TWI728870B - 微粒偵測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種微粒偵測裝置，包括：一撞擊器、一諧振器及一壓電致動器，該壓電致動器實施導氣輸送至該撞擊器內，讓裝置外氣體導入以該撞擊器篩選需求直徑微粒採集，並以該諧振器偵測出篩選需求直徑微粒之質量與濃度，能夠隨時隨地即時監測空氣品質。
Description
本案關於一種微粒偵測裝置，尤指一種方便攜帶能夠隨時隨地即時監測空氣品質的微粒偵測裝置。
現代人對於生活周遭之氣體品質之要求愈來愈重視，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，甚至於氣體中含有之微粒，都會在環境中暴露並影響人體健康，嚴重之甚至危害到生命。因此環境氣體品質好壞紛紛引起各國重視，目前如何監測去避免遠離，是當前急需重視之課題。
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，並可以為方便攜帶之微型裝置，能夠隨時隨地即時監測空氣品質，是本案所研發的主要課題。
本案之主要目的係提供一種微粒偵測裝置，藉由一撞擊器、一諧振器及一壓電致動器所構成一可攜式微型之微粒偵測裝置，並以壓電致動器實施導氣輸送至撞擊器內，讓裝置外氣體導入以撞擊器篩選需求直
徑微粒採集，並透過諧振器偵測出篩選需求直徑微粒之質量與濃度，能夠隨時隨地即時監測空氣品質，讓人體了解吸入氣體之氣體品質。
本案之一廣義實施態樣為一種微粒偵測裝置，包括：一撞擊器，包含有一箱體及一撞擊板，該箱體包含一篩選腔室、一空氣入口及一排出通孔，該篩選腔室設置在該箱體內部，連通該空氣入口及該排出通孔，以及該撞擊板設在該篩選腔室內，並對應到該空氣入口並保持一間隔距離，供以由該空氣入口導入一氣體中所含微粒撞擊而以不同直徑微粒進行分離篩選，促使篩選需求直徑微粒由該排出通孔導出採集；一諧振器，設置於該撞擊器之下密封接合，包含一採樣腔室及一驅動板、一壓電振動器及一微粒傳感器，其中該採樣腔室連通該撞擊器之該排出通孔，該驅動板架構於該採樣腔室內，其上具有至少一個通道氣孔，以及其上封裝該壓電振動器，而該微粒傳感器封裝於該壓電振動器上，且該微粒傳感器對應到該排出通孔並保持一間隔距離，促使該驅動板提供該壓電振動器之驅動電源及操作頻率，讓該壓電振動器產生諧振頻率變化，而該微粒傳感器之表面採集篩選需求直徑微粒沉降，以偵測出篩選需求直徑微粒之質量與濃度；一壓電致動器，置設於該諧振器之下密封接合，供以受驅動致動產生氣體導送，以對裝置外部該氣體由該空氣入口導入，經該撞擊器所篩選需求直徑微粒由該排出通孔導出，進入該諧振器內由該微粒傳感器採集，再通過該通道氣孔而被導送出裝置外。
1:撞擊器
11:箱體
111:篩選腔室
112:空氣入口
113:排出通孔
12:撞擊板
2:諧振器
21:採樣腔室
22:驅動板
221:通道氣孔
23:壓電振動器
24:微粒傳感器
3:壓電致動器
3A:微型泵
31A:進流板
311A:進流孔
312A:匯流排槽
313A:匯流腔室
32A:共振片
321A:中空孔
322A:可動部
323A:固定部
33A:壓電驅動件
331A:懸浮板
332A:外框
333A:支架
334A:壓電元件
335A:間隙
336A:凸部
34A:第一絕緣片
35A:導電片
36A:第二絕緣片
37A:腔室空間
3B:鼓風型微型泵
31B:噴氣孔片
311B:懸浮片
312B:中空孔洞
32B:腔體框架
33B:致動體
331B:壓電載板
332B:調整共振板
333B:壓電板
34B:絕緣框架
35B:導電框架
36B:共振腔室
37B:導氣組件承載座
38B:通氣空隙
39B:氣流腔室
3C:鼓風型微機電微型泵
31C:出氣基座
311C:壓縮腔室
