空氣粒子檢測裝置和空氣粒子檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及空氣粒子檢測，具體地涉及一種利用激光散射法來進行粒子濃度分析的空氣粒子檢測裝置和空氣粒子檢測方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業的飛速發展，全球空氣質量正在不斷劣化。空氣中的各種粒子很多都是對健康有害的。因此市場上出現了很多對空氣粒子進行檢測的裝置。尤其是因為目前備受關注的PM2.5使人們更加重視空氣質量對于健康的影響，近年來市場上出現了很多種PM2.5粒子檢測儀，空氣檢測儀技術得到快速發展和廣泛應用。
[0003]現有的常規空氣檢測儀主要有以下兩種:
[0004]1、光散射計數式。通過散射光，計算出空氣中粒子數目，乘以比例系數得到質量濃度。這種方法獲得結果較快，但在當空氣中粒子種類、性質、工藝流程等條件有變化時，必須進行LD 98-1996第6.4條規定的K值的重新測定，而這一重新測定往往需要數小時之久。
[0005]2、濾膜稱重式。即使一定體積的空氣通過已知質量的濾膜，懸浮于空氣中的顆粒物被阻留在濾膜上，根據濾膜增加的質量和通過濾膜空氣的體積，確定空氣中總懸浮顆粒物的質量濃度。但是這種采樣方法需要一定的空氣通過濾膜的時間。在采樣的過程中，空氣的顆粒也因為采樣而減少造成檢測的誤差。同時在使用一段時間后，消費者必須對濾膜進行清潔或更換。
【發明內容】
[0006]鑒于以上問題提出了本發明，本發明的目的是克服以上兩種產品技術的缺陷，能夠快速、實時地得出空氣中粒子質量濃度，并且在空氣中粒子種類、性質、工藝流程等條件有變化時，無需進行LD 98-1996第6.4條規定的K值的重新測定，填補了空氣粒子檢測領域上對空氣粒子實時、高精度、一致性檢測的空白。
[0007]本發明的一方面提供了一種空氣粒子檢測裝置，包括:空氣入口 ；風道，為空氣從空氣入口進入后的流動通道；該風道被設置為至少包括沿第一方向延伸的第一風道和沿第二方向延伸的第二風道；激光光源，其用于對流經風道的空氣進行激光照射；光學傳感器，其設置在風道中，用于檢測由激光照射空氣所產生的散射光，并將光信號轉換為電信號；空氣出口 ；風扇，其設置在空氣出口側，用于將空氣吸入和排出該空氣粒子檢測裝置；控制部，其通過對光學傳感器發送來的電信號進行處理來檢測空氣中的粒子的質量濃度。
[0008]優選的是，進入所述第二風道的空氣中的粒子的速度與粒子的質量成反比，與粒子的橫截面積成正比。
[0009]優選的是，所述控制部根據包含在所述電信號中的脈沖數量來確定粒子個數，根據脈沖峰值強度來確定粒徑，并根據脈沖寬度和所得的粒徑來得到粒子質量。
[0010]優選的是，所述激光光源照射方向與風道垂直。
[0011]優選的是，所述第一風道位于所述空氣入口附近，所述第二風道與所述激光光源的照射區域相對應。
[0012]優選的是，所述光學傳感器位于所述第二風道中。
[0013]優選的是，所述第一風道和所述第二風道的連接處形成有彎口，從該彎口出來的空氣恰好被所述激光光源照射。
[0014]優選的是，本發明的空氣粒子檢測裝置還包括供電單元，用于對所述風扇、所述激光光源、所述光學傳感器、所述控制器進行供電。
[0015]優選的是，本發明的空氣粒子檢測裝置還包括顯示單元，用于顯示檢測到的粒子的質量濃度。
[0016]優選的是，所述控制部根據所述光學傳感器發送的電信號來控制所述激光光源、所述風扇和所述顯示單元。
