TWM558353U

TWM558353U - 氣體檢測裝置

Info

Publication number: TWM558353U
Application number: TW107200635U
Authority: TW
Inventors: Hao-Jan Mou; Shih-Chang Chen; Yung-Lung Han; Chi-Feng Huang; Wei-Ming Lee; Chang-Yen Tsai
Original assignee: Microjet Technology Co Ltd
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2018-04-11

Abstract

一種氣體檢測裝置，包含:殼體，具有至少一進氣口及一出氣口；光機構，設於殼體內，具有連通進氣口及出氣口的氣體流道及橫跨連通該氣體流道光束通道；氣體傳輸致動器，架構於光機構；雷射模組，架構於光機構內；光感測器，設置於該光機構內；氣體感測器，設置於殼體內；其中，啟動氣體傳輸致動器、雷射模組、光感測器及氣體感測器，由進氣口導入空氣，由氣體感測器檢測空氣中特定監測氣體之含量，再進入氣體流道中，而氣體流道中空氣會受由通過光束通道的之光束照射並產生光點，光感測器接收光點，用以計算空氣中懸浮微粒大小及濃度。

Description

氣體檢測裝置

本案關於一種氣體檢測裝置，尤指一種具有氣體傳輸致動器以導氣之氣體檢測裝置。

近年來，我國與鄰近區域的空氣汙染問題漸趨嚴重，尤其是細懸浮微粒(例如：PM 2.5或PM10)之濃度數據常常過高，空氣懸浮微粒濃度之監測漸受重視，但由於空氣會隨風向、風量不定量的流動，而目前檢測懸浮微粒的空氣品質監測站大都為定點，所以根本無法確認當下周遭的懸浮微粒濃度，因此需要一個微型方便攜帶的氣體偵測裝置來供使用者可無時無刻、隨時隨地的檢測周遭的懸浮微粒濃度。

此外，目前的氣體偵測裝置往往僅能夠對單一氣體做檢測，但除了懸浮微粒之外，日常生活中尚有許多對人體有害的氣體，若是無法及時檢測也會對人體的健康造成影響。

本案之主要目的係提供一種氣體檢測裝置，能夠檢測空氣中所含有懸浮微粒之濃度，及其他氣體濃度，提供使用者及時且準確的氣體資訊。

本案之一廣義實施態樣中，一種氣體檢測裝置，包含:一殼體，具有至少一進氣口及一出氣口；一光機構，設於該殼體內，具有一氣體流道及一光束通道，該氣流通道連通該進氣口及該出氣口，該光束通道橫跨連通該氣體流道；一氣體傳輸致動器，架構於該光機構，供以受致動而導引空氣由該進氣口導入該氣體流道中；一雷射模組，架構於該光機構內，以對該光束通道發射一光束照射於該氣體流道中；一光感測器，設置於該光機構的該氣體流道內，並位於該光束通道下方位置，以偵測該雷射模組所發射的該光束照射該氣體流道中空氣之懸浮微粒所產生之多個光點，藉此監測計算該氣體流道中空氣所包含之懸浮微粒大小與懸浮微粒濃度；以及一氣體感測器，設置於該殼體內，以對由該進氣口導入之空氣中感測出特定監測氣體之含量；其中，啟動該氣體傳輸致動器、該雷射模組及該光感測器，使空氣由該進氣口導入，再由該氣體傳輸致動器傳輸至該氣體流道中，並由該出氣口導出於該殼體之外，該氣體流道中的空氣會受由通過該光束通道的之該光束照射並產生該複數個光點，而由該光感測器接收該複數個光點，用以計算該氣體流道內之空氣中懸浮微粒大小及濃度。

