V，然后降壓至3.3V來給檢測模塊、CPU和激光模塊供電；
[0051](2)電池電壓經由升壓芯片被升至5V，然后給風扇模塊供電；
[0052](3)電池電壓經由升壓芯片被升至12V，然后給屏幕模塊供電；
[0053](4)檢測電路模塊將光學傳感器接收的光信號轉換成電信號并發送給CPU。CPU控制激光模塊、風扇模塊和屏幕模塊。CPU控制激光模塊不斷地發出激光、控制風扇的轉速、控制顯示屏顯示所檢測的數據信息。
[0054]下面詳細介紹各個模塊。
[0055]1.開關電路:通過升壓芯片以及調制電阻的比例將電壓由5V升至12V，肖特基二極管起到單向導通作用，防止電壓反向。開關電路由MOS管搭建起到開關完全的作用，防止出現在關閉時裝置不能立刻停止的狀態。
[0056]2.供電模塊:將鋰電池電壓通過升壓芯片轉換成5V電壓，此模塊中電源和地通過耦合電容進行隔離，濾除不需要的高頻信號，防止干擾。
[0057]供電模塊分為三路，一是通過升壓芯片升至5V給風扇模塊供電；二是通過升壓芯片升至5V，再降壓到3.3V給檢測電路模塊、CPU和激光模塊供電(因為此處直接將鋰電池3.7V電壓降為3.3V時，會產生紋波(紋波是指在直流電壓中疊加在直流穩定量上的交流量))；三是通過升壓芯片將電壓升至12V給屏幕供電。
[0058]3.風扇模塊:利用CPU對離心風扇17進行轉速調節，使從進風口 5進入裝置的空氣可以不受外界風速干擾，(離心風扇開始轉動，空氣被吸入裝置，由于離心風扇具有穩定風速的功能，因此空氣以穩定的速度進入風道然后被激光照射。)氣體進入裝置后穩定在一定的速度范圍內。這樣穩定的氣體流經隔板11和隔板14組成的窄風道，通過裝置內部隔板的阻擋，可以通過隔板12和隔板13形成的彎口集中進入隔板14、15、塑料筋16圍成的空間區域內。
[0059]4.檢測模塊:穩定速度的空氣通過上述風道可以被激光均勻照射。被照射的空氣中有當前環境的粒子，粒子被激光照射后會產生散射光。產生的散射光被反射到高精度的光學傳感器上，可以精確地獲得粒子的粒徑、反光強度等信息。根據獲得的脈沖數量可以確定粒子個數，由脈沖峰值強度可以得到粒徑，由脈沖寬度結合上述測得的粒徑可以得到粒子質量。
[0060]下面結合圖5來說明對粒子的測量。
[0061]理想情況下，當一個粒子通過光路時，其反射光所產生的光脈沖波形如圖5所示。
[0062]光脈沖峰值強度與粒子橫截面積成正比，即與其半徑的平方成正比。設該比例系數為K1，有
[0063]光脈沖峰值強度=klXR~2，式中R為粒子半徑。
[0064](注:光脈沖峰值強度是光脈沖強度的最大值。如圖中所示理想情況下的矩形波，其峰值強度即為矩形波高度)
[0065]同時，當一個粒子通過光路時，其速度越慢，反射光所產生的光脈沖持續時間就越長，也就是寬度越寬，與粒子速度成反比。由于風道的特殊設計，粒子速度與粒子質量成反比，與橫截面積成正比。設該比例系數為K2，有
[0066]光脈沖寬度=K2 X M/R~ 2，式中M為粒子質量。
[0067](注:光脈沖持續時間是脈沖所能持續的時長)
[0068]通過標準的粒子發生器，可以產生質量和半徑已知的粒子。讓這種粒子通過光路，測量該粒子形成的光脈沖的寬度和峰值強度，就可以確定Kl和K2的值。這些值對每一臺機器都是固定不變的。
[0069]在一段時間內，多個粒子通過光路，從而產生連續的光脈沖。通過上述確定的Kl和K2，可以通過每個光脈沖的寬度和峰值高度，來確定該光脈沖所對應的粒子的質量和半徑。剔除半徑大于2.5的粒子的質量，將半徑小于等于2.5的粒子的質量相加，然后除以這段時間內的空氣體積，就能得到質量濃度。
[0070]在實際中，光脈沖峰值強度和寬度與粒子質量和半徑的關系不會像理想情況下那么嚴格的線性，而且半徑大于2.5的粒子，其動力學半徑也不一定大于2.5。可以采用實驗對比的方法，得出更符合實際的關系式，但是上述的原理仍然可以得到運用。特別的是，每臺空氣粒子檢測裝置制造出來后，都可以通過標準的粒子發生器進行校準，以獲得更好的測量效果。
[0071]上述的使得粒子速度與粒子質量成反比，與橫截面積成正比的特殊設計的風道，有多種實現方式，其中一種是風速可以突然增大的風道。這種風速的突然增大可以用抽風機來實現，或者當空氣從開闊地帶進入狹窄地帶也會出現風速的突然增加。當風速突然增加時，空氣中的粒子由于慣性，一開始速度仍然保持較低。這時每個粉塵受到的空氣的摩擦力與橫截面積成正比。根據牛頓運動定律，其加速度與質量成反比。由加速度對時間積分得到的速度也與橫截面積成正比，同時與質量成反比。故而粒子速度與粒子質量成反比，與橫截面積成正比。
[0072]類似于這一種方式，也有使風速突然降低的設計。這種設計原理類似上述方式，只需要在統計方面做相應改變。
[0073]另一種方式是改變風的流動方向，在改變的方向上，風速也是從無到有的，類似于風速突然增大。
[0074]另一種方式是利用布朗運動。根據統計力學和分子空氣動力學的計算，質量越大，橫截面積越小的微粒，其在空氣中的布朗運動速度越低，質量越小，橫截面積越大的微粒，其在空氣中的布朗運動速度越高。從而實現了粒子速度與粒子質量成反比，與橫截面積成正比的相關關系。
