CN104266948A - 颗粒物传感器及颗粒物监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种颗粒物传感器及颗粒物监测方法，所述颗粒物传感器包括：上盖和底座，所述上盖和底座形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间；所述气流通道与所述光传输通道相互垂直，并且所述气流通道与所述光传输通道相交区域正下方设置有光电探测器；所述光传输通道一端设置有激光器，另一端设置有光吸收装置；所述PCB电路与所述光电探测器相连；采用激光器输出的激光光束作为颗粒物传感器中的监测光源，由于激光是准直光，发散角小，单位面积光能量密度高，即使监测PM2.5或者直径更小的颗粒物时，颗粒物散射激光所产生的光信号也可以被光电探测器监测到，提高了颗粒物传感器监测空气中PM2.5或者直径更小的颗粒物的精确度。

Description

颗粒物传感器及颗粒物监测方法

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别是涉及一种颗粒物传感器及颗粒物监测方法。

背景技术

目前，颗粒物传感器主要用于工业上对矿山或者水泥厂等场所对粉尘浓度进行连续监测。当监测到粉尘浓度超过一定限度时，需要采取降尘措施，防止由于粉尘浓度过高所带来的粉尘爆炸等问题。

传统的颗粒物传感器，如美国GE(General Electric Company)公司的SM-PWM-01A，Sharp公司的GP2Y1010，以及Sanyoung公司的DSM510等，都是基于红外光散射法的颗粒物传感器。如图1所示，颗粒物传感器由红外发光二极管(LED)、两个聚焦透镜、红外探测器以及信号处理电路组成。其中，LED光信号被第一聚焦透镜汇聚后的传输方向与红外光探测器接收光信号的方向有一定夹角。当没有任何颗粒物进入颗粒物传感器时，红外探测器无法接收到LED输出的光信号。当有颗粒物进入LED输出的光信号出射方向所照射的区域时，颗粒物对LED输出的光信号进行散射，会有部分散射光信号被第二聚焦透镜汇聚后由红外探测器所接收。红外探测器将接收到的散射光信号转换成电信号，输出至信号处理电路进行放大处理得到一个电脉冲信号，对所述电脉冲信号进行统计获得外部环境中的颗粒物个数。

但是，本领域技术人员在采用上述颗粒物传感器监测颗粒物个数时，发现有如下缺点：

采用红外LED作为颗粒物传感器中的监测光源，虽然经过透镜聚焦，但是监测光源的探测面积较大，光信号在探测区域单位面积的光能量密度较低，仅适用于工矿企业中对直径较大的颗粒物或者高浓度粉尘的监测。而监测小于1μm直径的颗粒物时，由于颗粒物所散射的光信号的光能量很小，红外探测器无法监测到，导致上述颗粒物传感器在监测直径小于1μm的颗粒物时，灵敏度很低。因此，上述基于红外LED的颗粒物传感器在监测PM2.5颗粒物的浓度时，监测结果误差较大。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种颗粒物传感器及颗粒物监测方法，从而采用激光器作为光源监测颗粒物的浓度，提高监测空气中PM2.5或者直径更小的颗粒物浓度的精确度。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

一种颗粒物传感器，所述颗粒物传感器包括：

上盖和底座，所述上盖和底座形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间；

所述气流通道与所述光传输通道相互垂直，并且所述气流通道与所述光传输通道相交区域正下方设置有光电探测器；

所述光传输通道一端设置有激光器，另一端设置有光吸收装置；

所述PCB电路与所述光电探测器相连；

携带颗粒物的监测气流从气流通道一端进入，穿过所述气流通道与所述光传输通道的相交区域时，光传输通道上的由激光器输出的激光光束照射在所述监测气流中的颗粒物发生散射，光电探测器接收颗粒物对所述激光光束的散射的光信号，将所述光信号转化成电信号发送至PCB电路，所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果，透过所述监测气流的剩余的激光光束被光吸收装置吸收，所述监测气流从所述气流通道的另一端排出。

可选的，所述颗粒物传感器还包括：

所述避光空间的气流通道的一端设置有一个采样喇叭口，所述气流通道的另一端设置有一个腔室，所述腔室远离气流通道的一端设置有抽气风扇；

所述抽气风扇将所述腔室中的空气排出颗粒物传感器，以使得所述腔室中的气压低于所述颗粒物传感器外部气压，监测气流从所述采样喇叭口进入所述气流通道，所述采样喇叭口、所述气流通道、所述腔室以及所述抽气风扇实现在颗粒物传感器中形成恒定流速的监测气流。

