空气粒子检测装置和空气粒子检测方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及空气粒子检测，具体地涉及一种利用激光散射法来进行粒子浓度分析的空气粒子检测装置和空气粒子检测方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的飞速发展，全球空气质量正在不断劣化。空气中的各种粒子很多都是对健康有害的。因此市场上出现了很多对空气粒子进行检测的装置。尤其是因为目前备受关注的PM2.5使人们更加重视空气质量对于健康的影响，近年来市场上出现了很多种PM2.5粒子检测仪，空气检测仪技术得到快速发展和广泛应用。
[0003]现有的常规空气检测仪主要有以下两种:
[0004]1、光散射计数式。通过散射光，计算出空气中粒子数目，乘以比例系数得到质量浓度。这种方法获得结果较快，但在当空气中粒子种类、性质、工艺流程等条件有变化时，必须进行LD 98-1996第6.4条规定的K值的重新测定，而这一重新测定往往需要数小时之久。
[0005]2、滤膜称重式。即使一定体积的空气通过已知质量的滤膜，悬浮于空气中的颗粒物被阻留在滤膜上，根据滤膜增加的质量和通过滤膜空气的体积，确定空气中总悬浮颗粒物的质量浓度。但是这种采样方法需要一定的空气通过滤膜的时间。在采样的过程中，空气的颗粒也因为采样而减少造成检测的误差。同时在使用一段时间后，消费者必须对滤膜进行清洁或更换。
【发明内容】
[0006]鉴于以上问题提出了本发明，本发明的目的是克服以上两种产品技术的缺陷，能够快速、实时地得出空气中粒子质量浓度，并且在空气中粒子种类、性质、工艺流程等条件有变化时，无需进行LD 98-1996第6.4条规定的K值的重新测定，填补了空气粒子检测领域上对空气粒子实时、高精度、一致性检测的空白。
[0007]本发明的一方面提供了一种空气粒子检测装置，包括:空气入口 ；风道，为空气从空气入口进入后的流动通道；该风道被设置为至少包括沿第一方向延伸的第一风道和沿第二方向延伸的第二风道；激光光源，其用于对流经风道的空气进行激光照射；光学传感器，其设置在风道中，用于检测由激光照射空气所产生的散射光，并将光信号转换为电信号；空气出口 ；风扇，其设置在空气出口侧，用于将空气吸入和排出该空气粒子检测装置；控制部，其通过对光学传感器发送来的电信号进行处理来检测空气中的粒子的质量浓度。
[0008]优选的是，进入所述第二风道的空气中的粒子的速度与粒子的质量成反比，与粒子的横截面积成正比。
[0009]优选的是，所述控制部根据包含在所述电信号中的脉冲数量来确定粒子个数，根据脉冲峰值强度来确定粒径，并根据脉冲宽度和所得的粒径来得到粒子质量。
[0010]优选的是，所述激光光源照射方向与风道垂直。
[0011]优选的是，所述第一风道位于所述空气入口附近，所述第二风道与所述激光光源的照射区域相对应。
[0012]优选的是，所述光学传感器位于所述第二风道中。
[0013]优选的是，所述第一风道和所述第二风道的连接处形成有弯口，从该弯口出来的空气恰好被所述激光光源照射。
[0014]优选的是，本发明的空气粒子检测装置还包括供电单元，用于对所述风扇、所述激光光源、所述光学传感器、所述控制器进行供电。
[0015]优选的是，本发明的空气粒子检测装置还包括显示单元，用于显示检测到的粒子的质量浓度。
[0016]优选的是，所述控制部根据所述光学传感器发送的电信号来控制所述激光光源、所述风扇和所述显示单元。
[0017]优选的是，所述显示单元还显示空气优良等级。
[0018]本发明的另一方面提供了一种空气粒子检测方法，包括:设置风道；使待测空气通过该风道；用激光照射该风道中的粒子，产生反射光；用光学传感器接收反射光；根据反射光的信息计算粒子质量浓度；其特征在于，设置风道还包括:设置风道，使得粒子的质量与粒子的速度相关。
[0019]优选的是，在该空气粒子检测方法中，所述相关包括粒子的速度与粒子的质量成反比、与粒子的横截面积成正比。
【附图说明】
[0020]附图与文字描述一起用来对本发明的实施方式作进一步的说明。其中
[0021]图1是根据本发明第一实施方式的空气粒子检测装置的立体图；
[0022]图2是沿着图1的3-3线切开的分解图，示出了空气粒子检测装置的内部结构；
[0023]图3是沿着图1的3-3线截取的截面图；
[0024]图4是根据本发明第一实施方式的空气粒子检测装置的电路结构图；
[0025]图5是示出当粒子通过光路时，其反射光所产生的光脉冲波形。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图详细说明本发明的实施方式。在所有附图中，相同标号表示相同元件，并省略其重复说明。
[0027](I)工作原理
[0028]本发明采用了激光照射大气中的细颗粒物来进行检测的技术，通过激光对空气中的颗粒进行照射，使高精密的光学传感器能对粒子的粒径、反光强度等信息进行检测，达到了高精度捕获粒子运动状态、体积、质量等信息，具有精度高、实时性好、操作简单等优势，具有解决了国内相关领域低成本高精度实时检测的问题的意义。