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。

本案提供一種氣體檢測裝置，用以檢測空氣中所含有之懸浮微粒濃度及氣體資訊。請參閱第1圖，其為本案之一較佳實施例之氣體檢測裝置之結構示意圖。於本案實施例中，氣體檢測裝置100包含一殼體1、一光機構2、一氣體傳輸致動器3、一雷射模組4、一光感測器5及一氣體感測器6；殼體1具有一進氣口11及一出氣口12；光機構2設置於殼體1內，並具有一氣體流道21、一光束通道22、一容置槽23及一光源設置槽24，氣體流道21連通於進氣口11及出氣口12，而光束通道22橫跨連通氣體流道21，並與光源設置槽24鄰接且相通，而容置槽23設置於氣流通道21的一端，並於進氣口11連通；氣體傳輸致動器3架構於光機構2的容置槽23內，當氣體傳輸致動器3致動後，導引空氣由進氣口11導入氣體流道21中；雷射模組4架構於光機構2的光源設置槽24內，用以發射光束進入光束通道22；光感測器5架設於光機構2的氣體流道21，並位於光束通道22下方，當雷射模組4所發射之雷射光束照射至氣體流道21內，並且照射氣體通道21內的空氣，而空氣中的懸浮粒受到光束照射後產生了散射現象，此時位於光束通道22下方的光感測器5則感測接收了導送空氣中懸浮粒被照射產生之光點，以計算出空氣中的懸浮粒的大小及濃度，其中，該懸浮粒可為PM2.5懸浮微粒或是PM10懸浮微粒；氣體感測器6設置殼體1內並鄰近於殼體2的進氣口21，使空氣由進氣口21進入後能夠立即檢測空氣中所包含之一特定監測氣體之濃度，其中，氣體感測器6可為一氧氣感測器、一一氧化碳感測器、一二氧化碳感測器之其中之一或其組合，氣體感測器6亦可為一揮發性有機物感測器，或氣體感測器6也可以是細菌感測器、病毒感測器及微生物感測器其中之一或其組合。

請同時參閱第2圖及第5A圖，氣體傳輸致動器3包含有依序堆疊之噴氣孔片31、腔體框架32、致動器33、絕緣框架34及導電框架35；噴氣孔片31包含了複數個支架31a、一懸浮片31b及一中空孔洞31c，懸浮片31b可彎曲振動，複數個支架31a鄰接於懸浮片31b的周緣，本實施例中，支架31a其數量為4個，分別鄰接於懸浮片31b的4個角落，但不此以為限，而中空孔洞31c形成於懸浮片31b的中心位置；腔體框架32承載疊置於懸浮片31b上，致動器33承載疊置於腔體框架32上，並包含了一壓電載板33a、一調整共振板33b、一壓電片33c，其中，壓電載板33a承載疊置於腔體框架32上，調整共振板33b承載疊置於壓電載板33a上，壓電板33c承載疊置於調整共振板33b，供施加電壓後發生形變以帶動壓電載板33a及調整共振板223b進行往復式彎曲振動；絕緣框架34則是承載疊置於致動器33之壓電載板33a上，導電框架35承載疊置於絕緣框架34上，其中，致動器33、腔體框架34及該懸浮片31b之間形成一共振腔室36，其中，調整共振板33b的厚度大於壓電載板33a的厚度。

請繼續參閱第2圖、第3圖及第5A圖，噴氣孔片31的複數個支架31a分別具有一固定部31d及一連接部31e，連接部31e的一端連接懸浮片31b，另一端鄰接固定部31d，而光機構2的容置槽23具有一底面23a及一側壁部23b，並於容置槽23的週邊設有複數個固定槽25，供支架31a的固定部31d容設其中，且固定部31d與固定槽25的形狀相互批配，於本實施例中，固定部31d為L型，固定槽25為L型凹槽，噴氣孔片31透過複數個支架31a容設於容置槽23內並與容置槽23的底面23a間隔設置，令懸浮片31b與容置槽23的底面23a之間形成一氣流腔室26，其中，懸浮片31b、複數個支架31a、容置槽23的側壁部23b之間形成複數個空隙27。此外，壓電載板33a更具有一第一導電接腳33d，第一導電接腳33d自壓電載板33a的周緣向外延伸形成，而導電框架35亦具有一第二導電接腳35a及一電極部35b，第二導電接腳35a自導電框架35的外周緣向外延伸形成，電極部35b由導電框架35的內周緣向內延伸形成，令氣體傳輸致動器3的元件依序堆疊後，能與壓電片33c電連接，使得第一導電接腳33d與第二導電接腳35a接收驅動訊號後能夠順利形成迴路，此外，光機構2的容置槽23周緣更包含有兩開口部28，兩開口部28分別供該第一導電接腳33d與第二導電接腳35a設置其中，用以接收驅動訊號。