可选的，所述颗粒物传感器还包括：

聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在激光器的激光光束输出口，用于将所述激光光束聚焦在所述气流通道和所述光传输通道的相交区域。

可选的，所述颗粒物传感器还包括：

监测结果显示器，所述监测结果显示器与所述PCB电路相连，设置在所述颗粒物传感器的上盖，用于显示所述PCB电路输出的所述监测气流中颗粒物的监测结果。

可选的，所述PCB电路包括：

放大电路和微处理器；

所述放大电路用于对所接收到的电信号进行放大；

所述微处理器用于分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果。

可选的，所述PCB电路还包括：

激光器控制电路以及风扇控制电路，所述激光器控制电路与所述风扇控制电路都与所述微处理器相连；

所述激光器控制电路，用于接收微处理器输出的第一控制信号，所述第一控制信号用于控制激光器的工作状态；

所述风扇控制电路，用于接收微处理器输出的第二控制信号，所述第二控制信号用于控制抽气风扇的工作状态。

可选的，所述光吸收装置包括：

光陷阱或光接收器。

可选的，所述光陷阱包括：

五边形光陷阱，三角形光陷阱或圆形光陷阱。

一种颗粒物监测方法，所述方法包括：

启动激光器在光传输通道中输出激光光束，激光光束照射在所述气流通道与所述光传输通道相交区域的监测气流中的颗粒物发生散射，所述监测气流从气流通道的一端进入；

当光电探测器接收到颗粒物对所述激光光束的散射的光信号时，将所述光信号转换成电信号发送至PCB电路；

所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果；

光吸收装置吸收透过所述监测气流的剩余的激光光束，所述监测气流从所述气流通道的另一端排出。

可选的，所述方法还包括：

启动抽气风扇，所述抽气风扇将腔室中的空气排出，以使得所述腔室中的气压低于外部气压，监测气流从所述采样喇叭口进入所述气流通道，所述采样喇叭口、所述气流通道、所述腔室以及所述抽气风扇实现在颗粒物传感器中形成恒定流速的监测气流。

可选的，所述方法还包括：

监测结果显示器接收PCB电路输出的所述监测气流中颗粒物的监测结果。

可选的，所述PCB电路分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果包括：

所述PCB电路统计预第一预设时间间隔所接收到的放大的电信号的个数；

PCB电路根据恒定流速计算所述监测气流的颗粒物的浓度。

可选的，用颗粒物传感器预先标定多种直径的颗粒物所散射的光信号所产生的电信号的电压区间，所述PCB电路分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果包括：

PCB电路分析每个所接收到的放大后的电信号的电压所属的电压区间；

PCB电路根据所述电信号的电压所属的电压区间确定产生所述电信号的颗粒物的直径；

PCB电路统计第二预设时间间隔中所述监测气流中每种直径的颗粒物的数量；

PCB电路根据恒定流速计算所述监测气流中每种直径的颗粒物的浓度。

通过上述技术方案可知，本发明有如下有益效果：

本发明提供了一种颗粒物传感器及颗粒物监测方法，所述颗粒物传感器包括：上盖和底座，所述上盖和底座形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间；所述气流通道与所述光传输通道相互垂直，并且所述气流通道与所述光传输通道相交区域正下方设置有光电探测器；所述光传输通道一端设置有激光器，另一端设置有光吸收装置；所述PCB电路与所述光电探测器相连；携带颗粒物的监测气流从气流通道一端进入，穿过所述气流通道与所述光传输通道的相交区域时，光传输通道上的由激光器输出的激光光束照射在所述监测气流中的颗粒物发生散射，光电探测器接收颗粒物对所述激光光束的散射的光信号，将所述光信号转化成电信号发送至PCB电路，所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果，透过所述监测气流的剩余的激光光束被光吸收装置吸收，所述监测气流从所述气流通道的另一端排出，采用激光器输出的激光光束作为颗粒物传感器中的监测光源，由于激光是准直光，与红外LED光源相比，发散角小，单位面积光能量密度高，即使监测PM2.5或者直径更小的颗粒物时，颗粒物散射激光所产生的光信号也可以被光电探测器监测到，提高了颗粒物传感器监测空气中PM2.5或者直径更小的颗粒物的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术颗粒物传感器结构示意图；