[0029]气体对流系统使外界空气以均匀速度通过风道。风道中设有高精度光学传感器以获得粒子的反光强度信息。反光强度信息可用于确定粒径。
[0030]风道采用特殊设计，使粒子的速度向量与质量负相关，质量越大的粒子在空气中运动的速度越慢，所以称反比关系即负相关。从而由速度向量得到粒子质量信息。
[0031]同时通过光学传感器测得的单位时间内流过的粒子数量，加以统计学原理，继而计算出粒径符合要求的总的粒子质量。
[0032]光学传感器将光信号转变成电信号，并将电信号给控制器。控制器处理所接收到的电信号并且据此来控制激光光源、风扇和显示屏。
[0033]因为整体通风量与风道相关，为已知条件，所以能实时得到空气中所关注的粒子的质量浓度。
[0034](2)装置结构
[0035]图1是根据本发明实施方式的空气粒子检测装置的立体图。如图1所示，该实施方式的空气粒子检测装置包括显示屏1、按键2、防滑凹槽4。显示屏I用于显示结果和基本信息。按键2包括电源、按住/选择、模式三个按键。防滑凹槽4的目的是方便拿取该装置、防止滑落。
[0036]图2是沿着图1的3-3线切开的分解图，示出了空气粒子检测装置的内部结构。如图2所示，该实施方式的空气粒子检测装置由装置前壳10和装置后壳9构成。空气从进风口 5进入装置中，然后经过特殊的内部结构。激光灯8发出激光照射在进入装置的空气粒子上。空气粒子被激光照射而产生散射光，散射光照射到光学传感器7上。可以经过算法计算出粒径和粒子质量。空气从出风口6排出装置外部。
[0037]下面结合图3详细描述该实施方式的空气粒子检测装置的结构。
[0038]图3是沿着图1的3-3线截取的截面图。如图3所示，空气沿箭头方向从进风口 5进入空气粒子检测装置中的窄风道。在图3中，窄风道在水平方向的宽度明显小于在垂直方向上的长度。窄风道由隔板11和14构成。随后，空气流经由隔板12和隔板13构成的弯口。激光光源8固定在底座19上，因此激光光源8在空气粒子检测装置中的位置不变且不会晃动，并且与光学传感器7在一条垂直线上。
[0039]当空气流经由隔板12和隔板13构成的弯口时，激光照射在弯口附近的空气粒子上，被激光照射的粒子产生了散射光。这些散射光入射在光学传感器7上。控制器(图中未示出)将光学传感器7产生的光信号转化成电信号。通过对所得到的电信号进行处理，可以得到所需要的粒径和粒子数量的信息。
[0040]空气被照射时处在由隔板14、15和塑料筋16(塑料筋具有隔离光照的作用，但不阻碍空气的流动)组成的空间区域内。空气在离心风扇17的作用下穿过塑料筋16和离心风扇17到达出气口 6，从而排出到装置外部。至此完成了一次完整的检测空气粒子的过程。
[0041]如上所述，隔板11和隔板14组成了窄风道，隔板14、15和塑料筋16组成了宽风道。
[0042]此外，该实施方式的空气粒子检测装置还包括锂电池18，用于给该装置供电。
[0043]离心风扇17和激光光源8成对角线方向设置，也就是说，离心风扇17和激光光源8分别放置于设备的两个处在同一对角线的顶角上，例如左上角和右下角，或者左下角和右上角。这样的构造可以为风道留下足够的空间，更方便实现激光照射方向垂直于风道空气流动方向。这样当离心风扇17以一定转速转动时，空气从进风口 5沿着由隔板11和隔板14组成的窄风道集中进入到空气粒子检测装置中由隔板14、15和塑料筋16组成的宽风道中。另外，还保证了空气粒子集中被激光照射并反射在设置于弯口附近的光学传感器上。
[0044]实施方式I的这种结构具有明显优势。具体来讲，如果改变离心风扇17和激光光源8的相对位置，比如变为垂直方向，也就是说，离心风扇17和激光光源8分别放置于设备的两个不处在同一对角线的顶角上，比如都放在图中左边的顶角上，就会压缩风道的空间，从而增加设计的难度，并且进入到空气粒子检测装置的空气不能集中地被激光光源照射。
[0045]如果空气粒子检测装置内部没有设置这种由隔板11、14围成的窄风道，则空气从进风口 5直接进入到由隔板14、15和塑料筋16组成的空间区域内。激光光源8照射由隔板14、15和塑料筋16组成的空间区域内的空气，这时分布在上述空间的只是分散的、不集中的空气。激光照射在分散的空气上，光学传感器7接收到的反射光也是不集中的，因此产生了少量的光信号，不利于统计分析当前时刻的空气中粒子的含量，得出的值也不够精准。
[0046]另外，窄风道和宽风道的连接处有一个小的弯口，空气通过弯口出来恰好集中被激光光源8照射，此时大部分空气粒子会被激光光源8照射，然后反射到光学传感器7上。如果没有这种风道结构，进入空气粒子检测装置的空气会分散，那么激光光源8照射时只有少部分粒子会被照射到。对少量数据进行分析不利于数据统计，因此得到的粒子质量浓度不准确。
[0047](3)电路结构
[0048]本发明实施方式的空气粒子检测装置由开关电路、供电模块、风扇模块、检测模块、屏幕模块、锂电池充电模块等组成。下面参照图4来进一步详细说明空气粒子检测装置的电路结构。
[0049]如图4所示，锂电池充电模块和供电电池给整个电路供电，提供3.7V电压，然后经过升压芯片升压以向其他电路模块供电。具体来讲，
[0050](I)电池电压经由升压芯片被升至5