TWI691712B - 可攜式懸浮微粒成份偵測裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明有關於一種可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其包含有一腔體，係具有一設置於腔體之一端的空氣入口端與一設置於腔體另一端的空氣出口端；一抽風機組，係設置於空氣出口端；一過濾組，係設置於腔體之內部，且過濾組具有一第一濾網、一第二濾網與一第三濾網；以及一光學式偵測裝置，係具有一雷射模組、一偵測模組、複數個電性連接雷射模組與偵測模組之光纖與一電性連接雷射模組與偵測模組之處理模組，其中複數個光纖設置於腔體內，並延伸至過濾組。
Description
本發明係有關於一種可攜式偵測系統，尤其係指一種能夠偵測空氣中懸浮微粒之組成成份的偵測系統，藉由光學式的偵測以及過濾的技術，偵測出粒徑不同的懸浮微粒之組成成份。
按，隨著工業、科技的發展，能源製造以及產品生產所帶來的副產物逐漸對地球環境造成影響，例如工廠排放的廢氣、廢水、廢料，讓環境累積了不少汙染物質，對自然環境、生態皆造成嚴重的影響，不僅影響到居住於大自然的動植物，近年來亦慢慢地影響到都市中居住的人民，大量的廢氣與煙霧讓空氣充滿對人體有害的汙染物質；這些分佈在空氣中的汙染物質，一般稱之為懸浮顆粒或懸浮微粒(particulate matter, PM)，且依照其粒徑，更可區分為懸浮微粒(PM10)與細懸浮微粒(PM2.5)，PM10之粒徑係小於或等於10 µm的懸浮微粒，PM2.5之粒徑小於或等於2.5 µm的懸浮微粒。
這些懸浮微粒除了來自於地表的塵土或是森林火災後的煙霧，PM2.5也能由硫和氮的氧化物轉化而成，能源製造中，化石燃料(煤、石油等)和垃圾的燃燒即會產生氮氧化物、二氧化硫與其他物質。於是，空氣品質的監測與改善，就成為現代各個國家相當重要的議題；中華民國專利公告號TW I603066「粒子感測裝置、以及具有粒子感測裝置的電子設備」揭露一種能感測PM10及PM2.5懸浮微粒之濃度的裝置，其利用柱狀陣列來篩選具有待檢測尺寸的懸浮微粒，當待檢測的懸浮微粒進入柱狀陣列的空隙時，懸浮微粒會使光束產生散射作用，未被散射的光束則被感光元件所吸收，根據感光元件所輸出的電流值，即可換算當前懸浮微粒的濃度。
另，中華民國專利公告號TW I596328「微粒子偵測器及篩選元件之製造方法」提供一種能偵測PM2.5懸浮微粒之濃度的裝置，其先由篩選元件的多個孔讓PM2.5懸浮微粒進入偵測區，於偵測區，利用震盪器附著有懸浮微粒時，震盪頻率會下降的特性，使震盪器所產生的震盪頻率能夠被換算成懸浮微粒的濃度。然而，上述前案專利，皆僅僅是針對懸浮微粒的濃度來進行偵測，並無法針對懸浮微粒的成份來進行及時分析，若無提供分析懸浮微粒之成份的技術，即不容易追溯到懸浮微粒的汙染源頭，如此就很難從根本去解決懸浮微粒產生的問題。爰此，如何提供一種能夠及時分析出懸浮微粒組成成份的裝置，即發明人所思及之方向。
今，發明人即是鑑於上述現有之懸浮微粒偵測系統於實際實施使用時仍具有多處缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。
本發明主要目的為提供一種可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其能夠吸入目前外界的空氣，過濾掉其他不需要的物質後，再以光學式的偵測技術去偵測出空氣中的懸浮微粒組成成份。
為了達到上述實施目的，本發明一種可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其包含有：一腔體，係具有一設置於腔體之一端的空氣入口端與一設置於腔體另一端的空氣出口端；一抽風機組，係設置於空氣出口端；一過濾組，係設置於腔體之內部，且過濾組具有一第一濾網、一第二濾網與一第三濾網；以及一光學式偵測裝置，係具有一雷射模組、複數個光纖、一偵測模組與一電性連接雷射模組與偵測模組之處理模組，其中複數個光纖係連接雷射模組與偵測模組，且設置於腔體內，並延伸至過濾組。
於本發明之一實施例中，抽風機組係包含有一電性連接處理模組之抽風泵浦與一電性連接抽風泵浦之風扇。
於本發明之一實施例中，過濾組之第一濾網為可拆卸式，且係設置於鄰近空氣入口端處，能過濾粒徑大於10 µm的微粒。
於本發明之一實施例中，過濾組之第二濾網為可拆卸式，且設置於第一濾網與第三濾網之間，能過濾屬於PM10的懸浮微粒。
於本發明之一實施例中，過濾組之第三濾網為可拆卸式，且設置於鄰近空氣出口端處，能過濾屬於PM2.5的懸浮微粒。