312C:貫穿孔
32C:第一氧化層
33C:噴氣共振層
331C:進氣孔洞
332C:噴氣孔
333C:懸浮區段
34C:第二氧化層
341C:共振腔區段
35C:共振腔層
351C:共振腔
36C:第一壓電組件
361C:第一下電極層
362C:第一壓電層
363C:第一絕緣層
364C:第一上電極層
3D:微機電微型泵
31D:進氣基座
311D:進氣孔
32D:第三氧化層
321D:匯流通道
322D:匯流腔室
33D:共振層
331D:中心穿孔
332D:振動區段
333D:固定區段
34D:第四氧化層
341D:壓縮腔區段
35D:振動層
351D:致動區段
352D:外緣區段
353D:氣孔
36D:第二壓電組件
361D:第二下電極層
362D:第二壓電層
363D:第二絕緣層
364D:第二上電極層
第1圖為本案微粒偵測裝置外觀示意圖。
第2A圖為本案微粒偵測裝置以微型泵實施導氣操作之剖面示意圖。
第2B圖為本案微粒偵測裝置以鼓風型微型泵實施導氣操作之剖面示意圖。
第2C圖為本案微粒偵測裝置以鼓風型微機電微型泵實施導氣操作之剖面示意圖。
第2D圖為本案微粒偵測裝置以微機電微型泵實施導氣操作之剖面示意圖。
第3A圖為本案微粒偵測裝置之微型泵正面視得分解示意圖。
第3B圖為本案微粒偵測裝置之微型泵背面視得分解示意圖。
第4A圖為本案微粒偵測裝置之微型泵剖面示意圖。
第4B圖至第4D圖為第4A圖中微型泵實施導氣作動示意圖。
第5A圖為本案微粒偵測裝置之鼓風型微型泵正面視得分解示意圖。
第5B圖為本案微粒偵測裝置之鼓風型微型泵背面視得分解示意圖。
第6A圖為本案微粒偵測裝置之鼓風型微型泵剖面示意圖。
第6B圖至第6C圖為第6A圖中鼓風型微型泵實施導氣作動示意圖。
第7A圖為本案微粒偵測裝置之鼓風型微機電微型泵剖面示意圖。
第7B圖至第7C圖為第7A圖中鼓風型微機電微型泵實施導氣作動示意圖。
第8A圖為本案微粒偵測裝置之微機電微型泵剖面示意圖。
第8B圖至第8C圖為第8A圖中微機電微型泵實施導氣作動示意圖。
體現本案特徵與優點的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。
如第1圖、第2A圖至第2D圖所示，本案提供一種微粒偵測裝置，包括：一撞擊器1、一諧振器2、一壓電致動器3。其中撞擊器1包含有一箱體11及一撞擊板12，箱體11包含一篩選腔室111、一空氣入口112及一排出通孔113，而篩選腔室111設置在箱體11內部，連通空氣入口112及排出通孔113，以及撞擊板12設在篩選腔室111內，並對應到空氣入口112並保持一間隔距離，供以由空氣入口112導入一氣體中所含微粒撞擊而以不同直徑微粒進行分離篩選，促使篩選需求直徑微粒由排出通孔113導出採集；又，諧振器2設置於撞擊器1之下密封接合，包含一採樣腔室21及一驅動板22、一壓電振動器23及一微粒傳感器24，其中採樣腔室21連通撞擊器1之排出通孔113，而驅動板22架構於採樣腔室21內，且驅動板22上具有至少一個通道氣孔221，以及驅動板22上封裝壓電振動器23，而微粒傳感器24封裝於壓電振動器23上，且微粒傳感器24對應到排出通孔113並保持一間隔距離，促使驅動板22提供壓電振動器23之驅動電源及操作頻率，讓壓電振動器23產生諧振頻率變化，而微粒傳感器24之表面採集篩選需求直徑微粒沉降，如此微粒傳感器24可以藉由固有頻率變化與微粒之質量變化關聯，以偵測出篩選需求直徑微粒之質量與濃度，亦即壓電振動器23的諧振頻率變化與微粒之質量變化成正比，因此可藉由微粒傳感器24之表面採集篩選需求直徑微粒沉降，以偵測出篩選需求直徑微粒之質量與濃度；當然，撞擊器1及諧振器2內部腔室(篩選腔室111、採樣腔室21)之導氣引流可藉由壓電致動器3來實施實現，而壓電致動器3置設於諧振器2之下密封接合，當壓電致動器3受驅動致動時即可產生氣體導送，以對裝置外部之氣體由空氣入口112導入篩選腔室111內，再經撞擊器1所篩選需求直徑微粒由排出通孔113導出，進入諧振器2之採樣腔室21內，再由微粒傳感器24採集氣