[0017]優選的是，所述顯示單元還顯示空氣優良等級。
[0018]本發明的另一方面提供了一種空氣粒子檢測方法，包括:設置風道；使待測空氣通過該風道；用激光照射該風道中的粒子，產生反射光；用光學傳感器接收反射光；根據反射光的信息計算粒子質量濃度；其特征在于，設置風道還包括:設置風道，使得粒子的質量與粒子的速度相關。
[0019]優選的是，在該空氣粒子檢測方法中，所述相關包括粒子的速度與粒子的質量成反比、與粒子的橫截面積成正比。
【附圖說明】
[0020]附圖與文字描述一起用來對本發明的實施方式作進一步的說明。其中
[0021]圖1是根據本發明第一實施方式的空氣粒子檢測裝置的立體圖；
[0022]圖2是沿著圖1的3-3線切開的分解圖，示出了空氣粒子檢測裝置的內部結構；
[0023]圖3是沿著圖1的3-3線截取的截面圖；
[0024]圖4是根據本發明第一實施方式的空氣粒子檢測裝置的電路結構圖；
[0025]圖5是示出當粒子通過光路時，其反射光所產生的光脈沖波形。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖詳細說明本發明的實施方式。在所有附圖中，相同標號表示相同元件，并省略其重復說明。
[0027](I)工作原理
[0028]本發明采用了激光照射大氣中的細顆粒物來進行檢測的技術，通過激光對空氣中的顆粒進行照射，使高精密的光學傳感器能對粒子的粒徑、反光強度等信息進行檢測，達到了高精度捕獲粒子運動狀態、體積、質量等信息，具有精度高、實時性好、操作簡單等優勢，具有解決了國內相關領域低成本高精度實時檢測的問題的意義。
[0029]氣體對流系統使外界空氣以均勻速度通過風道。風道中設有高精度光學傳感器以獲得粒子的反光強度信息。反光強度信息可用于確定粒徑。
[0030]風道采用特殊設計，使粒子的速度向量與質量負相關，質量越大的粒子在空氣中運動的速度越慢，所以稱反比關系即負相關。從而由速度向量得到粒子質量信息。
[0031]同時通過光學傳感器測得的單位時間內流過的粒子數量，加以統計學原理，繼而計算出粒徑符合要求的總的粒子質量。
[0032]光學傳感器將光信號轉變成電信號，并將電信號給控制器。控制器處理所接收到的電信號并且據此來控制激光光源、風扇和顯示屏。
[0033]因為整體通風量與風道相關，為已知條件，所以能實時得到空氣中所關注的粒子的質量濃度。
[0034](2)裝置結構
[0035]圖1是根據本發明實施方式的空氣粒子檢測裝置的立體圖。如圖1所示，該實施方式的空氣粒子檢測裝置包括顯示屏1、按鍵2、防滑凹槽4。顯示屏I用于顯示結果和基本信息。按鍵2包括電源、按住/選擇、模式三個按鍵。防滑凹槽4的目的是方便拿取該裝置、防止滑落。
[0036]圖2是沿著圖1的3-3線切開的分解圖，示出了空氣粒子檢測裝置的內部結構。如圖2所示，該實施方式的空氣粒子檢測裝置由裝置前殼10和裝置后殼9構成。空氣從進風口 5進入裝置中，然后經過特殊的內部結構。激光燈8發出激光照射在進入裝置的空氣粒子上。空氣粒子被激光照射而產生散射光，散射光照射到光學傳感器7上。可以經過算法計算出粒徑和粒子質量。空氣從出風口6排出裝置外部。
[0037]下面結合圖3詳細描述該實施方式的空氣粒子檢測裝置的結構。