於本發明之一實施例中，光學式偵測裝置係使用拉曼光譜分析技術。
於本發明之一實施例中，雷射模組所發出之雷射光線為綠光、紅外光或遠紅外光其中之一。
於本發明之一實施例中，複數個光纖係延伸設置於腔體內的第二濾網與第三濾網之位置。
於本發明之一實施例中，偵測模組為感光耦合元件(CCD)或砷化鎵銦(InGaAs)光檢測器。
於本發明之一實施例中，處理模組係進一步電性連接一顯示面板。
本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。
請參閱第一圖，本發明一種可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其包含有：一腔體(1)，係具有一設置於腔體(1)之一端的空氣入口端(11)與一設置於腔體(1)另一端的空氣出口端(12)；一抽風機組(2)，係設置於空氣出口端(12)，其包含有一電性連接處理模組(45)之抽風泵浦與一電性連接抽風泵浦之風扇；一過濾組(3)，係設置於腔體(1)之內部，且過濾組(3)具有一第一濾網(31)、一第二濾網(32)與一第三濾網(33)，第一濾網(31)、第二濾網(32)與第三濾網(33)皆為可拆卸式，而第一濾網(31)設置於鄰近空氣入口端(11)處，能過濾粒徑大於10 µm的微粒，第二濾網(32)設置於第一濾網(31)與第三濾網(33)之間，能過濾屬於PM10的懸浮微粒，第三濾網(33)設置於鄰近空氣出口端(12)處，能過濾屬於PM2.5的懸浮微粒；以及一光學式偵測裝置(4)，係使用拉曼光譜分析技術，其具有一雷射模組(41)、複數個光纖(42)、一偵測模組(43)與一電性連接雷射模組(41)、偵測模組(43)、顯示面板(44)之處理模組(45)，其中，雷射模組(41)所發出之雷射光線(411)為綠光、紅外光或遠紅外光其中之一，偵測模組(43)為感光耦合元件(CCD)或砷化鎵銦(InGaAs)光檢測器，而複數個光纖(42)係連接雷射模組(41)與偵測模組(43)，且設置於腔體(1)內，並延伸至過濾組(3)之第二濾網(32)與第三濾網(33)的位置。
此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍。
請繼續參閱第一圖，本發明可攜式懸浮微粒成份偵測裝置主要由腔體(1)、抽風機組(2)、過濾組(3)以及光學式偵測裝置(4)所構成，腔體(1)之兩端分別設置了空氣入口端(11)與空氣出口端(12)，空氣入口端(11)與空氣出口端(12)以一流道連通，抽風機組(2)則架設在空氣出口端(12)的部分，而於腔體(1)內部之流道設置有過濾組(3)，其中由空氣入口端(11)到空氣出口端(12)，依序設置第一濾網(31)、第二濾網(32)與第三濾網(33)，最後使光學式偵測裝置(4)之複數個光纖(42)延伸設置於腔體(1)內的第二濾網(32)與第三濾網(33)之位置。
本發明實際操作時，係先由光學式偵測裝置(4)之處理模組(45)發送啟動訊號至抽風機組(2)的抽風泵浦，抽風泵浦開始作動時，即會帶動所連接的風扇轉動，如此，外界的空氣會開始從腔體(1)的空氣入口端(11)被吸入至腔體(1)內，如第二圖所示，空氣會依序經過過濾組(3)的第一濾網(31)、第二濾網(32)與第三濾網(33)，而三個濾網的孔徑也都不同，第一濾網(31)能過濾粒徑大於10 µm的微粒，而粒徑小於或等於10 µm的PM10懸浮微粒會持續到達第二濾網(32)，並被第二濾網(32)過濾，最後，粒徑小於或等於2.5 µm的PM2.5懸浮微粒通過第二濾網(32)後，即由第三濾網(33)來過濾，因此，濾網組之第一濾網(31)、第二濾網(32)與第三濾網(33)，分別會捕捉到三種粒徑不同的微粒或懸浮微粒；
同時，處理模組(45)會發送訊號給雷射模組(41)與偵測模組(43)，雷射模組(41)會發射一綠光、紅外光或遠紅外光之雷射光線(411)，此雷射光線(411)會被光纖(42)導引至設置於腔體(1)內的第二濾網(32)與第三濾網(33)之位置，並照射在被第二濾網(32)與第三濾網(33)捕捉的PM10懸浮微粒與PM2.5懸浮微粒，當雷射光線(411)照射到PM10懸浮微粒與PM2.5懸浮微粒時，係產生許多散射的雷射光線(411)，且該等散射雷射光線(411)會再由光纖(42)導引至偵測模組(43)，偵測模組(43)即接收一散射光訊號，並將此散射光訊號分析後製成一拉曼光譜圖，拉曼光譜圖上會顯示目前PM10懸浮微粒與PM2.5懸浮微粒的組成成份，再者，處理模組(45)係根據此拉曼光譜圖所判讀出的成份資訊，將其顯示於顯示面板(44)上，讓使用者得以透過數據表示的方式直接閱讀到成份資訊，例如本實施例即顯示空氣中的懸浮微粒含有20%的硝酸鹽(Nitrate)、60%的硫酸鹽(Sulfate)與10%的碳(Carbon)，剩餘的10%則為其他物質。