體中所含微粒沉降，而此導入氣體並可通過驅動板22之通道氣孔221而被導送出裝置外。上述之壓電振動器23可為一石英晶片，但不以此為限；而微粒傳感器24為偵測出包含PM10、PM2.5或PM1之微粒，在氣體中所含微粒之質量與濃度。
上述之壓電致動器3可以是多種型態之微型氣體導送結構，如第2A圖所示之微型泵3A結構，如第2A圖所示之微型泵3A結構，如第2B圖所示之鼓風型微型泵3B結構，如第2C圖所示之鼓風型微機電微型泵3C結構，如第2D圖所示之微機電微型泵3D結構。至於，上述之微型泵3A、鼓風型微型泵3B、鼓風型微機電微型泵3C及微機電微型泵3D相關結構及實施導氣輸出操作，以下予以說明。
如第3A圖、第3B圖及第4A圖所示，上述之微型泵3A由一進流板31A、一共振片32A、一壓電驅動件33A、一第一絕緣片34A、一導電片35A及一第二絕緣片36A依序堆疊組成。上述之進流板31A具有至少一進流孔311A、至少一匯流排槽312A及一匯流腔室313A，進流孔311A供導入氣體，進流孔311A對應貫通匯流排槽312A，且匯流排槽312A匯流到匯流腔室313A，使進流孔311A所導入氣體得以匯流至匯流腔室313A中。於本實施例中，進流孔311A與匯流排槽312A之數量相同，進流孔311A與匯流排槽312A之數量分別為4個，並不以此為限，4個進流孔311A分別貫通4個匯流排槽312A，且4個匯流排槽312A匯流到匯流腔室313A；上述之共振片32A透過接合方式組接於進流板31A上，且共振片32A上具有一中空孔321A、一可動部322A及一固定部323A，中空孔321A位於共振片32A的中心處，並與進流板31A的匯流腔室313A對應，而可動部322A設置於中空孔321A的周圍且與匯流腔室313A相對的區域，而固定部323A設置於共振片32A的外周緣部分而貼固於進流板31A上；上述之壓電驅動件33A接合於
共振片32A上並與共振片32A相對應設置，包含有一懸浮板331A、一外框332A、至少一支架333A、一壓電元件334A，其中懸浮板331A為正方形型態可彎曲振動，外框332A環繞設置於懸浮板331A之外側，支架333A連接於懸浮板331A與外框332A之間，以提供彈性支撐懸浮板331A的支撐力，以及一壓電元件334A貼附於懸浮板331A之一表面上，用以施加電壓以驅動懸浮板331A彎曲振動，又懸浮板331A、外框332A與支架333A之間構成至少一間隙335A，用以供氣體通過，且懸浮板331A貼附壓電元件334A之表面的相對之另一表面為一凸部336A；如此進流板31A、共振片32A、壓電驅動件33A、第一絕緣片34A、導電片35A及第二絕緣片36A依序堆疊組合，而壓電驅動件33A之懸浮板331A與共振片32A之間需形成一腔室空間37A，腔室空間37A可利用於共振片32A及壓電驅動件33A之外框332A之間的間隙填充一材質形成，例如：導電膠，但不以此為限，以使共振片32A與懸浮板331A之間可維持一定深度形成腔室空間37A，進而可導引氣體更迅速地流動，且因懸浮板331A與共振片32A保持適當距離使彼此接觸干涉減少，促使噪音產生可被降低。
為了瞭解上述微型泵3A提供氣體傳輸之輸出作動方式，請繼續參閱第4B圖至第4D圖所示，請先參閱第4B圖，壓電驅動件33A的壓電元件334A被施加驅動電壓後產生形變帶動懸浮板331A向下位移，此時腔室空間37A的容積提升，於腔室空間37A內形成了負壓，便汲取匯流腔室313A內的氣體進入腔室空間37A內，同時共振片32A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313A的容積，且因匯流腔室313A內的氣體進入腔室空間37A的關係，造成匯流腔室313A內同樣為負壓狀態，進而通過進流孔311A及匯流排槽312A來吸取氣體進入匯流腔室313A內；請再參閱第4C圖，壓電元件334A帶動懸浮板331A向上位