图2为本发明一种颗粒物传感器第一个实施例结构示意图；

图3为本发明一种颗粒物传感器第二个实施例结构示意图；

图4为本发明一种颗粒物传感器第三个实施例结构示意图；

图5为本发明一种颗粒物传感器第四个实施例结构示意图；

图6为本发明一种颗粒物传感器中PCB电路第一实例结构示意图；

图7为本发明一种颗粒物传感器中PCB电路第二实例结构示意图；

图8为本发明一种颗粒物监测方法实施例二流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种颗粒物传感器及颗粒物监测方法，采用激光器输出的激光光束作为颗粒物传感器中的监测光源，提高了颗粒物传感器监测空气中PM2.5或者直径更小的颗粒物的精确度。

现有技术中，采用红外LED作为颗粒物传感器中的监测光源，虽然经过透镜聚焦，但是监测光源的探测面积较大，光信号在探测区域单位面积的光能量密度较低，仅适用于工矿企业中对直径较大的颗粒物或者高浓度粉尘的监测。而监测小于1μm直径的颗粒物时，由于颗粒物所散射的光信号的光能量很小，红外探测器无法监测到，导致上述颗粒物传感器在监测直径小于1μm的颗粒物时，灵敏度很低。因此，上述基于红外LED的颗粒物传感器在监测PM2.5颗粒物的浓度时，监测结果误差较大。

下面结合附图对本发明具体实施例进行详细说明。

实施例一

图2为本发明一种颗粒物传感器实施例一结构示意图，所述颗粒物传感器包括：

上盖201和底座202，所述上盖201和底座202形成一个包括气流通道203和光传输通道204的避光空间。

颗粒物传感器的避光空间是由上盖201和底座202两部分组合在一起形成的，上盖201和底座202所形成的避光空间中包括气流通道203和光传输通道204。

如图2所示，所述气流通道203是由上盖201的一个半圆凹槽与底座202的一个半圆凹槽所形成的一个贯穿于颗粒物传感器的圆柱形通道。这里需要说明的是，所述气流通道203并不仅限于图2中所示的圆柱形通道，也可以是横截面为矩形或六边形等其他形状的通道。形成所述气流通道203的上盖201和底座202的凹槽并不仅限于如图2所示的对称分布，也可以上盖201上的凹槽为小半圆，底座202上的凹槽为大半圆；还可以是上盖201上的凹槽为大半圆，底座202上的凹槽为小半圆，只要保证上盖201与底座202的凹槽可以形成贯穿于颗粒物传感器的气流通道203即可。

如图2所示，光传输通道204也是由上盖201的一个半圆凹槽与底座202的一个半圆凹槽所形成的一个圆柱形通道。当然，所述光传输通道204也可以是横截面为矩形或六边形等其他形状的通道。形成所述光传输通道204的上盖201和底座202的凹槽并不仅限于如图2所示的对称分布，也可以上盖201上的凹槽为小半圆，底座202上的凹槽为大半圆；还可以是上盖201上的凹槽为大半圆，底座202上的凹槽为小半圆，只要保证上盖201与底座202的凹陷可以形成光传输通道204即可。

所述气流通道203与所述光传输通道204相互垂直，并且所述气流通道203与所述光传输通204道相交区域正下方设置有光电探测器205。

所述光传输通道204一端设置有激光器206，另一端设置有光吸收装置207。

所述PCB电路与所述光电探测器205相连。

这里需要说明的是，设定与底座202所在的平面垂直并且指向所述底座202外部的方向为下方，如图2所示。

所述气流通道203与所述光传输通道204相互垂直，并且形成一个相交区域。在所述相交区域的正下方设置有光电探测器205，光电探测器205所在的平面低于光信号传输通道204的最低点。这样，在气流通道203中没有携带颗粒物的监测气流时，激光器206输出的激光光束在所述光传输通道204中传输，由于光的直线传播特性，激光光束最终被传输通道204另一端的光吸收装置207吸收，不会照射到位于光信号传输通道204下方的光电探测器205。

气流通道203与光传输通道204相互垂直设置，光电探测器205设置在气流通道203与光传输通道204相交区域的正下方，所述与现有技术中采用红外LED光源与红外探测器设置一定的夹角相比，所占用的空间小，减小了颗粒物传感器的体积。

当气流通道203中有携带颗粒物的监测气流通过时，穿过气流通道203与光传输通道204的相交区域的颗粒物对光传输通道204中的激光光束进行散射，光电探测器205接收散射的光信号，并将所述光信号转换成电信号发送至PCB电路，所述PCB电路将所述光信号放大后进行分析得到颗粒物的监测结果。其中，PCB电路设置在光电探测器205的下方的底座202上，与所述光电探测器205相连。

