一種粉塵傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及粉塵檢測領域，公開了一種粉塵檢測傳感器，所述粉塵傳感器包括：風道，待測粉塵含量的空氣流在風道中流通；光發射組件，包括：光發射管，用于發射光以照射所述風道中流通的空氣流，及透鏡組件，位于所述光的光路上，用于匯聚所述光發射管發射的光；感光元件，位于所述風道中，用于接收所述光照射粉塵后產生的散射光；以及處理元件，基于所述散射光確定粉塵含量，其中，所述感光元件與所述透鏡組件中匯聚所述光的透鏡的檢測距離使得所述粉塵傳感器的分辨率最高。如此通過考慮感光元件與匯聚光的透鏡之間的檢測距離對粉塵傳感器的分辨率的影響，通過設置所述檢測距離來提高了粉塵傳感器的分辨率。
【專利說明】
一種粉塵傳感器
技術領域
[0001] 本發明涉及粉塵檢測領域，具體地，涉及一種粉塵檢測傳感器。
【背景技術】
[0002] 粉塵傳感器是利用MIE散射理論對空氣中懸浮顆粒進行計數或者質量濃度測量的 方式。通常，粉塵傳感器具有一個風道，一個光發射管、透鏡及一個感光元件。空氣流在風道 中流動，空氣流流過感光元件上方時受到激光照射產生散射光，感光元件接受到散射光，通 過對散射光的分析得到空氣流中粉塵的情況。
[0003] 在現有技術中，粉塵傳感器的感光元件位于檢測點的下方，而檢測點的位置通常 設置于氣體自由流過檢測點上方，然而現有技術中，檢測點的確定，即感光元件與匯聚光的 透鏡之間的檢測距離的設定往往無法達到粉塵傳感器的最高分辨率。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種粉塵傳感器，該粉塵傳感器考慮了感光元件與匯聚光的 透鏡之間的檢測距離對粉塵傳感器的分辨率的影響，通過設置所述檢測距離來提高了粉塵 傳感器的分辨率。
[0005] 為了實現上述目的，本發明提供一種粉塵傳感器，所述粉塵傳感器包括:風道，待 測粉塵含量的空氣流在風道中流通;光發射組件，包括:光發射管，用于發射光以照射所述 風道中流通的空氣流，及透鏡組件，位于所述光的光路上，用于匯聚所述光發射管發射的 光;感光元件，位于所述風道中，用于接收所述光照射粉塵后產生的散射光；以及處理元件， 基于所述散射光確定粉塵含量，其中，所述感光元件與所述透鏡組件中匯聚所述光的透鏡 的檢測距離使得所述粉塵傳感器的分辨率最高。
[0006] 優選地，所述透鏡組件包括一個透鏡。
[0007] 優選地，在所述光發射管的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍內且所述透鏡的直徑為 6mm的情況下，所述檢測距離為12mm;以及在所述光發射管的功率位于3.2mw至3.8mw的范圍 內且所述透鏡的直徑為6mm的情況下，所述檢測距離為15mm。
[0008] 優選地，所述透鏡組件包括:第一透鏡，用于匯聚所述述光發射管發射的光；第二 透鏡，位于所述光發射管和所述第一透鏡之間，用于使得所述光發射管發射的光與所述第 一透鏡的光軸平行。
[0009] 優選地，在所述光發射管的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍內的情況下，所述檢測 距離及所述第一透鏡的焦距為8mm;以及在所述光發射管的功率位于3.2mw至3.8mw的范圍 內的情況下，所述檢測距離及所述第一透鏡的焦距為12mm。
[0010] 優選地，所述粉塵傳感器還包括:主腔體，所述風道、所述光發射組件、所述感光元 件及所述處理元件位于所述主腔體中，其中所述主腔體的前壁上設置有入氣口，所述主腔 體的后壁上設置有出氣口。
[0011] 優選地，所述粉塵傳感器還包括：抽氣裝置，位于所述出氣口處，用于將所述空氣 流從所述入氣口引入、經過所述風道從出氣口流出。
[0012] 優選地，所述主腔體中設置有光陷阱，用于吸收所述光發射管發射的光，所述透鏡 組件位于所述光陷阱和所述光發射管之間。
[0013] 優選地，所述粉塵傳感器還包括熱敏電阻，用于檢測待測粉塵所在環境的溫度。 [0014]優選地，所述光發射組件還包括:前置光闌和后置光闌，沿著所述光發射管發射的 光的路徑方向，所述后置光闌位于所述透鏡組件中第一個透鏡的下游，所述前置光闌位于 所述前置光闌和所述透鏡組件中匯聚所述光的透鏡的下游。