[0075]以上描述了多種使得粒子速度與粒子質量相關的技術，然而，本發明不應被理解為局限于上述技術方案，本領域技術人員可以利用以上任意一種技術或者它們的任意組合。例如，可以僅僅改變風道的寬度而不改變風道的方向、僅僅改變風道的方向而不改變風道的寬度、在同一位置改變風道的寬度和風道的方向、在不同位置改變風道的寬度和風道的方向，等等。所有這些通過測量粒子速度以得到粒子質量的方案都應落入本專利的保護范圍之中。
[0076]5.屏幕模塊:將檢測到的粒子的質量濃度實時地顯示在屏幕上，并且可以在屏幕上顯不優良等級。
[0077]以上結合一個【具體實施方式】對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明。應理解的是，以上僅僅是出于例示的目的介紹了本發明的一個【具體實施方式】，并不是要限制本發明。凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種空氣粒子檢測裝置，包括: 空氣入口(5)； 風道，為空氣從空氣入口(5)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(8)，其用于對流經風道的空氣進行激光照射； 光學傳感器(7)，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(6)； 風扇(17)，其設置在空氣出口(6)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(7)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。
2.根據權利要求1所述的空氣粒子檢測裝置，其中，所述第一風道與所述第二風道的橫截面積不同。
3.根據權利要求1所述的空氣粒子檢測裝置，其中，所述第一方向與所述第二方向有角度偏移。
4.根據權利要求1所述的空氣粒子檢測裝置，其中，所述第一風道與所述第二風道的橫截面積不同，并且，所述第一方向與所述第二方向有角度偏移。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的空氣粒子檢測裝置，其中，進入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。
6.根據權利要求1-4中任意一項所述的空氣粒子檢測裝置，其中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。
7.根據權利要求1-4中任意一項所述的空氣粒子檢測裝置，其中，所述激光光源(8)的照射方向與所述第二風道垂直。
8.根據權利要求1-4中任意一項所述的空氣粒子檢測裝置，其中，所述第一風道位于所述空氣入口(5)附近，所述第二風道與所述激光光源(8)的照射區域相對應。
9.根據權利要求8所述的空氣粒子檢測裝置，其中，所述光學傳感器(7)位于所述第二風道中。
10.根據權利要求8所述的空氣粒子檢測裝置，其中，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被所述激光光源(8)照射。
11.根據權利要求1-4中任意一項所述的空氣粒子檢測裝置，還包括供電單元(18)，用于對所述風扇(17)、所述激光光源(8)、所述光學傳感器(7)、所述控制器進行供電。
12.根據權利要求1-4中任意一項所述的空氣粒子檢測裝置，還包括顯示單元(1)，用于顯示檢測到的粒子的質量濃度。
13.根據權利要求12所述的空氣粒子檢測裝置，其中，所述控制部根據所述光學傳感器(7)發送的電信號來控制所述激光光源(8)、所述風扇(17)和所述顯示單元(I)。
14.一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，使得粒子質量和粒子速度相關。
15.根據權利要求14所述的空氣粒子檢測方法，其特征在于，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。
16.根據權利要求14所述的空氣粒子檢測方法，其特征在于，所述根據反射光的信息計算粒子質量濃度還包括: 根據反射光脈沖峰值強度與脈沖寬度計算粒子質量濃度。
【專利摘要】本發明涉及空氣粒子檢測裝置和空氣粒子檢測方法。該空氣粒子檢測裝置包括：空氣入口(5)；風道，為空氣從空氣入口(5)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(8)，其用于對流經風道的空氣進行激光照射；光學傳感器(7)，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(6)；風扇(17)，其設置在空氣出口(6)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(7)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。
【IPC分類】G01N15-06
【公開號】CN104749075
【申請號】CN201410550331
【發明人】王林
【申請人】北京漢王藍天科技有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年10月16日