由于激光器206所输出的激光光束的横截面直径很小，单位面积的光能量密度很高。所述气流通道203和所述光传输通道204有监测气流通过时，监测气流中的少部分颗粒物穿过激光光束的照射区域，每个颗粒物穿过激光光束照射区域产生散射的光信号都可以被光电探测器205监测到，并且颗粒物穿过激光光束照射区域的时间很短(μs量级)，因此，光电探测器205会将接收到的光信号转换成一个μs量级的电信号，PCB电路对所述电信号进行放大后分析就可以的得到监测气流中颗粒物的监测结果。

对于PM2.5或者比PM2.5直径更小的颗粒来说，由于激光器206输出的激光光束的单位面积光能量密度很高，即使颗粒物的直径很小，颗粒物对激光光束散射所产生的光信号的能量也足以被光电探测器205监测到，提高颗粒物的监测精度。而现有技术中，采用红外LED作为探测光源时，红外LED单位面积光能量密度较小，颗粒物红外LED的光束进行散射所产生的光信号的能量更小，由于光电探测器205的监测精度限制，很难监测到颗粒物散射的光信号，导致监测结果不准确。

光吸收装置207用于吸收透过监测气流通过光传输通道204传输的激光光束。激光器206输出的激光光束虽然在照射到所述气流通道203与所述光传输通204相交区域的监测气流中的颗粒物会发生散射，但是只有小部分的激光光束被散射，大部分的激光光束还会沿着光传输通路204继续传输，颗粒物传感器的体积有限，需要采用光吸收装置207吸收未被散射的大部分激光光束。

其中，所述光吸收装置207包括：

光陷阱或光接收器。

可选的，所述光陷阱包括：

五边形光陷阱，三角形光陷阱或圆形光陷阱。

一般情况下，颗粒物传感器中的光吸收装置207采用的是五边形光陷阱，这里需要说明的是，光吸收装置207并不仅限于五边形光陷阱，还可以采用三角形光陷阱或者圆形光陷阱等其他形状的光陷阱，而且除了采用光陷阱作为光吸收装置207以外，还可以采用光接收器等其他可以接收激光光束的装置。

下面对本发明所提供的颗粒物传感器对监测气流中的颗粒物进行监测的过程进行说明：

携带颗粒物的监测气流从气流通道203一端进入，穿过所述气流通道203与所述光传输通道204的相交区域时，光传输通道204上的由激光器206输出的激光光束照射在所述监测气流中的颗粒物发生散射，光电探测器205接收颗粒物对所述激光光束的散射的光信号，将所述光信号转化成电信号发送至PCB电路，所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果，透过所述监测气流的剩余的激光光束被光吸收装置207吸收，所述监测气流从所述气流通道204的另一端排出。

如图3所示，在一个具体的实施例中，所述颗粒物传感器还包括：

所述避光空间的气流通道203的一端设置有一个采样喇叭口301，所述气流通道203的另一端设置有一个腔室302，所述腔室302远离气流通道的一端设置有抽气风扇303。

所述抽气风扇303将所述腔室302中的空气排出颗粒物传感器，以使得所述腔室302中的气压低于所述颗粒物传感器外部气压，监测气流从所述采样喇叭口301进入所述气流通道203，所述采样喇叭口301、所述气流通道203、所述腔室302以及所述抽气风扇303实现在颗粒物传感器中形成恒定流速的监测气流。

这里需要说明的是，抽气风扇303也可以将外部空气抽进腔室302，利用腔室302的气压，在所述气流通道203中形成与上述气流方向相反的气流，即空气从所述抽气风扇303进入，流经腔室302，经由气流通道203，从采样喇叭口301流出。

如图3所示，颗粒物传感器除了包括光电探测器205、激光器206、光吸收装置207以及相互垂直的气流传输通道203和光传输通道204以外，进一步的，还包括采样喇叭口301、腔室302以及抽气风扇303。

采样喇叭口301主要是为了均衡不同地方的空气中颗粒物浓度不同。抽气风扇303启动后，将腔室302中的空气排出颗粒物传感器，腔室302中产生负压，监测气流从采样喇叭口301进入，经过气流通道203进入腔室302。恒定抽气风扇303的抽气速率，可以在气流传输通道203中形成恒定流速的监测气流。这样，PCB电路不仅可以监测到所述监测气流中的颗粒物，还可以统计第一预设时间间隔中监测到的颗粒物个数，根据恒定流速计算第一预设时间间隔中所监测的监测气流的体积，从而算出监测气流中颗粒物的浓度。

