TWM561788U - 氣體檢測裝置 - Google Patents

Abstract

一種氣體檢測裝置，包含：殼體，具有腔室、進氣口、出氣口及連接通道，腔室與進氣口、出氣口及連接通道相通；光機構，設於腔室內，具有檢測流道及光束通道，檢測通道連通進氣口及出氣口，光束通道橫跨連通檢測流道；氣體傳輸致動器，架構於光機構；雷射模組，設置於光機構中，發射光束照射於檢測流道中；光感測器，設於檢測流道內，以偵測雷射模組所發射光束照射檢測流道中空氣中之懸浮微粒所產生之投射光點，藉此檢測計算空氣中所包含之懸浮微粒大小與懸浮微粒濃度；外接感測器，組接於連接通道，以對由該至少連接通道內之該空氣作感測。

Description

氣體檢測裝置

本案關於一種氣體檢測裝置，尤指一種透過氣體傳輸致動器以進行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(PM 2.5及PM 10)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。

且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。

此外，使用者會因為不同的場所，如工廠、辦公室、住家等會擁有不同的氣體偵測需求，如工廠需要揮發性或是會造成吸入性傷害等有毒氣體的氣體感測器，住家、辦公室則是一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度等感測器，但目前市售之氣體檢測裝置皆為一體式的氣體檢測裝置，其偵測之氣體已於出廠前便已經決定，無法依據使用者需求自行更改，造成氣體偵測裝置會檢測使用者需求外的氣體或是無法偵測使用者所需求的氣體，十分不便，並且使用者也難以挑選適合的氣體偵 測裝置。有鑑於此，如何發展一種可依據氣體偵測需求進行感測的氣體檢測裝置實為當前極為重要的課題。

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，其中，用以檢測空氣之感測器為外接式感測器，可供使用者依需求自行搭配並且可輕易更換，增加便利性。

本案之一廣義實施態樣為一種氣體檢測裝置，包含：一殼體，具有一腔室、至少一進氣口、一出氣口及至少一連接通道，該腔室與該至少一進氣口、該出氣口及該至少一連接通道相通；一光機構，設於該腔室內，具有一檢測流道及一光束通道，該檢測通道連通該進氣口及該出氣口，該光束通道橫跨連通該檢測流道；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腔室內，並導入該至少一連接通道、該檢測流道中；一雷射模組，設置於該光機構中，以對該光束通道發射光束照射於該檢測流道中；一光感測器，設於該檢測流道內，並位於該光束通道下方位置，以偵測該雷射模組所發射光束照射該檢測流道中空氣中之懸浮微粒所產生之投射光點，藉此檢測計算該空氣氣流中所包含之懸浮微粒大小與懸浮微粒濃度；至少一外接感測器，組接於該至少一連接通道，包含一感測器，以對由該至少一連接通道內之該空氣作感測。