[0015] 通過上述技術方案，設置所述感光元件與所述透鏡組件中匯聚所述光的透鏡的檢 測距離以使得所述粉塵傳感器的分辨率最高。如此通過考慮感光元件與匯聚光的透鏡之間 的檢測距離對粉塵傳感器的分辨率的影響，通過設置所述檢測距離來提高了粉塵傳感器的 分辨率。
[0016] 本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0017] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0018] 圖1是根據本發明一種實施方式提供的粉塵傳感器的整體圖示；
[0019] 圖2是根據本發明一種實施方式提供的粉塵傳感器的主腔體的俯視圖；
[0020]圖3是根據本發明一種實施方式提供的粉塵傳感器的風道上透氣孔的圖示；
[0021] 圖4是根據本發明一種實施方式提供的粉塵傳感器的裝配圖示；
[0022] 圖5是根據本發明一種實施方式提供的激光發射組件與電路板的裝配圖示；
[0023] 圖6是根據本發明一種實施方式提供的經過感光元件的氣流流向的示意圖；
[0024] 圖7是根據本發明一種實施方式提供的主腔體上蓋的圖示；
[0025] 圖8是根據本發明一種實施方式提供的粉塵傳感器的金屬外殼的示意圖；
[0026] 圖9a至9c是根據本發明一種實施方式提供的激光發射組件的結構視圖；
[0027] 圖10是根據本發明一種實施方式提供的透鏡組件包括一個透鏡的激光發射組件 的原理圖；
[0028] 圖11是根據本發明一種實施方式提供的透鏡組件包括一個透鏡的發射組件的剖 面視圖；
[0029] 圖12是是根據本發明一種實施方式提供的透鏡組件包括兩個透鏡的激光發射組 件的原理圖；以及
[0030]圖13是根據本發明一種實施方式提供的透鏡組件包括兩個透鏡的發射組件的剖 面視圖。
[0031] 附圖標記說明
[0032] 1 粉塵傳感器 2 主腔體
[0033] 3 風扇 4 風扇安裝位置
[0034] 5 后壁 6 激光發射組件安裝槽
[0035] 8 連接槽 10 風道
[0036] 11感光元件 12 光陷阱
[0037] 13前壁 15 入氣口
[0038] 16熱敏電阻 17 進氣孔
[0039] 18上蓋 20 擋板
[0040] 21電路板 22 透氣孔
[0041] 26金屬外殼 27 前置光闌
[0042] 28檢測孔 29 后置光闌
[0043] 30激光發射管 31 激光發射管安裝槽
[0044] 35激光發射組件 36,37,38透鏡
[0045] 40檢測點
【具體實施方式】
[0046] 以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描 述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0047] 參考圖1至圖5,本發明提供一種的粉塵傳感器1可以包括:風道10,待測粉塵含量 的空氣流在風道10中流通;光發射組件(如圖所示的激光發射組件35)，包括:光發射管(如 圖所示的激光發射管30)，用于發射光以照射所述風道10中流通的空氣流，及透鏡組件，位 于所述光的光路上，用于匯聚所述光發射管發射的光;感光元件11，位于所述風道10中，用 于接收所述光照射粉塵后產生的散射光；以及處理元件，基于所述散射光確定粉塵含量，其 中，所述感光元件11與所述透鏡組件中匯聚所述光的透鏡的檢測距離使得所述粉塵傳感器 1的分辨率最高。如此通過考慮感光元件與匯聚光的透鏡之間的檢測距離對粉塵傳感器的 分辨率的影響，通過設置所述檢測距離來提高了粉塵傳感器的分辨率。
[0048] 其中，光發射管例如可以為但不限于激光發射管、紅外發射管，下文中將以激光發 射管30為例來描述本發明。處理元件可以設計為如圖3所示的電路板21的形式，激光發射組 件35、感光元件11與電路板21連接，圖5給出了一種實施方式中激光發射組件與電路板的裝 配圖示。
[0049] 如圖2至圖4所示，所述粉塵傳感器1還可以包括:主腔體2,所述風道10、所述光發 射組件35、所述感光元件11及所述處理元件(如圖所示電路板21)位于所述主腔體2中，其中 所述主腔體2的前壁13上設置有入氣口 15，所述主腔體2的后壁5上設置有出氣口。以便待測 環境的空氣流通過入氣口 15進入風道10然后從出氣口流出，以實現對粉塵檢測。其中風道 10連接在入氣口 15和出氣口之間。