如图4所示，在另一具体的实施例中，所述颗粒物传感器还包括：

聚焦透镜401，所述聚焦透镜设置在激光器的激光光束输出口，用于将所述激光光束聚焦在所述气流通道和所述光传输通道的相交区域。

所述聚焦透镜401设置在激光器206的激光光束输出口，对输出的激光光束进行聚焦，焦点位于所述气流通道203和光传输通道204的相交区域。经过聚焦透镜401聚焦后的激光光束的横截面直径小于1mm，进一步提高激光光束照射在相交区域单位面积上的光能量密度。也就可以增大颗粒物散射的光信号的能量大小，进一步提高颗粒物传感器的监测精度。

如图5所示，在另一具体的实施例中，所述颗粒物传感器还包括：

监测结果显示器501，所述监测结果显示器与所述PCB电路相连，设置在所述颗粒物传感器的上盖，用于显示所述PCB电路输出的所述监测气流中颗粒物的监测结果。

监测结果显示器501可以设置在颗粒物传感器的上盖201上，监测结果显示器501与PCB电路相连，接收PCB电路输出的监测结果进行显示。这样可以方便的查看监测气流中所监测到的颗粒物，或监测气流中颗粒物的浓度等监测结果。

如图6所示，在另一具体的实施例中，所述PCB电路包括：

放大电路601和微处理器602；

所述放大电路601用于对从光电探测器205所接收到的电信号进行放大；

所述微处理器602用于分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果。

放大电路601与光电探测器205相连，用于接收光电探测器205将散射的光信号转换成的电信号，并对所述电信号进行放大。微处理器602用于接收放大电路601发送的放大后的电信号进行分析，获得监测气流中颗粒物的监测结果。一方面，微处理器602可以统计预第一预设时间间隔所接收到的放大的电信号的个数，根据恒定流速计算所述监测气流的颗粒物的浓度；另一方面，微处理器602可以设置多种直径的颗粒物所散射的光信号所产生的电信号的电压区间，分析每个所接收到的放大后的电信号的电压所属的电压区间，统计第二预设时间间隔中所述监测气流中每种直径的颗粒物的数量，根据恒定流速计算所述监测气流中每种直径的颗粒物的浓度。

可选的，所述微处理器602还用于将所述监测结果发送至监测结果显示器501进行显示。

可选的，所述PCB电路还包括：

激光器控制电路603以及风扇控制电路604，所述激光器控制电路603与所述风扇控制电路604都与所述微处理器相连；

所述激光器控制电路603，用于接收微处理器602输出的第一控制信号，所述第一控制信号用于控制激光器206的工作状态；

所述风扇控制电路604，用于接收微处理器602输出的第二控制信号，所述第二控制信号用于控制抽气风扇303的工作状态。

所述激光器控制电路603分别与微处理器602和激光器206相连，用于接收微处理器602输出的第一控制信号，根据所述第一控制信号控制激光器206的工作状态。控制激光器206的工作状态一般指的是控制激光器206的启动和关闭。

所述风扇控制电路604分别与微处理器602和抽气风扇303相连，用于接收微处理器602输出的第二控制信号，根据所述第二控制信号控制抽气风扇303的工作状态，包括：控制抽气风扇303的开启、关闭以及抽气速率。

如图7所示，在另一具体的实施例中，所述PCB电路包括：

放大电路701、电压比较电路702和微处理器703；

所述放大电路701，用于对从光电探测器205所接收到的电信号进行放大；

所述电压比较电路702，所述电压比较电路702中至少包括一个电压比较器，每个电压比较器与所述微处理器的一个端口相连，每个电压比较器设置一个标准电压区间，当从所述放大电路701所接收到的放大后的电信号属于一个标准电压区间时，此标准电压区间所属的电压比较器向所述微处理器输出所述电信号，每个标准电压区间是由颗粒物传感器预先标定的所要检测的一种直径的颗粒物散射光信号所产生的电信号的电压区间；

所述微处理器703用于分别统计从所述电压比较电路702的每个电压比较器输出的电信号个数获得所述监测气流中颗粒物的监测结果。

不同直径的颗粒物散射光信号所产生的电信号的电压区间不同，采用颗粒物传感器预先标定每种直径的颗粒物所产生的电信号的电压区间作为此直径的颗粒物的标准电压区间。给电压比较电路702中的每个电压比较器设置一个标准电压区间，也就是说，每个电压比较器只能输出属于给此电压比较器设置的标准电压区间的电信号，进而实现识别产生所述电压比较电路702所接收到的电信号的颗粒物的直径。