請參閱第5A圖至第5C圖，請先參閱第5A圖，氣體傳輸致動器3架構於光機構21的容置槽23示意圖，噴氣孔片31與容置槽23的底面23a間隔設置，並於兩者之間形成氣流腔室26；請再參閱第5B圖，當施加電壓於致動器33之壓電板33c時，壓電板33c因壓電效應開始產生形變並同部帶動調整共振板33b與壓電載板33a，此時，噴氣孔片31會因亥姆霍茲共振（Helmholtz resonance）原理一起被帶動，使得致動器33向上移動，由於致動器33向上位移，使得噴氣孔片31與容置槽23的底面23a之間的氣流腔室26的容積增加，其內部氣壓形成負壓，於氣體傳輸致動器3外的空氣將因為壓力梯度由噴氣孔片31的支架31a與容置槽23的側壁部23b之間的空隙27進入氣流腔室26並進行集壓；最後請審閱第5C圖，氣體不斷地進入氣流腔室26內，使氣流腔室26內的氣壓形成正壓，此時，致動器33受電壓驅動向下移動，將壓縮氣流腔室26的容積，並且推擠氣流腔室26內空氣，使空氣進入氣流通道21內，提供氣體給光感測器5檢測氣體內的懸浮微粒濃度。

上述之氣體檢測裝置100之檢測過程中或者在一預設時間點，控制啟動氣體傳輸致動器3作動，外部氣體由進氣口11導入，並透過氣輸傳輸致動器3得以高速導引噴出氣體於氣體流道21中流動，藉此對光感測器5表面所沾附之懸浮微粒進行噴出清潔，得以常態維持光感測器5之精準度。上述之預設時間點可為每次進行空氣檢測作業之前，或為具有固定時間間隔的複數個預設時間點 (例如：每三分鐘自動進行一次清潔)，亦可受使用者手動操作控制，或為利用軟體根據即時監測數值計算而動態決定，不以此處舉例為限。

請參閱第1圖及第6圖所示，氣體檢測裝置100更包含了一電池模組7，提供能量、輸出能量，用以提供氣體傳輸致動器3、雷射模組4、光感測器5及氣體感測器6作動之能量，此外，電池模組7能外接一供電裝置200，接收供電裝置200的能量並儲存，而供電裝置200能夠以有線傳導方式輸送能量，亦可透過無線傳導方式傳送能量至電池模組7，並不以此為限。

請繼續參閱第1圖及第6圖，氣體檢測裝置100更進一步包含有一通信模組8及一處理器9，處理器9電連接電池模組7、通信模組8、氣體傳輸致動器3、雷射模組4、光感測器5及氣體感測器6，用來控制氣體傳輸致動器3、雷射模組4、光感測器5及氣體感測器6之啟動，並分別對光感測器5及氣體感測器6所檢測的結果作分析運算及儲存，當處理器9啟動氣體傳輸致動器3時，開始汲取氣體由進氣口11進入光機構2的氣體流道21中，此時，鄰近於進氣口11的氣體感測器6便會開始檢測自進氣口11進入的空氣，並將檢測結果傳輸給處理器9，而進入氣體流道21中的氣體受雷射模組4所投射通過光束通道22之光束照射，當光束打在空氣中的懸浮微粒時，將會產生多個光點，光感測器5接收該複數個光點並將偵測結果傳送至處理器9，處理器9依據光點的數量、強度計算出空氣所含有的懸浮微粒大小、濃度，據以產生一監測數值作儲存，處理器9所儲存監測數值得由通信模組8發送至一外部連結裝置300，外部連結裝置300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，以顯示監測數值及通報警示。

又，處理器9接收氣體感測器6的檢測結果，並計算出空氣中具有的特定氣體監測物之含量，據以分析產生監測數值作儲存，處理器9所儲存監測數值得由通信模組8發送至一外部連結裝置300，以顯示監測數值及通報警示。