[0050] 如圖所示，所述主腔體2中可以設置有光陷阱12,用于吸收所述光發射管發射的 光，所述透鏡組件位于所述光陷阱12和所述光發射管之間。感光元件11置于風道10中，激光 發射組件35發出的激光可以與感光元件11平行。所發射的激光可以經過感光元件11的正上 方，照射入主腔體2中的光陷阱12中，光陷阱12吸收射入的激光，以減少反射光的噪聲。所述 光陷阱12可以使用吸光材料制作，或對非吸光材料進行亞光處理。
[0051] 由于溫度會影響所檢測的結果，因而為了提高粉塵傳感器的準確性，所述粉塵傳 感器還可以包括熱敏電阻16,用于檢測待測粉塵所在環境的溫度。為了熱敏電阻所檢測的 溫度更加準確地反映環境溫度，所述熱敏電阻可以安裝于電路板21下面，位于主腔體2的風 道之中，用于根據環境溫度對粉塵傳感器輸出結果進行修正。
[0052] 為了引導空氣流的流通，所述粉塵傳感器還可以包括:抽氣裝置，位于所述出氣口 處，用于將所述空氣流從所述入氣口引入、經過所述風道從出氣口流出。如圖2所示，所述抽 氣裝置可以為風扇3。風扇3通過風扇安裝槽4安裝在主腔體2的后壁5上，其中風扇3的位置 可以為出氣口位置。
[0053] 風扇3可以利用抽氣的方式形成負壓使得空氣流從所述入氣口 15引入、經過所述 風道10從出氣口流出，如圖2所示，所述空氣流按照箭頭所示的氣流流向流動。其中流經感 光元件11，激光發射組件35通過激光發射組件安裝槽6安裝在主腔體2中，以使得激光發射 管30發射的激光能夠匯聚在感光元件11的上方，以便感光元件11接受經粉塵散射的散射 光。風道10可以為L形，所述用L形風道10的中間夾角可以為鈍角，如此光線不會從風扇3照 射到感光元件11上，影響檢測精度。所述風道10的尾部開透氣孔27,以使空氣流從透氣孔27 流出，透氣孔27可以如圖3所示。
[0054] 如圖4所示，主腔體2可以包括上蓋18和主體25,其中入氣口 15可以位于上蓋18上 或主體25上。空氣流從入氣孔15進入主腔體2,然后可以通過電路板21上的進氣孔17進而風 道10,圖6示出了通過感光元件11的空氣流的氣流流向。
[0055]如圖7所示，上蓋18可以包括擋板20，空氣流被擋板20阻擋后，通過電路板21上的 進氣孔17進入主腔體2中。擋板20可以對大顆粒粉塵和雜物進行阻擋，避免對空氣流中特定 顆粒(例如PM2.5)的檢測。
[0056]另外，如圖8所示，主腔體2可以被金屬外殼26包裹，金屬外殼26通過連接槽8使用 導電材料與電路板21的GND相連，以便屏蔽干擾，提高傳感器的穩定性。在一種實施方式中， 連接材料可以為金屬彈簧，連接槽8中裝配金屬彈簧，彈簧一端連接電路板21，另一端連接 金屬外殼20。
[0057]以下參考圖9a至圖9c來描述激光發射組件35。如圖所示激光發射管30安裝在激光 發射管安裝槽31上;激光發射組件35靠近激光發射管30的壁上具有散熱孔，以避免溫度對 激光發射管30功率產生影響。激光發射組件35上設置有檢測孔28,感光元件11可以安裝對 應在檢測孔28的下方，位于電路板21上。
[0058]其中，所述透鏡組件可以包括一個透鏡或兩個透鏡，在包括兩個透鏡的情況下，第 一透鏡，用于匯聚所述述光發射管發射的光;第二透鏡，位于所述光發射管和所述第一透鏡 之間，用于使得所述光發射管發射的光與所述第一透鏡的光軸平行。
[0059]所述光發射組件35還可以包括:前置光闌27和后置光闌29,以防止光反射。沿著所 述光發射管發射的光的路徑方向，所述后置光闌29位于所述透鏡組件35中第一個透鏡的下 游，所述前置光闌位于所述前置光闌和所述透鏡組件中匯聚所述光的透鏡的下游。
[0060] 以下將參考圖10和圖11通過【具體實施方式】介紹透鏡組件包括一個透鏡的情況下 檢測距離的確定。
[0061] 圖中檢測點40為激光通過透鏡36后匯聚的點，感光元件11位于檢測點40下方，感 光元件11與透鏡36的檢測距離L及檢測點40至透鏡36的距離。對于以特定功率的激光發射 管30,針對同一透鏡，如果激光發射管30處于不同位置，透鏡36匯聚光的檢測點40也會改 變。在透鏡組件包括一個透鏡的情況下，沿著激光的路徑方向，前置光闌27和后置光闌29位 于透鏡36的下游。