移，壓縮腔室空間37A，同樣的，共振片32A被懸浮板331A因共振而向上位移，迫使同步推擠腔室空間37A內的氣體往下通過間隙335A向下傳輸，以達到傳輸氣體的效果；最後請參閱第4D圖，當懸浮板331A回復原位時，共振片32A仍因慣性而向下位移，此時的共振片32A將使壓縮腔室空間37A內的氣體向間隙335A移動，並且提升匯流腔室313A內的容積，讓氣體能夠持續地通過進流孔311A及匯流排槽312A來匯聚於匯流腔室313A內，透過不斷地重複上述第4B圖至第4D圖所示之微型泵3A提供氣體傳輸作動步驟，使微型泵3A能夠使氣體連續自進流孔311A進入進流板31A及共振片32A所構成流道產生壓力梯度，再由間隙335A向下傳輸，使氣體高速流動，達到微型泵3A傳輸氣體輸出的作動操作。
請參閱第5A圖及第5B圖所示，上述之鼓風型微型泵3B包含一噴氣孔片31B、一腔體框架32B、一致動體33B、一絕緣框架34B及一導電框架35B。其中噴氣孔片31B為可撓性之材料製作，包含一懸浮片311B、一中空孔洞312B，懸浮片311B為可彎曲振動，中空孔洞312B形成於懸浮片311B之中心位置，以供氣體流通；上述之腔體框架32B承載疊置於噴氣孔片31B上，致動體33B承載疊置於腔體框架32B上，包含一壓電載板331B、一調整共振板332B及一壓電板333B，壓電載板331B承載疊置於腔體框架32B上，調整共振板332B承載疊置於壓電載板331B上，以及壓電板333B承載疊置於調整共振板332B上，以接受電壓而驅動壓電載板331B及調整共振板332B產生往復式地彎曲振動，且調整共振板332B位於壓電板333B與壓電載板331B之間，作為兩者之間的緩衝物，可調整壓電載板331B的振動頻率，以及調整共振板332B厚度大於壓電載板331B厚度，且調整共振板332B厚度可變動，藉此調整致動體33B的振動頻率，又絕緣框架34B承載疊置於致動體33B上，導電框架35B
承載疊置於絕緣框架34B上，以及致動體33B與腔體框架32B、懸浮片311B之間定義一共振腔室36B，如此噴氣孔片31B、腔體框架32B、致動體33B、絕緣框架34B及導電框架35B依序對應堆疊，且噴氣孔片31B可以固設一導氣組件承載座37B內，促使鼓風型微型泵3B承置定位於導氣組件承載座37B內支撐定位，因此鼓風型微型泵3B在懸浮片311B及導氣組件承載座37B的內緣之間定義出一通氣空隙38B，以供氣體流通，以及噴氣孔片31B與導氣組件承載座37B之底面間形成一氣流腔室39B，氣流腔室39B透過噴氣孔片31B之中空孔洞312B，連通致動體33B、腔體框架32B及懸浮片311B之間的共振腔室36B，如此透過控制共振腔室36B中氣體之振動頻率，使其與懸浮片311B之振動頻率趨近於相同，可使共振腔室36B與懸浮片311B產生亥姆霍茲共振效應(Helmholtz resonance)，俾使氣體傳輸效率提高。
為了瞭解上述鼓風型微型泵3B提供氣體傳輸之輸出作動方式，請參閱第6B圖所示，當壓電板333B向遠離導氣組件承載座37B之底面移動時，壓電板333B帶動噴氣孔片31B之懸浮片311B以遠離導氣組件承載座37B之底面方向移動，使氣流腔室39B之容積急遽擴張，其內部壓力下降形成負壓，吸引鼓風型微型泵3B外部的氣體由通氣空隙38B流入，並經由中空孔洞312B進入共振腔室36B，使共振腔室36B內的氣壓增加而產生一壓力梯度；再如第6C圖所示，當壓電板333B帶動噴氣孔片31B之懸浮片311B朝向導氣組件承載座37B之底面移動時，共振腔室36B中的氣體經中空孔洞312B快速流出，擠壓氣流腔室39B內的氣體，並使匯聚後之氣體以接近白努利定律之理想氣體狀態快速且大量地噴出導入導氣組件承載座37B底部。是以，透過重複第6B圖及第6C圖的動作後，得以壓電板333B往復式地振動，依據慣性原理，排氣後共振腔室36B