在此实施例中，当需要检测颗粒物的浓度时，在电压比较电路702的每个电压比较器中设置一个标准电压区间，每个电压标准区间表征一种颗粒物散射光信号所产生的电压信号的电压区间，所述电压标准区间是预先由颗粒物传感器预先标定好的。所述微处理器703分别统计电压比较电路的每个电压比较器输出的电信号的个数即可，可以实现对不同种类的颗粒物进行监测。此实施例与上一个实施例的不同在于，此实施例中，由电压比较电路702实现对不同颗粒物所产生的电信号进行判断，微处理器703只需要进行统计即可；上一个实施例中，微处理器703需要对不同颗粒物所产生的电信号进行判断，再进行统计。

可选的，所述PCB电路还包括：

激光器控制电路603以及风扇控制电路604，所述激光器控制电路603与所述风扇控制电路604都与所述微处理器相连；

所述激光器控制电路603，用于接收微处理器602输出的第一控制信号，所述第一控制信号用于控制激光器206的工作状态；

所述风扇控制电路604，用于接收微处理器602输出的第二控制信号，所述第二控制信号用于控制抽气风扇303的工作状态。

由上述内容可知，本发明具有如下有益效果：

所述颗粒物传感器包括：上盖和底座，所述上盖和底座形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间；所述气流通道与所述光传输通道相互垂直，并且所述气流通道与所述光传输通道相交区域正下方设置有光电探测器；所述光传输通道一端设置有激光器，另一端设置有光吸收装置；所述PCB电路与所述光电探测器相连；携带颗粒物的监测气流从气流通道一端进入，穿过所述气流通道与所述光传输通道的相交区域时，光传输通道上的由激光器输出的激光光束照射在所述监测气流中的颗粒物发生散射，光电探测器接收颗粒物对所述激光光束的散射的光信号，将所述光信号转化成电信号发送至PCB电路，所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果，透过所述监测气流的剩余的激光光束被光吸收装置吸收，所述监测气流从所述气流通道的另一端排出，采用激光器输出的激光光束作为颗粒物传感器中的监测光源，由于激光是准直光，与红外LED光源相比，发散角小，单位面积光能量密度高，即使监测PM2.5或者直径更小的颗粒物时，颗粒物散射激光所产生的光信号也可以被光电探测器监测到，提高了颗粒物传感器监测空气中PM2.5或者直径更小的颗粒物的精确度。

实施例二

图8为本发明一种颗粒物监测方法实施例二流程图，所述方法是采用实施例一所述的颗粒物传感器所实现的颗粒物监测方法，所述方法包括：

步骤801：启动激光器在光传输通道中输出激光光束，激光光束照射在所述气流通道与所述光传输通道相交区域的监测气流中的颗粒物发生散射，所述监测气流从气流通道的一端进入。

监测气流从气流通道的一端进入，从气流通道的另一端排出。可选的，在具体实施时，可以启动抽气风扇，抽气风扇将腔室中的空气排出颗粒物传感器，腔室中产生负压，监测气流从采样喇叭口进入气流通道，经过气流通道进入腔室。恒定抽气风扇的抽气速率，可以在气流传输通道中形成恒定流速的监测气流。

步骤802：当光电探测器接收到颗粒物对所述激光光束的散射的光信号时，将所述光信号转换成电信号发送至PCB电路。

激光光束在光传输通道中传输，由于光传输通道与气流通道相互垂直，形成一个相交区域，激光光束照射在相交区域的监测气流中的颗粒物上发生散射，相交区域正下方设置的光电探测器接收散射的光信号转换成电信号，将电信号发送至PCB电路。

其中，光电探测器可以采用硅光电二极管等。

步骤803：所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果。

PCB电路中包括放大电路以及微处理器。放大电路接收光电探测器发送的电信号进行放大，将放大后的电信号发送至微处理器，微处理器分析所述放大后的电信号获得颗粒物的监测结果。

可选的，PCB电路中还包括激光器控制电路以及风扇控制电路，PCB电路中的激光器控制电路与激光器相连，控制激光器的工作状态，PCB电路中的风扇控制电路与抽气风扇相连，控制抽气风扇的工作状态。

步骤804：光吸收装置吸收透过所述监测气流的剩余的激光光束，所述监测气流从所述气流通道的另一端排出。

可选的，所述PCB电路还可以与监测结果显示器相连，将颗粒物的监测结果发送至监测结果显示器，监测结果显示器接收PCB电路输出的所述监测气流中颗粒物的监测结果。

实施例二与实施例一类似，参考实施例一的描述，这里不再赘述。

下面对所述PCB电路分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果的两种可能的实施方式进行具体说明：