由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點:
1. 本發明可攜式懸浮微粒成份偵測裝置係設計於腔體內設置有三個濾網，讓空氣流通過此腔體內的流道，使PM10懸浮微粒與PM2.5懸浮微粒可分別被不同的濾網所捕捉，如此，本發明能夠分別偵測PM10懸浮微粒與PM2.5懸浮微粒的成份，使偵測之結果更為精確。
2. 本發明可攜式懸浮微粒成份偵測裝置將雷射光線照射在PM10懸浮微粒與PM2.5懸浮微粒上，並藉由接收到的散射光訊號去分析成一拉曼光譜圖，以提供一種能夠分析懸浮微粒之成份的裝置，根據及時分析結果，即可找出產生懸浮微粒的源頭，進而從根本解決汙染的問題。
綜上所述，本發明之可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。
(1):腔體
(11):空氣入口端
(12):空氣出口端
(2):抽風機組
(3):過濾組
(31):第一濾網
(32):第二濾網
(33):第三濾網
(4):光學式偵測裝置
(41):雷射模組
(411):雷射光線
(42):光纖
(43):偵測模組
(44):顯示面板
(45):處理模組
第一圖：本發明其較佳實施例之整體架構示意圖。
第二圖：本發明其較佳實施例之空氣流動示意圖。
(1):腔體
(11):空氣入口端
(12):空氣出口端
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(31):第一濾網
(32):第二濾網
(33):第三濾網
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(45):處理模組
Claims (9)
- 一種可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其包含有：一腔體，係具有一設置於該腔體之一端的空氣入口端、一設置於該腔體另一端的空氣出口端；一抽風機組，係設置於該空氣出口端；一過濾組，係設置於該腔體之內部，且該過濾組具有一第一濾網、一第二濾網與一第三濾網；以及一光學式偵測裝置，係使用拉曼光譜分析技術且具有一雷射模組、複數個光纖、一偵測模組與一電性連接該雷射模組與該偵測模組之處理模組，其中該複數個光纖係連接該雷射模組與該偵測模組，且設置於該腔體內，並延伸至該過濾組，且其中該偵測模組係接收並分析一散射光訊號，以製成一拉曼光譜圖。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該抽風機組係包含有一電性連接該處理模組之抽風泵浦與一電性連接該抽風泵浦之風扇。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該過濾組之第一濾網為可拆卸式，且係設置於鄰近該空氣入口端處，能過濾粒徑大於10μm的微粒。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該過濾組之第二濾網為可拆卸式，且設置於該第一濾網與該第三濾網之間，能過濾屬於PM10的懸浮微粒。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該過濾組之第三濾網為可拆卸式，且設置於鄰近該空氣出口端處，能過濾屬於PM2.5的懸浮微粒。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該雷射模組所發出之雷射光線為綠光、紅外光或遠紅外光其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該複數個光纖係延伸設置於該腔體內的該第二濾網與該第三濾網之位置。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該偵測模組為感光耦合元件(CCD)或砷化鎵銦(InGaAs)光檢測器。
- 如申請專利範圍第1項所述可攜式懸浮微粒成份偵測裝置，其中該處理模組係進一步電性連接一顯示面板。
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