TWI696814B - 氣體偵測裝置 - Google Patents

Abstract

一種氣體偵測裝置，包含：一機殼本體，包含一套置容槽及一監測腔室，該套置容槽供行動裝置套置結合成一體；一氣體檢測模組，組設於該機殼本體之該監測腔室中，包含至少一傳感器及至少一致動器，該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；一控制模組，以控制該氣體檢測模組之驅動訊號而監測啟動運作，並將該氣體檢測模組之監測資料予以進行轉換成一監測數據儲存，並能傳送至該行動裝置顯示及上傳給外部裝置儲存。

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。

然而，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，具有可容置行動裝置的套置容槽及容置氣體檢測模組的監測腔室，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，不僅提升傳感器效率，又透過隔腔本體之隔室設計，將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，且即時將檢測結果透過連接埠傳輸至行動裝置上，達到可隨時、隨地偵測氣體的目的，又能具備快速準確的監測效果。

本案之一廣義實施態樣為一種氣體偵測裝置，包含：一機殼本體，包含一套置容槽及一監測腔室，該套置容槽供行動裝置套置結合成一體；一氣體檢測模組，組設於該機殼本體之該監測腔室中，包含至少一傳感器及至少一致動器，該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；一控制模組，以控制該氣體檢測模組之驅動訊號而監測啟動運作，並將該氣體檢測模組之監測資料予以進行轉換成一監測數據儲存，並能傳送至該行動裝置顯示及上傳給外部裝置儲存。

1:機殼本體

11:套置容槽

12:監測腔室

121:進氣口

122:出氣口

13:連接埠

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: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:控制模組

31:處理器

32:供電模組

4:行動裝置

5:外部裝置

6:供電裝置

A:氣流路徑

g:腔室間距

第1圖為本案氣體偵測裝置的示意圖。

第2圖為本案器體偵測裝置之剖面示意圖。

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圖為本案氣體檢測模組之致動器分解示意圖。

第4B圖為本案氣體檢測模組之致動器另一角度視得分解示意圖。

第5A圖為本案氣體檢測模組之致動器剖面示意圖。

第5B圖至第5D圖本案氣體檢測模組之致動器作動示意圖。

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第一實施例方塊圖。

第10圖為本案氣體偵測裝置之第二實施例方塊圖。

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1圖、第2圖及第10圖，本案提供一種氣體偵測裝置，包含至少一機殼本體1、至少一氣體檢測模組2及至少一控制模組3，為了避免贅述，以下實施例說明，其機殼本體1、氣體檢測模組2、控制模組3其數量一概使用一個作舉例說明，但不以此為限。機殼本體1具有一套置容槽11、一監測腔室12及一連接埠13，套置容槽11供一行動裝置4容設其中，使機殼本體1與可攜式行動裝置結合成一體，當行動裝置4容設 於套置容槽11內時，連接埠13供以與行動裝置4連接，使行動裝置4得以提供電能給氣體檢測模組2及控制模組3；氣體檢測模組2組設於機殼本體1之監測腔室12中，氣體檢測模組2用以將氣體汲取進入監測腔室12內，並對其進行檢測，而控制模組3則與氣體檢測模組2連接，以控制氣體檢測模組2之驅動訊號而監測啟動運作，並且將氣體檢測模組2之監測資料予以進行轉換成一監測數據儲存，並能傳送置行動裝置4顯示及上傳給外部裝置5儲存；此外，監測腔室12更設有一進氣口121及一出氣口122。

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、至少一傳感器23及至少一致動器24。於以下實施例中，傳感器23及致動器24其數量一概使用一個作舉例說明，但不以此為限，傳感器23及致動器24亦可為多個。其中隔腔本體21設置於監測腔室12之進氣口121下方，並由一隔片211區分內部形成一第一隔室212及一第二隔室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，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將會影響致動器24的傳輸效果，故維持一固定的腔室間距g對於致動器24提供穩定的傳輸效率是十分重要。本案之致動器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，使致動器24能夠連續將氣體自進氣孔241a進入，再由至少一間隙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，致動器24其另一實施方式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嵌設於機殼本體1之腔室內時，此機殼本體1在圖例中為方便說明氣體檢測模組2之氣體流動方向，特此將機殼本體1在圖例中予以透明化處理，以便說明，而機殼本體1的進氣口121對應於隔腔本體21的第一隔室212，機殼本體1之進氣口121與位於第一隔室212內的傳感器23兩者不直接對應，亦即進氣口121不直接位於傳感器23之上方，兩者相互錯位，如此透過致動器24的控制作動，讓第二隔室213內開始形成負壓，開始汲取機殼本體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，以偵測機殼本體1外的氣體品質，而致動器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；或，上述之傳感器23可為細菌傳感器、病毒傳感器或微生物傳感器之至少其中之一或其組合。