內部氣壓低於平衡氣壓會導引氣體再次進入共振腔室36B中，如此控制共振腔室36B中氣體之振動頻率與壓電板333B之振動頻率趨近於相同，以產生亥姆霍茲共振效應，俾實現氣體高速且大量的傳輸。
請參閱第7A圖、第7B圖至第7C圖所示，上述之鼓風型微機電微型泵3C包含一出氣基座31C、一第一氧化層32C、一噴氣共振層33C、一第二氧化層34C、一共振腔層35C及一第一壓電組件36C，皆以半導體製程製出。本實施例半導體製程包含蝕刻製程及沉積製程。蝕刻製程可為一濕式蝕刻製程、一乾式蝕刻製程或兩者之組合，但不以此為限。沉積製程可為一物理氣相沉積製程(PVD)、一化學氣相沉積製程(CVD)或兩者之組合。以下說明就不再予以贅述。
上述之出氣基座31C，以一矽基材蝕刻製程製出一壓縮腔室311C及一貫穿孔312C；上述之第一氧化層32C以沉積製程生成疊加於出氣基座31C上，並對應壓縮腔室311C部分予以蝕刻去除；上述之噴氣共振層33C以一矽基材沉積製程生成疊加於第一氧化層32C，並對應壓縮腔室311C部分蝕刻去除形成複數個進氣孔洞331C，以及在對應壓縮腔室311C中心部分蝕刻去除形成一噴氣孔332C，促使進氣孔洞331C與噴氣孔332C之間形成可位移振動之懸浮區段333C；上述之第二氧化層34C以沉積製程生成疊加於噴氣共振層33C之懸浮區段333C上，並部分蝕刻去除形成一共振腔區段341C，並與噴氣孔332C連通；上述之共振腔層35C以一矽基材蝕刻製程製出一共振腔351C，並對應接合疊加於第二氧化層34C上，促使共振腔351C對應到第二氧化層34C之共振腔區段341C；上述之第一壓電組件36C以沉積製程生成疊加於共振腔層35C上，包含有一第一下電極層361C、一第一壓電層362C、一第一絕緣層363C及一第一上電極層364C，其中第一下電極層361C以沉積製程生成疊加於共振腔
層35C上，再以第一壓電層362C以沉積製程生成疊加於第一下電極層361C之部分表面上，而第一絕緣層363C以沉積製程生成疊加於第一壓電層362C之部分表面，而第一上電極層364C以沉積製程生成疊加於第一絕緣層363C之表面上及第一壓電層362C未設有第一絕緣層363C之表面上，用以與第一壓電層362C電性連接。
為了瞭解上述鼓風型微機電微型泵3C提供氣體傳輸之輸出作動方式，如第7B圖至第7C圖所示，透過驅動第一壓電組件36C帶動噴氣共振層33C產生共振，促使噴氣共振層33C之懸浮區段333C產生往復式地振動位移，得以吸引氣體通過複數個進氣孔洞331C進入壓縮腔室311C，並通過噴氣孔332C再導入共振腔351C，透過控制共振腔351C中氣體之振動頻率，使其與懸浮區段333C之振動頻率趨近於相同，可使共振腔351C與懸浮區段333C產生亥姆霍茲共振效應(Helmholtz resonance)，再由共振腔351C排出集中氣體導入壓縮腔室311C，並經過貫穿孔312C形成高壓排出，實現氣體高壓傳輸，並能提高氣體傳輸效率。
又如第8A圖、第8B圖及第8C圖，上述之微機電微型泵3D包含一進氣基座31D、一第三氧化層32D、一共振層33D、一第四氧化層34D、一振動層35D及一第二壓電組件36D，皆以半導體製程製出。本實施例半導體製程包含蝕刻製程及沉積製程。蝕刻製程可為一濕式蝕刻製程、一乾式蝕刻製程或兩者之組合，但不以此為限。沉積製程可為一物理氣相沉積製程(PVD)、一化學氣相沉積製程(CVD)或兩者之組合。以下說明就不再予以贅述。