此外，上述之通信模組8可透過有線傳輸或無線傳輸至外部裝置，有線傳輸方式如下，例如：USB、mini-USB、micro-USB等其中之一的有線傳輸模組，或是無線傳輸方式如下，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傳輸模組。

綜上所述，本案所提供之氣體檢測裝置，分別具有氣體感測器及光感測器，利用氣體傳輸致動器將空氣由氣體檢測裝置外部開始汲取空氣由進氣口進入，通過氣體感測器檢測自進氣口進入而流向氣體流道的空氣中所含有之特定氣體監測物之含量，再將空氣輸送至氣體流道，經由雷射模組投射光束來照射到氣體中的懸浮微粒，光束打在懸浮微粒後會產生多個光點，光感測器則是接收該複數個光點，透過該複數個光點的數量、強度來計算空氣中懸浮微粒PM2.5或PM10的濃度，令本案的氣體檢測裝置能夠同時檢測空氣中的氣體含量及懸浮微粒濃度；此外，可使用氣體傳輸致動器對光感測器作吹氣清潔的動作，避免過多的懸浮微粒沉積於光感測器上，造成檢測失準的問題。

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。

100‧‧‧氣體檢測裝置
1‧‧‧殼體
11‧‧‧進氣口
12‧‧‧出氣口
2‧‧‧光機構
21‧‧‧氣體流道
22‧‧‧光束通道
23‧‧‧容置槽
23a‧‧‧底面
23b‧‧‧側壁部
24‧‧‧光源設置槽
25‧‧‧固定槽
26‧‧‧氣流腔室
27‧‧‧空隙
28‧‧‧開口部
3‧‧‧氣體傳輸致動器
31‧‧‧噴氣孔片
31a‧‧‧支架
31b‧‧‧懸浮片
31c‧‧‧中空孔洞
31d‧‧‧固定部
31e‧‧‧連接部
32‧‧‧腔體框架
33‧‧‧致動器
33a‧‧‧壓電載板
33b‧‧‧調整共振板
33c‧‧‧壓電片
33d‧‧‧第一導電接腳
34‧‧‧絕緣框架
35‧‧‧導電框架
35a‧‧‧第二導電接腳
35b‧‧‧電極部
36‧‧‧共振腔室
4‧‧‧雷射模組
5‧‧‧光感測器
6‧‧‧氣體感測器
7‧‧‧電池模組
8‧‧‧通訊模組
9‧‧‧處理器
200‧‧‧供電裝置
300‧‧‧外部連結裝置

第1圖為本案之一較佳實施例之氣體檢測裝置之結構示意圖。第2圖為本案之氣體傳輸致動器之分解示意圖。第3圖為本案之容置槽之結構示意圖。第4圖為本案之氣體傳輸致動器組裝之示意圖。第5A圖為本案之氣體傳輸致動器之剖面示意圖。第5B圖、第5C圖為第5A圖所示之氣體傳輸致動器之作動示意圖。第6圖為本案之氣體檢測裝置之方塊示意圖。