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。

又再請參閱第8圖及第9圖所示，本案之控制模組3包含一處理器31，處理器31連接氣體檢測模組2及連接埠13，使處理器31得以控制致動器24之啟動，並對傳感器23所偵測結果予以進行轉換成一監測數據儲存，並能傳送至行動裝置4來顯示，以及上傳給外部裝置5來儲存或顯示。外部裝置5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。其中可透過無線傳輸至外部裝置5，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對外傳輸。

請參閱第10圖，控制模組3進一步包括一供電模組32，以提供儲存電能、輸出電能，並能搭配外接一供電裝置6來傳導電能而接收電能來儲存，使電能提供給處理器31，使處理器31能提供給氣體檢測模組2之電性及驅動訊號。其中供電裝置6得以有線傳導方式或無線傳導方式輸送該電能給予供電模組32儲存，且供電模組32更包含至少一充電電池。此外，供電裝置6亦可以有線傳輸方式或無線傳輸方式接收、輸出電能。上述之外部裝置5可為一雲端系統、一可攜式裝置、一電腦系統等至少其中之一。

綜上所述，本案所提供之氣體偵測裝置，利用機殼本體容置行動裝置，再以連接埠使行動裝置與控制模組連接，使得氣體檢測模組可隨時監 測使用者周圍環境空氣品質，及時將空氣品質資訊傳遞至行動裝置上，得以達到隨時隨地的檢測空氣品質之目的，又不會增加使用者為了得知空氣品質，還需另行攜帶空氣品質感測器的負擔，此外，利用致動器得以快速、穩定地將氣體導入氣體檢測模組內，不僅提升傳感器效率，又透過隔腔本體之隔室設計，將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，最後，可於本案所提供之空體檢測裝置其機殼本體設置供電模組，供電模組可提供電力給氣體檢測模組以及行動裝置，來對行動裝置進行充電，減輕當下使用者出門需要攜帶多個電子產品的負擔。

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‧‧‧機殼本體

11‧‧‧套置容槽

12‧‧‧監測腔室

121‧‧‧進氣口

13‧‧‧連接埠

Claims (19)

1. 一種氣體偵測裝置，包含：一機殼本體，包含一套置容槽及一監測腔室，該套置容槽供一行動裝置可拆卸地套置於其中；一氣體檢測模組，組設於該機殼本體之該監測腔室中，包含至少一傳感器及至少一致動器，該至少一致動器控制氣體導入該氣體檢測模組內部，並經過該至少一傳感器進行監測；以及一控制模組，以控制該氣體檢測模組之驅動訊號而監測啟動運作，並將該氣體檢測模組之監測資料予以進行轉換成一監測數據儲存，並傳送至該行動裝置顯示及上傳給一外部裝置儲存。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該機殼本體設有一連接埠，供以連接該行動裝置，促使該行動裝置提供電能給該氣體檢測模組及該控制模組之電性。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該監測腔室設有一進氣口及一出氣口。
4. 如申請專利範圍第3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至少一傳感器，且該至少一傳感器穿伸入該開口置位於該第一隔室內，而該至少一致動器組設於該第二隔室中與該至少一傳感器隔絕，而該至少一致動器控制氣體由該進氣口導入，並透過該至少一傳感器進行監測，再經該隔腔本體之該出氣孔排出該監測腔室之外。
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 至少一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組合。
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至少一傳感器包含一揮發性有機物傳感器。
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至少一傳感器包含細菌傳感器、病毒傳感器或微生物傳感器之至少其中之一或其組合。
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至少一致動器為一微機電系統氣體泵浦。
9. 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至少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，該至少一匯流排孔對應該至少一進氣孔，且引導該至少一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。
10. 如申請專利範圍第9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。
11. 如申請專利範圍第9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。
12. 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有一供電模組，提供儲存電能、輸出電能，使電能得以提供給該氣體檢測模組之電性。
13. 如申請專利範圍第12項所述之氣體偵測裝置，其中該供電模組以有線傳輸接收儲存電能。
14. 如申請專利範圍第12項所述之氣體偵測裝置，其中該供電模組以有線傳輸之輸出電能。
15. 如申請專利範圍第12項所述之氣體偵測裝置，其中該供電模組以無線傳輸接收儲存電能。
16. 如申請專利範圍第12項所述之氣體偵測裝置，其中該供電模組以無線傳輸之輸出電能。
17. 如申請專利範圍第12項所述之氣體偵測裝置，其中該供電模組包含至少一充電電池，以儲存電能、輸出電能。
18. 如申請專利範圍第2項所述之氣體偵測裝置，其中該控制模組包含一處理器，以控制該氣體檢測模組之該至少一傳感器、該至少一致動器之驅 動訊號而啟動，並對該至少一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，該監測數據藉由該連接埠連結該行動裝置顯示及上傳給外部裝置儲存。
19. 如申請專利範圍第18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。

Images