[0062]在實踐過程中，發明人發現，在一個透鏡的情況下，檢測點40不同，粉塵傳感器1的 分辨率也不同。因此，通過以下實驗獲得:在所述光發射管的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍 內且所述透鏡的直徑為6mm的情況下，所述檢測距離L為12mm時粉塵傳感器分辨率最高；以 及在所述光發射管的功率位于3.2mw至3.8mw的范圍內且所述透鏡的直徑為6mm的情況下， 所述檢測距離L為15mm時粉塵傳感器分辨率最高。當然，本領域技術人員可以根據不同的光 發射管的功率及透鏡的直徑來確定合適的檢測距離L。
[0063]通過改變激光發射管30與透鏡36的距離來改變檢測距離L，記錄不同檢測距離下 粉塵傳感器的檢測結果，將檢測結果與標準儀器的檢測值相比較獲得誤差值，然后將不同 檢測距離L的誤差值進行比較，誤差值最小對應的檢測距離L即為使得粉塵傳感器1達到最 高分辨率的值。
[0064] 表1至表4給出了激光發射管的功率位于2 ? 2mw至2 ? 8mw的范圍內且所述透鏡的直 徑為6_的情況下不同檢測距離L時粉塵傳感器的誤差。
[0075] 通過表1至表4可以得出，在激光發射管30的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍內且透 鏡36的直徑為6mm的情況下，所述檢測距離L為12mm時，粉塵傳感器的分辨率最高。在上述實 驗中可以采用650波段激光發射管，當然并不限于該波段。
[0076] 表5至表8給出了激光發射管的功率位于3 ? 2mw至3 ? 8mw的范圍內且所述透鏡的直 徑為6_的情況下不同檢測距離L時粉塵傳感器的誤差。
[0077]表 5
[0086] 通過表1至表4可以得出，在激光發射管30的功率位于3 ? 2mw至3 ? 8mw的范圍內且透 鏡36的直徑為6mm的情況下，所述檢測距離L為15mm時，粉塵傳感器的分辨率最高。
[0087] 以下將參考圖12和圖13通過【具體實施方式】介紹透鏡組件包括兩個透鏡的情況下 檢測距離的確定。
[0088]如圖12和圖13所示，透鏡38準直激光發射管30發射的光，使其平行于透鏡37,透鏡 37將平行光匯聚至檢測點40(即透鏡37的焦點），感光元件11與透鏡37的檢測距離L及檢測 點40至透鏡37的距離（即透鏡37的焦距）。對于以特定功率的激光發射管30,不同的匯聚透 鏡(具有不同焦距），匯聚的檢測點40也會不同。在透鏡組件包括兩個透鏡的情況下，沿著激 光的路徑方向，依次是透鏡38、后置光闌29、透鏡37、前置光闌27。
[0089]在實踐過程中，發明人發現，在兩個透鏡的情況下，檢測點40不同，粉塵傳感器1的 分辨率也不同。因此，通過以下實驗獲得:在所述光發射管的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍 內的情況下，所述檢測距離L為8mm時粉塵傳感器分辨率最高；以及在所述光發射管的功率 位于3 ? 2mw至3 ? 8mw的范圍內的情況下，所述檢測距離L為12mm時粉塵傳感器分辨率最高。當 然，本領域技術人員可以根據不同的光發射管的功率來確定合適的檢測距離L。
[0090] 通過改變透鏡36 (即改變透鏡36的焦距）來改變檢測距離L，記錄不同檢測距離下 粉塵傳感器的檢測結果，將檢測結果與標準儀器的檢測值相比較獲得誤差值，然后將不同 檢測距離L的誤差值進行比較，誤差值最小對應的檢測距離L即為使得粉塵傳感器1達到最 高分辨率的值，而焦距為該檢測距離L的透鏡則為該功率條件下能夠使得粉塵傳感器分辨 率達到最高的透鏡。
[0091 ]表9至表12給出了激光發射管的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍內的情況下不同檢 測距離L(具有不同焦距的透鏡37)時粉塵傳感器的誤差。
[0092]表 9
[0102] 通過表9至表12可以得出，在激光發射管30的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍內的 情況下，所述檢測距離L為8mm(即采用焦距為8mm的透鏡作為透鏡37)時，粉塵傳感器的分辨 率最高。
[0103] 表13至表16給出了激光發射管的功率位于3.2mw至3.8mw的范圍內的情況下不同 檢測距離L(具有不同焦距的透鏡37)時粉塵傳感器的誤差。
[0113] 通過表13至表16可以得出，在激光發射管30的功率位于3.2mw至3.8mw的范圍內的 情況下，所述檢測距離L為12mm(即采用焦距為12mm的透鏡作為透鏡37)時，粉塵傳感器的分 辨率最高。