上述之進氣基座31D以一矽基材蝕刻製程製出至少一進氣孔311D；上述之第三氧化層32D以沉積製程生成疊加於進氣基座31D上，並以蝕刻製程製出複數個匯流通道321D以及一匯流腔室322D，複數個匯流通道
321D連通匯流腔室322D及進氣基座31D之進氣孔311D之間；上述之共振層33D以一矽基材沉積製程生成疊加於第三氧化層32D上，並以蝕刻製程製出一中心穿孔331D、一振動區段332D及一固定區段333D，其中中心穿孔331D形成位於共振層33D之中心，振動區段332D形成位於中心穿孔331D之周邊區域，固定區段333D形成位於共振層33D之周緣區域；上述之第四氧化層34D以沉積製程生成疊加於共振層33D上，並部分蝕刻去除形成一壓縮腔區段341D；上述之振動層35D以一矽基材沉積製程生成疊加於第四氧化層34D，並以蝕刻製程製出一致動區段351D、一外緣區段352D以及複數個氣孔353D，其中致動區段351D形成位於中心部分，外緣區段352D形成環繞於致動區段351D之外圍，複數個氣孔353D分別形成於致動區段351D與外緣區段352D之間，又振動層35D與第四氧化層34D之壓縮腔區段341D定義出一壓縮腔室311C；以及上述之第二壓電組件36D以沉積製程生成疊加於振動層35D之致動區段351D上，包含一第二下電極層361D、一第二壓電層362D、一第二絕緣層363D及一第二上電極層364D，其中第二下電極層361D以沉積製程生成疊加於振動層35D之致動區段351D上，第二壓電層362D以沉積製程生成疊加於第二下電極層361D之部分表面上，第二絕緣層363D以沉積製程生成疊加於第二壓電層362D之部分表面，而第二上電極層364D以沉積製程生成疊加於第二絕緣層363D之表面上及第二壓電層362D未設有第二絕緣層363D之表面上，用以與第二壓電層362D電性連接。
為了瞭解上述微機電微型泵3D提供氣體傳輸之輸出作動方式，如第8B圖至第8C圖所示，透過驅動第二壓電組件36D帶動振動層35D及共振層33D產生共振位移，導入氣體由進氣孔311D進入，經匯流通道321D匯集至匯流腔室322D中，通過共振層33D之中心穿孔331D，再由
振動層35D之複數個氣孔353D排出，實現該氣體之大流量傳輸流動。
綜上所述，本案所提供一種微粒偵測裝置，藉由一撞擊器、一諧振器及一壓電致動器所構成一可攜式微型之微粒偵測裝置，並以壓電致動器實施導氣輸送至撞擊器內，讓裝置外氣體導入以撞擊器篩選需求直徑微粒採集，並諧振器偵測出篩選需求直徑微粒之質量與濃度，能夠隨時隨地即時監測空氣品質，讓人體了解吸入氣體之空氣品質，極具產業利用性及進步性。
1:撞擊器
11:箱體
112:空氣入口
2:諧振器
22:驅動板
3:壓電致動器
Claims (8)
- 一種微粒偵測裝置，包括：一撞擊器，包含有一箱體及一撞擊板，該箱體包含一篩選腔室、一空氣入口及一排出通孔，該篩選腔室設置在該箱體內部，連通該空氣入口及該排出通孔，以及該撞擊板設在該篩選腔室內，並對應到該空氣入口並保持一間隔距離，供以由該空氣入口導入一氣體中所含微粒撞擊而以不同直徑微粒進行分離篩選，促使篩選需求直徑微粒由該排出通孔導出採集；一諧振器，設置於該撞擊器之下密封接合，包含一採樣腔室及一驅動板、一壓電振動器及一微粒傳感器，其中該採樣腔室連通該撞擊器之該排出通孔，該驅動板架構於該採樣腔室內，其上具有至少一個通道氣孔，以及其上封裝該壓電振動器，而該微粒傳感器封裝於該壓電振動器上，且該微粒傳感器對應到該排出通孔並保持一間隔距離，促使該驅動板提供該壓電振動器之驅動電源及操作頻率，讓該壓電振動器產生諧振頻率變化，而該微粒傳感器之表面採集篩選需求直徑微粒沉降，以偵測出篩選需求直徑微粒之質量與濃度；一壓電致動器，置設於該諧振器之下密封接合，供以受驅動致動產生氣體導送，以對裝置外部該氣體由該空氣入口導入，經該撞擊器所篩選需求直徑微粒由該排出通孔導出，進入該諧振器內由該微粒傳感器採集，再通過該通道氣孔而被導送出裝置外。