[0038]圖3是沿著圖1的3-3線截取的截面圖。如圖3所示，空氣沿箭頭方向從進風口 5進入空氣粒子檢測裝置中的窄風道。在圖3中，窄風道在水平方向的寬度明顯小于在垂直方向上的長度。窄風道由隔板11和14構成。隨后，空氣流經由隔板12和隔板13構成的彎口。激光光源8固定在底座19上，因此激光光源8在空氣粒子檢測裝置中的位置不變且不會晃動，并且與光學傳感器7在一條垂直線上。
[0039]當空氣流經由隔板12和隔板13構成的彎口時，激光照射在彎口附近的空氣粒子上，被激光照射的粒子產生了散射光。這些散射光入射在光學傳感器7上。控制器(圖中未示出)將光學傳感器7產生的光信號轉化成電信號。通過對所得到的電信號進行處理，可以得到所需要的粒徑和粒子數量的信息。
[0040]空氣被照射時處在由隔板14、15和塑料筋16(塑料筋具有隔離光照的作用，但不阻礙空氣的流動)組成的空間區域內。空氣在離心風扇17的作用下穿過塑料筋16和離心風扇17到達出氣口 6，從而排出到裝置外部。至此完成了一次完整的檢測空氣粒子的過程。
[0041]如上所述，隔板11和隔板14組成了窄風道，隔板14、15和塑料筋16組成了寬風道。
[0042]此外，該實施方式的空氣粒子檢測裝置還包括鋰電池18，用于給該裝置供電。
[0043]離心風扇17和激光光源8成對角線方向設置，也就是說，離心風扇17和激光光源8分別放置于設備的兩個處在同一對角線的頂角上，例如左上角和右下角，或者左下角和右上角。這樣的構造可以為風道留下足夠的空間，更方便實現激光照射方向垂直于風道空氣流動方向。這樣當離心風扇17以一定轉速轉動時，空氣從進風口 5沿著由隔板11和隔板14組成的窄風道集中進入到空氣粒子檢測裝置中由隔板14、15和塑料筋16組成的寬風道中。另外，還保證了空氣粒子集中被激光照射并反射在設置于彎口附近的光學傳感器上。
[0044]實施方式I的這種結構具有明顯優勢。具體來講，如果改變離心風扇17和激光光源8的相對位置，比如變為垂直方向，也就是說，離心風扇17和激光光源8分別放置于設備的兩個不處在同一對角線的頂角上，比如都放在圖中左邊的頂角上，就會壓縮風道的空間，從而增加設計的難度，并且進入到空氣粒子檢測裝置的空氣不能集中地被激光光源照射。
[0045]如果空氣粒子檢測裝置內部沒有設置這種由隔板11、14圍成的窄風道，則空氣從進風口 5直接進入到由隔板14、15和塑料筋16組成的空間區域內。激光光源8照射由隔板14、15和塑料筋16組成的空間區域內的空氣，這時分布在上述空間的只是分散的、不集中的空氣。激光照射在分散的空氣上，光學傳感器7接收到的反射光也是不集中的，因此產生了少量的光信號，不利于統計分析當前時刻的空氣中粒子的含量，得出的值也不夠精準。
[0046]另外，窄風道和寬風道的連接處有一個小的彎口，空氣通過彎口出來恰好集中被激光光源8照射，此時大部分空氣粒子會被激光光源8照射，然后反射到光學傳感器7上。如果沒有這種風道結構，進入空氣粒子檢測裝置的空氣會分散，那么激光光源8照射時只有少部分粒子會被照射到。對少量數據進行分析不利于數據統計，因此得到的粒子質量濃度不準確。
[0047](3)電路結構
[0048]本發明實施方式的空氣粒子檢測裝置由開關電路、供電模塊、風扇模塊、檢測模塊、屏幕模塊、鋰電池充電模塊等組成。下面參照圖4來進一步詳細說明空氣粒子檢測裝置的電路結構。
[0049]如圖4所示，鋰電池充電模塊和供電電池給整個電路供電，提供3.7V電壓，然后經過升壓芯片升壓以向其他電路模塊供電。具體來講，
[0050](I)電池電壓經由升壓芯片被升至5