第一种可能的实施方式，监测所有颗粒物的总浓度，包括：

所述PCB电路统计预第一预设时间间隔所接收到的放大的电信号的个数；

PCB电路根据恒定流速计算所述监测气流的颗粒物的浓度。

由于监测气流的流速恒定，可以根据恒定流速计算第一预设时间间隔内所通过的监测气流的体积。每个被激光光束照射到的颗粒物都能对激光光束散射产生一个光信号。每个光信号经过光电探测器转换成一个电信号。PCB电路统计所接收到的电信号的个数，就可以计算监测气流中颗粒物的浓度。

第二种可能的实施方式，分别监测每种直径的颗粒物的数量，包括：

用颗粒物传感器预先标定多种直径的颗粒物所散射的光信号所产生的电信号的电压区间；

PCB电路分析每个所接收到的放大后的电信号的电压所属的电压区间；

PCB电路根据所述电信号的电压所属的电压区间确定产生所述电信号的颗粒物的直径；

PCB电路统计第二预设时间间隔中所述监测气流中每种直径的颗粒物的数量；

PCB电路根据恒定流速计算所述监测气流中每种直径的颗粒物的浓度。

激光光束照射到监测气流中的颗粒物时，直径较大的颗粒物对激光光束散射所产生的光信号能量大，被光电探测器接收后转换成的电信号的电压大；直径较小的颗粒物对激光光束散射所产生的光信号能量小，被光电探测器接收后转换所产生的电信号电压小。

当只监测两种直径不同的颗粒物时，可以采用标准粒子发生器向颗粒物传感器输出第一直径的颗粒物，预先标定第一直径的颗粒物所产生的电信号的电压区间。当监测所述监测气流中的颗粒物时，将光电探测器每次接收到散射的光信号所产生的电信号的电压与所述电压区间进行比较，若电信号的电压在电压区间内，则所述光信号是由第一直径的颗粒物散射激光光束得到的；若电信号的电压不再电压区间内，则所述光信号是由第二直径的颗粒物散射激光光束得到的。分别统计在第二预设时间间隔内第一直径颗粒物的数量以及第二直径颗粒物的数量，并计算第二预设时间内所监测的监测气流的体积，即可分别算出第一直径颗粒物的浓度以及第二直径颗粒物的浓度。

举例说明：例如在监测PM2.5和PM10的颗粒物时，可以标定PM2.5的颗粒物散射激光光束所产生的光信号被光电探测器所转换成的电信号的电压区间。当监测所述监测气流中的颗粒物时，光电探测器将探测到的光信号转换成电信号，比较所述电信号的电压是否在电压区间内，若电信号的电压在电压区间内，则产生所述光信号的颗粒物为PM2.5；若电信号的电压不再电压区间内，则产生所述光信号的颗粒物为PM10。

当监测多种直径不同的颗粒物时，可以采用标准粒子发生器向颗粒物传感器分别输出这几种直径的颗粒物，预先标定每种直径颗粒物所产生的电信号的电压区间。当监测所述监测气流中的颗粒物时，将光电探测器每次接收到散射的光信号所产生的电信号的电压与每种颗粒物所的电压区间进行比较，若电信号的电压属于直径为D的颗粒物的电压区间，即产生所述光信号的颗粒物的直径也为D。分别统计第二预设时间间隔中所监测到的每种直径的颗粒物的数量，并计算第二预设时间内所监测的监测气流的体积，即可分别算出每种直径颗粒物的浓度。

本发明所提供的颗粒物传感器可以监测PM0.3，PM0.5，PM1，PM2.5，PM5以及PM10等多种直径的颗粒物。采用现有技术中的LED红外光源的颗粒物传感器，监测到上述直径较小的颗粒物时，误差大，甚至无法监测到上述颗粒物的存在。

可选的，PCB电路可以将所计算得到的监测气流中每种直径颗粒物的浓度输出至监测结果显示器中进行显示。

由上述内容可知，本发明还有如下有益效果：

本发明所提供的颗粒物传感器，不仅能够一段时间内监测气流中颗粒物的数量，还可以恒定抽气风扇的抽气速率，在气流通道中产生恒定流速的监测气流，实现精确的监测气流中颗粒物的浓度；还可以预先标定每种直径的颗粒物所散射的光信号所产生的电信号的电压区间，可以实现分别监测每种直径的颗粒物的浓度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种颗粒物传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器包括：