[0114] 應該注意的是本發明并不限于上述激光發射管的功率，因而也不限于上述檢測距 離L。
[0115] 以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實 施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡 單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
[0116] 另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可 能的組合方式不再另行說明。
[0117]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本 發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【主權項】
1. 一種粉塵傳感器，其特征在于，所述粉塵傳感器包括： 風道，待測粉塵含量的空氣流在風道中流通； 光發射組件，包括： 光發射管，用于發射光以照射所述風道中流通的空氣流，及 透鏡組件，位于所述光的光路上，用于匯聚所述光發射管發射的光； 感光元件，位于所述風道中，用于接收所述光照射粉塵后產生的散射光；以及 處理元件，基于所述散射光確定粉塵含量， 其中，所述感光元件與所述透鏡組件中匯聚所述光的透鏡的檢測距離使得所述粉塵傳 感器的分辨率最高。2. 根據權利要求1所述的粉塵傳感器，其特征在于，所述透鏡組件包括一個透鏡。3. 根據權利要求2所述的粉塵傳感器，其特征在于， 在所述光發射管的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍內且所述透鏡的直徑為6mm的情況 下，所述檢測距離為12mm;以及 在所述光發射管的功率位于3.2mw至3.8mw的范圍內且所述透鏡的直徑為6mm的情況 下，所述檢測距離為15mm。4. 根據權利要求1所述的粉塵傳感器，其特征在于，所述透鏡組件包括： 第一透鏡，用于匯聚所述述光發射管發射的光； 第二透鏡，位于所述光發射管和所述第一透鏡之間，用于使得所述光發射管發射的光 與所述第一透鏡的光軸平行。5. 根據權利要求4所述的粉塵傳感器，其特征在于， 在所述光發射管的功率位于2.2mw至2.8mw的范圍內的情況下，所述檢測距離及所述第 一透鏡的焦距為8mm;以及 在所述光發射管的功率位于3.2mw至3.8mw的范圍內的情況下，所述檢測距離及所述第 一透鏡的焦距為12mm。6. 根據權利要求1所述的粉塵傳感器，其特征在于，所述粉塵傳感器還包括:主腔體，所 述風道、所述光發射組件、所述感光元件及所述處理元件位于所述主腔體中， 其中所述主腔體的前壁上設置有入氣口，所述主腔體的后壁上設置有出氣口。7. 根據權利要求6所述的粉塵傳感器，其特征在于，所述粉塵傳感器還包括:抽氣裝置， 位于所述出氣口處，用于將所述空氣流從所述入氣口引入、經過所述風道從出氣口流出。8. 根據權利要求1所述的粉塵傳感器，其特征在于，所述主腔體中設置有光陷阱，用于 吸收所述光發射管發射的光，所述透鏡組件位于所述光陷阱和所述光發射管之間。9. 根據權利要求1所述的粉塵傳感器，其特征在于，所述粉塵傳感器還包括熱敏電阻， 用于檢測待測粉塵所在環境的溫度。10. 根據權利要求1-9中任一項所述的粉塵傳感器，其特征在于，所述光發射組件還包 括:前置光闌和后置光闌，沿著所述光發射管發射的光的路徑方向，所述后置光闌位于所述 透鏡組件中第一個透鏡的下游，所述前置光闌位于所述前置光闌和所述透鏡組件中匯聚所 述光的透鏡的下游。
【文檔編號】G01N15/06GK106053311SQ201610674439
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月16日 公開號201610674439.1, CN 106053311 A, CN 106053311A, CN 201610674439, CN-A-106053311, CN106053311 A, CN106053311A, CN201610674439, CN201610674439.1
【發明人】周宏明, 沈志聰, 劉明亮, 彭爍
【申請人】廣東美的制冷設備有限公司, 美的集團股份有限公司