- 如請求項1所述之微粒偵測裝置，其中該壓電致動器為一微型泵，該微型泵包含：一進流板，具有至少一進流孔、至少一匯流排槽及一匯流腔室，其中該進流孔供導入該氣體，該進流孔對應貫通該匯流排槽，且該匯流排槽匯流到該匯流腔室，使該進流孔所導入該氣體得以匯流至 該匯流腔室中；一共振片，接合於該進流板上，具有一中空孔、一可動部及一固定部，該中空孔位於該共振片中心處，並與該進流板的該匯流腔室對應，而該可動部設置於該中空孔周圍且與該匯流腔室相對的區域，而該固定部設置於該共振片的外周緣部分而貼固於該進流板上；以及一壓電驅動件，接合於該共振片上並與該共振片相對應設置，包含一懸浮板、一外框、至少一支架及一壓電元件，其中該懸浮板為正方形型態可彎曲振動，該外框環繞設置於該懸浮板之外側，該支架連接於該懸浮板與該外框之間，提供該懸浮板彈性支撐，以及該壓電元件貼附於該懸浮板之一表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動；其中，該共振片與該壓電驅動件之間具有一腔室空間，以使該壓電驅動件受驅動時，使該氣體由該進流板之該進流孔導入，經該匯流排槽匯集至該匯流腔室中，再流經該共振片之該中空孔，由該壓電驅動件與該共振片之該可動部產生共振傳輸該氣體。
- 如請求項2所述之微粒偵測裝置，其中該微型泵進一步包含一第一絕緣片、一導電片及一第二絕緣片，其中該進流板、該共振片、該壓電驅動件、該第一絕緣片、該導電片及該第二絕緣片依序堆疊結合設置。
- 如請求項1所述之微粒偵測裝置，其中該壓電致動器為一鼓風型微型泵，該鼓風型微型泵固設一導氣組件承載座內，該鼓風型微型泵包含：一噴氣孔片，固設該導氣組件承載座內，包含一懸浮片及一中空孔洞，該懸浮片可彎曲振動，而該中空孔洞形成於該懸浮片之中 心位置；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，包含一壓電載板、一調整共振板及一壓電板，該壓電載板承載疊置於該腔體框架上，該調整共振板承載疊置於該壓電載板上，以及該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；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，該噴氣孔片固設於該導氣組件承載座內支撐定位，促使該噴氣孔片與該導氣組件承載座之內緣間定義出一通氣空隙環繞，供該氣體流通，且該噴氣孔片與該導氣組件承載區底部間形成一氣流腔室，而該致動體、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，以吸引該氣體通過該通氣空隙進入該氣流腔室再排出，實現該氣體之傳輸流動。
- 如請求項1所述之微粒偵測裝置，其中該壓電致動器為一鼓風型微機電微型泵，該鼓風型微機電微型泵包含：一出氣基座，以一矽基材蝕刻製程製出一壓縮腔室及一貫穿孔；一第一氧化層，以沉積製程生成疊加於該出氣基座上，並對應該壓縮腔室部分予以蝕刻去除；一噴氣共振層，以一矽基材沉積製程生成疊加於該第一氧化層，並對應該壓縮腔室部分蝕刻去除形成複數個進氣孔洞，以及對應該壓縮腔室中心部分蝕刻去除形成一噴氣孔，促使該進氣孔洞與該噴 