100‧‧‧氣體檢測裝置

1‧‧‧殼體

11‧‧‧腔室

12‧‧‧進氣口

13‧‧‧出氣口

14‧‧‧連接通道

2‧‧‧光機構

21‧‧‧檢測流道

22‧‧‧光束通道

23‧‧‧光源設置槽

24‧‧‧容置槽

24a‧‧‧底面

24b‧‧‧側壁部

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

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‧‧‧雷射器

5‧‧‧光感測器

6‧‧‧外接感測器

7‧‧‧電池模組

8‧‧‧通信模組

9‧‧‧處理器

200‧‧‧供電裝置

300‧‧‧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圖為第1圖之氣體檢測裝置之剖面示意圖。

第3圖為本案之氣體傳輸致動器之分解示意圖。

第4圖為本案之容置槽之結構示意圖。

第5A圖為本案之氣體傳輸致動器之剖面示意圖。

第5B圖及第5C圖為第5A圖所示之本案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架構示意圖。

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。

本案提供一種氣體檢測裝置，請同時參閱第1圖及第2圖，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及至少一外接感測器6；殼體1具有一腔室11、至少一進氣口12、一出氣口13及至少一連接通道14，且腔室11與至少一進氣口12、出氣口13及至少一連接通道14相通，光機構2設置於殼體1的腔室11內，具有一檢測流道21及光束通道22，檢測流道21與至少一進氣口12與出氣口13連通，光束通道22則橫跨連通檢測流道22；氣體傳輸致動器3架構於光機構2，透過氣體傳輸致動器3的致動來改變腔室11內部的氣壓，使空氣得以由至少一進氣口12進入腔室11內，並導入至少一連接通道14及檢測流道21中，最後由出氣口13排出殼體1外；雷射模組4設置於光機構2中，用以對光束通道22發射光束照射至檢測通道 中，而光感測器5則是設置於檢測流道21內，並位於光束通道下方位置，當上述之雷射模組4所投射之光束照射至檢測流道22內的空氣中所含有的懸浮微粒時，將會產生複數個投射光點，光感測器5接收該些投射光點，並由該些投射光點來用以計算出空氣中所含有的懸浮微粒之大小及濃度；最後，至少一外接感測器6可拆卸地組接於至少一連接通道14內，其中至少一連接通道14與至少一外接感測器6相互組配，於本實施例中，連接通道14與外接感測器6的數量可為5個，但不以此為限。外接感測器6內部包含有一感測器(未圖式)，感測器可為一氧氣感測器、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，感測器亦可為一揮發性有機物感測器，或感測器可以是細菌感測器、病毒感測器及微生物感測器之其中之一或其組合，或是感測器可為一溫度感測器或一濕度感測器之其中之一或其組合。

請繼續審閱第2圖，光機構2更包含有一光源設置槽23及一容置槽24，光源設置槽23與光束通道22相連通，而容置槽24設置於檢測流道21的一端，使氣體傳輸致動器3架構於光機構2的容置槽24，當氣體傳輸致動器3啟動後，使殼體1外部的空氣將通過進氣口12進入腔室11內，再由氣體傳輸致動器3將空氣由腔室11導入檢測流道21內，此時，雷射模組4發射光束進入光束通22並且照射檢測流道21內的空氣，而空氣中的懸浮粒受到光束照射後產生散射現象，位於光束通道22下方的光感測器5則接收空氣中的懸浮粒被光束照射後所產生的光點，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；同時，與腔室11連通的連接通道14內的外接感應器6，利用其感測器對流入連接通道14內的空氣進行檢測，用以測量空氣中之一特定氣體的含量。

請同時參閱第3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4圖至第5A圖，光機構2的容置槽24具有一底面24a及一側壁部24b，並於容置槽23的週邊設有複數個固定槽25，供支架31a容設其中，噴氣孔片31透過複數個支架31a容設於固定槽25內與容置槽24的底面24a間隔設置，令懸浮片31b與容置槽24的底面24a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24的側壁部24b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，用以接收驅動電壓。

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2的容置槽24示意圖，噴氣孔片31與容置槽24的底面24a間隔設置，並於兩者之間形成氣流腔室26；請再參閱第5B圖，當施加驅動電壓於致動器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；最後請參閱第5C圖，空氣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，使空氣進入檢測通道21內，提供氣體給光感測器5檢測空氣內的懸浮微粒的大小及濃度，並且透過氣體傳輸致動器3不斷地汲取腔室11內的空氣，使殼體1的空氣能夠持續地進入腔室11並流入連接通道14內，供外接感測器6檢測於連接通道14的空氣的特定氣體含量。

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12導入，並透過氣輸傳輸致動器3得以高速導引噴出氣體於檢測流道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，第6圖為本案之氣體檢測裝置之方塊示意圖。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，用以提供懸浮粒感測模組2及氣體感測模組3作動，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，用來控制氣體傳輸致動器3之啟動，光感測器5與處理器6電性連接，外接感測器6之感測器組接於該連接通道14中，並能與處理器9作電性及資料連接，因此光感測器5及外接感測器6感測器所偵測結果能透過處理器9進行分析運算及儲存，並能轉換成一監測數值；而當處理器9啟動氣體傳輸致動器3時，氣體傳輸致動器3開始汲取空氣，使空氣進入檢測流道21中，檢測流道21中的空氣會受雷射模組4所投射於光束通道22之光束照射，如此一來，光感測器5接收檢測通道21中的空氣其懸浮微粒被照射而散射之光點，並將檢測結果傳送至處理器9，處理器9依據該偵測結果計算出空氣中懸浮微粒大小，並計算出所含有懸浮微粒的濃度，據以分析產生一監測數值作儲存。上述處理器9所儲存監測數值得由通信模組8發送至一外部的連 結裝置300，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啟動氣體傳輸致動器3時，氣體傳輸致動器3會將腔室11內的空氣輸送至檢測通道21內，使腔室11呈現負壓狀態，便開始由進氣口12吸入殼體1外部的空氣，此時，進入腔室11內空氣便會擴散致連接通道14，連接通道14內的外接感測器6中的感測器開始對連接通道14內的空氣進行偵測，來檢測連接通道14內的空氣的特定監測氣體的含量，並將偵測結果傳送至處理器9，處理器9依據該偵測結果用以計算出空氣中所含有特定監測氣體的濃度，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。

