微粒傳感器所偵測結果進行轉換成一監測數據，該監測數據由該通信元件發送連結該外部裝置儲存。
29. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該外部裝置係為一雲端系統、一可攜式裝置、一電腦系統等至少其中之一。
30. 如申請專利範圍第28項所述之氣體偵測裝置，其中該控制模組進一步包括一電池，以提供儲存電能、輸出電能，並能搭配外接一供電裝置來傳導該電能而接收該電能來儲存，使電能提供給該處理器，該處理器能提供給該氣體檢測模組及該微粒監測模組之電性及驅動訊號。

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