氣孔之間形成可位移振動之一懸浮區段；一第二氧化層，以沉積製程生成疊加於該噴氣共振層之該懸浮區段上，並部分蝕刻去除形成一共振腔區段，並與該噴氣孔連通；一共振腔層，以一矽基材蝕刻製程製出一共振腔，並對應接合疊加於該第二氧化層上，促使該共振腔對應到該第二氧化層之該共振腔區段；一第一壓電組件，以沉積製程生成疊加於該共振腔層上，包含有一第一下電極層、一第一壓電層、一第一絕緣層及一第一上電極層，其中該第一下電極層以沉積製程生成疊加於該共振腔層上，該第一壓電層以沉積製程生成疊加於該第一下電極層之部分表面上，該第一絕緣層以沉積製程生成疊加於該第一壓電層之部分表面，該第一上電極層以沉積製程生成疊加於該第一絕緣層之表面上及該第一壓電層未設有該第一絕緣層之表面上，用以與該第一壓電層電性連接；其中，透過驅動該第一壓電組件帶動該噴氣共振層產生共振，促使該噴氣共振層之該懸浮區段產生往復式地振動位移，以吸引該氣體通過該複數個進氣孔洞進入該壓縮腔室，並通過該噴氣孔再導入該共振腔，再由該共振腔排出集中該氣體導入該壓縮腔室，並經過該貫穿孔形成高壓排出，實現該氣體之傳輸流動。
- 如請求項1所述之微粒偵測裝置，其中該壓電致動器為一微機電微型泵，該微機電微型泵包含：一進氣基座，以一矽基材蝕刻製程製出至少一進氣孔；一第三氧化層，以沉積製程生成疊加於該進氣基座上，並以蝕刻製程製出複數個匯流通道以及一匯流腔室，複數個該匯流通道連通該匯流腔室及該進氣基座之該進氣孔之間； 一共振層，以一矽基材沉積製程生成疊加於該第三氧化層上，並以蝕刻製程製出一中心穿孔、一振動區段及一固定區段，其中該中心穿孔形成位於該共振層之中心，該振動區段形成位於該中心穿孔之周邊區域，該固定區段形成位於該共振層之周緣區域；一第四氧化層，以沉積製程生成疊加於該共振層上，並部分蝕刻去除形成一壓縮腔區段；一振動層，以一矽基材沉積製程生成疊加於該第四氧化層，並以蝕刻製程製出一致動區段、一外緣區段以及複數個氣孔，其中該致動區段形成位於中心部分，該外緣區段形成環繞於該致動區段之外圍，複數個該氣孔分別形成於該致動區段與該外緣區段之間，又該振動層與該第四氧化層之該壓縮腔區段定義出一壓縮腔室；以及一第二壓電組件，以沉積製程生成疊加於該振動層之該致動區段上，包含有一第二下電極層、一第二壓電層、一第二絕緣層及一第二上電極層，其中該第二下電極層以沉積製程生成疊加於該振動層之該致動區段上，該第二壓電層以沉積製程生成疊加於該第二下電極層之部分表面上，該第二絕緣層以沉積製程生成疊加於該第二壓電層之部分表面，該第二上電極層以沉積製程生成疊加於該第二絕緣層之表面上及該第二壓電層未設有該第二絕緣層之表面上，用以與該第二壓電層電性連接；其中，透過驅動該第二壓電組件帶動該振動層及該共振層產生共振位移，導入該氣體由該進氣孔進入，經該匯流通道匯集至該匯流腔室中，通過該振動層之該中心穿孔，再由該振動層之複數個該氣孔排出，實現該氣體之傳輸流動。
- 如請求項1所述之微粒偵測裝置，其中該壓電振動器為一石英晶片。
- 如請求項1所述之微粒偵測裝置，其中該微粒傳感器為偵測出包含PM10、PM2.5或PM1之微粒，在氣體中所含微粒之質量與濃度。
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| CN113959789B (zh) * | 2020-07-20 | 2024-05-10 | 研能科技股份有限公司 | 微粒检测装置 |
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| Publication number | Publication date |
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| US11530969B2 (en) | 2022-12-20 |
| US20220018752A1 (en) | 2022-01-20 |
| TW202204871A (zh) | 2022-02-01 |
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