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的連結裝置300，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，具有氣體傳輸致動器，將腔室內的空氣導入至檢測通道內，光感測器接收了利用雷射模組投射光束打在空氣中的懸浮微粒所產生的投影光點，用以計算空氣中其具有的懸浮微粒之大小及濃度，此外，由於氣體傳輸致動器不斷地空氣由腔室輸送至檢測通道，導致腔室一直呈現負壓狀態，促使殼體外的空氣持續的通過進氣口進入腔室內，再擴散至與腔室相通之連接通道，使得連接通道內的外接感測器得以偵測空氣中其特定監測氣體的含量，而上述之外接感測器以可拆卸式地組設於連接通道內，供使用者 可以依據其需求輕易的更換所需要其需求之氣體感測器，且當氣體感測器損毀時，也可輕鬆的更換，無須回原廠進行檢修或是重新購買全新的氣體檢測裝置。

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。

Claims (24)

1. 一種氣體檢測裝置，包含：一殼體，具有一腔室、至少一進氣口、一出氣口及至少一連接通道，該腔室與該至少一進氣口、該出氣口及該至少一連接通道相連通；一光機構，設於該腔室內，具有一檢測流道及一光束通道，該檢測通道連通該進氣口及該出氣口，該光束通道橫跨連通該檢測流道；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腔室內，並導入該至少一連接通道、該檢測流道中；一雷射模組，設置於該光機構中，以對該光束通道發射光束照射於該檢測流道中；一光感測器，設於該檢測流道內，並位於該光束通道下方位置，以偵測該雷射模組所發射光束照射該檢測流道中空氣中之懸浮微粒所產生之投射光點，藉此檢測計算該空氣氣流中所包含之懸浮微粒大小與懸浮微粒濃度；以及至少一外接感測器，組接於該至少一連接通道，包含一感測器，以對由該至少一連接通道內之該空氣作感測。
2. 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檢測流道一端。
3. 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，致動導引空氣氣流導入至該檢測流道。
4. 如申請專利範圍第2項所述之氣體檢測裝置，其中該雷射模組設置於該光機構之該光源設置槽中，以發射光束投射於該光束通道中。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該光感測器偵測空氣中之懸浮微粒為PM2.5懸浮微粒。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該光感測器偵測空氣中之懸浮微粒為PM10懸浮微粒。
7. 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致動而產生高速噴出於該檢測流道中流動空氣，以對該光感測器表面沾附懸浮微粒進行噴除清潔，以維持該光感測器每次監測之精準度。
8. 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傳輸模組，其中該處理器控制該氣體傳輸致動器、該雷射模組、該光感測器及該外接感測器之啟動，並將該光感測器及該外接感測器之該感測器所偵測結果進行分析轉換成一監測數值，該監測數值由該傳輸模組發送給外部連結裝置，以顯示該監測數值及通報警示。
9. 如申請專利範圍第8項所述之氣體檢測裝置，其中該傳輸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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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、該氣體傳輸致動器、該雷射模組、該光感測器及該外接感測器之該感測器之啟動，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。
14. 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。
15. 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。
16. 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邊具有複數個固定槽。
17. 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殼體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，施加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，以造成該氣體通過該至少一空隙進入該氣流腔室，再由該出氣口排出，實現該空氣之傳輸流動。
18. 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，施加電壓而驅動該壓電載 板及調整共振板產生往復式地彎曲振動。
19. 如申請專利範圍第18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。
20. 如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該外接感測器之該感測器包含一氧氣傳感器、一一氧化碳傳感器及一二氧化碳傳感器之至少其中之一或其任意組合而成之群組。
21. 如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該外接感測器之該感測器包含一揮發性有機物傳感器。
22. 如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該外接感測器之該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。
23. 如申請專利範圍第1項所述之氣體檢測裝置，其中該外接感測器之該感測器包含一溫度感測器及一濕度感測器之至少其中之一任意組合而成之群組。
24. 如申請專利範圍第8項所述之氣體檢測裝置，其中該外接感測器之該感測器組接於該連接通道中，並能與該處理器作電性及資料連接，且該感測器所偵測結果透過該處理器進行分析轉換成一監測數值。