Claims

一種氣體檢測裝置，包含: 一殼體，具有至少一進氣口及一出氣口；一光機構，設於該殼體內，具有一氣體流道及一光束通道，該氣流通道連通該進氣口及該出氣口，該光束通道橫跨連通該氣體流道；一氣體傳輸致動器，架構於該光機構，供以受致動而導引空氣由該進氣口導入該氣體流道中；一雷射模組，架構於該光機構內，以對該光束通道發射一光束照射於該氣體流道中；一光感測器，設置於該光機構的該氣體流道內，並位於該光束通道下方位置，以偵測該雷射模組所發射的該光束照射該氣體流道中空氣之懸浮微粒所產生之多個光點，藉此監測計算該氣體流道中空氣所包含之懸浮微粒大小與懸浮微粒濃度；以及一氣體感測器，設置於該殼體內，以對由該進氣口導入之空氣中感測出一特定監測氣體之含量；其中，啟動該氣體傳輸致動器、該雷射模組及該光感測器，使空氣由該進氣口導入，再由該氣體傳輸致動器傳輸至該氣體流道中，並由該出氣口導出於該殼體之外，該氣體流道中的空氣會受由通過該光束通道的之該光束照射並產生該複數個光點，而由該光感測器接收該複數個光點，用以計算該氣體流道內之空氣中懸浮微粒大小及濃度。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該光機構具有一光源設置槽及一容置槽，該光源設置槽連通該光束通道，而該容置槽設置於該氣體流道一端。
如申請專利範圍第2項所述之氣體檢測裝置，其中該氣體傳輸致動器架構於該光機構之該容置槽上，致動導引空氣導入至該氣體流道。
如申請專利範圍第2項所述之氣體檢測裝置，其中該雷射模組架構於該光機構之該光源設置槽中，發射光束投射於該光束通道中。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該光感測器監測出之懸浮微粒為PM2.5懸浮微粒。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該光感測器監測出之懸浮微粒為PM10懸浮微粒。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該氣體傳輸致動器高速噴出於該氣體流道中的空氣，用以噴出該光感測器的表面沾附懸浮微粒來進行清潔，以維持該光感測器每次監測之精準度。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，更包含一處理器及一通信模組，其中該處理器控制該氣體傳輸致動器、該雷射模組、該光感測器及該氣體感測器之啟動，並將該光感測器及氣體感測器之偵測結果進行分析轉換成一監測數值，該監測數值由該通信模組發送給一外部連結裝置，以顯示該監測數值及通報警示。
如申請專利範圍第8項所述之氣體檢測裝置，其中該通信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。
如申請專利範圍第9項所述之氣體檢測裝置，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。
如申請專利範圍第9項所述之氣體檢測裝置，其中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。
如申請專利範圍第8項所述之氣體檢測裝置，其中該外部連結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。
如申請專利範圍第8項所述之氣體檢測裝置，進一步包括一電池模組，以提供儲存電能、輸出電能，使該電能提供給該處理器，以控制該氣體傳輸致動器、該雷射模組、光感測器及氣體感測器之啟動，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。
如申請專利範圍第13項所述之氣體檢測裝置，其中該供電裝置以一有線傳導方式輸送該電能給予該電池模組儲存。
如申請專利範圍第13項所述之氣體檢測裝置，其中該供電裝置以一無線傳導方式輸送該電能給予該電池模組儲存。
如申請專利範圍第2項所述之氣體檢測裝置，其中該光機構之該容置槽周緣具有複數個固定槽。
如申請專利範圍第16項所述之氣體檢測裝置，其中該氣體傳輸致動器包括：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，該複數個支架套置於該複數個固定槽中，以定位該噴氣孔片容設於該容置槽內，並與該容置槽之一底面之間形成一氣流腔室，且該複數個支架及該懸浮片與該容置槽之間形成至少一空隙；一腔體框架，承載疊置於該懸浮片上；一致動器，承載疊置於該腔體框架上，被施加後電壓而產生往復式地彎曲振動；一絕緣框架，承載疊置於該致動器上；以及一導電框架，承載疊設置於該絕緣框架上；其中，該致動器、該腔體框架及該懸浮片之間形成一共振腔室，透過驅動該致動器驅動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，以造成空氣通過該至少一空隙進入該氣流腔室，再由該氣體流道排出，實現該空氣之傳輸流動。
如申請專利範圍第17項所述之氣體檢測裝置，其中該複數個支架分別包含一固定部及一連接部，其中該複數個固定部之形狀與該複數個固定槽之形狀相對應，該複數個連接部分別連接於該懸浮片及該複數個固定部之間，該複數個連接部彈性支撐該懸浮片，供該懸浮片進行往復式地彎曲振動。
如申請專利範圍第17項所述之氣體檢測裝置，其中該致動器包含: 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；以及一壓電片，承載疊置於該調整共振板上，被施加後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。
如申請專利範圍第19項所述之氣體檢測裝置，其中該調整共振板之厚度大於該壓電載板之厚度。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該氣體感測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。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該氣體感測器包含一揮發性有機物感測器。
如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該氣體感測器包含監測細菌、病毒及微生物之至少其中之一或其任意組合而成之群組之感測器。