上盖和底座，所述上盖和底座形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间；

所述气流通道与所述光传输通道相互垂直，并且所述气流通道与所述光传输通道相交区域正下方设置有光电探测器；

所述光传输通道一端设置有激光器，另一端设置有光吸收装置；

所述PCB电路与所述光电探测器相连；

携带颗粒物的监测气流从气流通道一端进入，穿过所述气流通道与所述光传输通道的相交区域时，光传输通道上的由激光器输出的激光光束照射在所述监测气流中的颗粒物发生散射，光电探测器接收颗粒物对所述激光光束的散射的光信号，将所述光信号转化成电信号发送至PCB电路，所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果，透过所述监测气流的剩余的激光光束被光吸收装置吸收，所述监测气流从所述气流通道的另一端排出。

2.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器还包括：

所述避光空间的气流通道的一端设置有一个采样喇叭口，所述气流通道的另一端设置有一个腔室，所述腔室远离气流通道的一端设置有抽气风扇；

所述抽气风扇将所述腔室中的空气排出颗粒物传感器，以使得所述腔室中的气压低于所述颗粒物传感器外部气压，监测气流从所述采样喇叭口进入所述气流通道，所述采样喇叭口、所述气流通道、所述腔室以及所述抽气风扇实现在颗粒物传感器中形成恒定流速的监测气流。

3.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器还包括：

聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在激光器的激光光束输出口，用于将所述激光光束聚焦在所述气流通道和所述光传输通道的相交区域。

4.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器还包括：

监测结果显示器，所述监测结果显示器与所述PCB电路相连，设置在所述颗粒物传感器的上盖，用于显示所述PCB电路输出的所述监测气流中颗粒物的监测结果。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述PCB电路包括：

放大电路和微处理器；

所述放大电路用于对所接收到的电信号进行放大；

所述微处理器用于分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果。

6.根据权利要求5所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述PCB电路还包括：

激光器控制电路以及风扇控制电路，所述激光器控制电路与所述风扇控制电路都与所述微处理器相连；

所述激光器控制电路，用于接收微处理器输出的第一控制信号，所述第一控制信号用于控制激光器的工作状态；

所述风扇控制电路，用于接收微处理器输出的第二控制信号，所述第二控制信号用于控制抽气风扇的工作状态。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述光吸收装置包括：

光陷阱或光接收器。

8.根据权利要求7所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述光陷阱包括：

五边形光陷阱，三角形光陷阱或圆形光陷阱。

9.一种颗粒物监测方法，其特征在于，所述方法包括：

启动激光器在光传输通道中输出激光光束，激光光束照射在所述气流通道与所述光传输通道相交区域的监测气流中的颗粒物发生散射，所述监测气流从气流通道的一端进入；

当光电探测器接收到颗粒物对所述激光光束的散射的光信号时，将所述光信号转换成电信号发送至PCB电路；

所述PCB电路对所接收到的电信号进行放大，分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果；

光吸收装置吸收透过所述监测气流的剩余的激光光束，所述监测气流从所述气流通道的另一端排出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

启动抽气风扇，所述抽气风扇将腔室中的空气排出，以使得所述腔室中的气压低于外部气压，监测气流从所述采样喇叭口进入所述气流通道，所述采样喇叭口、所述气流通道、所述腔室以及所述抽气风扇实现在颗粒物传感器中形成恒定流速的监测气流。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

监测结果显示器接收PCB电路输出的所述监测气流中颗粒物的监测结果。

12.根据权利要求9-11任意一项所述的方法，其特征在于，所述PCB电路分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果包括：

所述PCB电路统计预第一预设时间间隔所接收到的放大的电信号的个数；

PCB电路根据恒定流速计算所述监测气流的颗粒物的浓度。

13.根据权利要求9-11任意一项所述的方法，其特征在于，用颗粒物传感器预先标定多种直径的颗粒物所散射的光信号所产生的电信号的电压区间，所述PCB电路分析所述放大后的电信号获得所述监测气流中颗粒物的监测结果包括：

PCB电路分析每个所接收到的放大后的电信号的电压所属的电压区间；

PCB电路根据所述电信号的电压所属的电压区间确定产生所述电信号的颗粒物的直径；

PCB电路统计第二预设时间间隔中所述监测气流中每种直径的颗粒物的数量；

PCB电路根据恒定流速计算所述监测气流中每种直径的颗粒物的浓度。