CN207816772U - 一种空气颗粒物传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种空气颗粒物传感器，包括上盖、PCB电子组件、中部框架、风扇和下盖，中部框架包裹固定于上盖和下盖扣合后形成的腔体中，风扇和PCB电子组件装配于为中部框架上，上述结构形成一个有气流通道和光传输通道的避光空间，在气流通道与光传输通道相交区域正下方设置有散射光信号检测单元；光传输通道一端设置有激光模组，另一端设置有光吸收装置；光吸收装置包括第一反光侧壁、第二反射侧壁和消光齿面，激光束由激光模组射出后，到达第一反光侧壁后被反射到第二反射侧壁上，再经第二反光侧壁反射到消光齿面上。其中，风扇为轴流风扇，进风口和出风口位于上盖的侧面。本实用新型结构简单、抗干扰能力强、噪音小、体积小、后期维护方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及颗粒物检测设备技术领域，尤其涉及一种空气颗粒物传感器。
背景技术
参与空气质量评价(空气质量指数AQI)的主要污染物为细颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等六项。其中在我国可吸入颗粒物PM2.5浓度最受关注，对应的检测PM2.5浓度的传感器种类较多。但是这类颗粒物传感器内部关键测量区域杂光大，加之气流不顺畅导致检测精度低。
此外，PM2.5传感器大多应用在室内空气净化器上，净化器在夜晚使用过程中要求整机噪音不能影响人的睡眠，这就对传感器的运行噪音提出了很高的要求！传感器运行时，噪音主要来自传感器内部的微型风扇。微型风扇分为轴流式风扇、鼓风机式风扇，在同等转数下，轴流风扇的风量更大，噪音更小。但是轴流风扇主要应用于正面出风的PM2.5传感器。
鼓风机式风扇因为出风方向与扇叶转轴垂直，所以主要应用在侧面出风的PM2.5传感器上。因为出风口的位置原因，轴流风扇应用在侧面出风的PM2.5传感器上时会导致传感器体积大大增加。但是应用鼓风机的侧面出风式PM2.5传感器又存在提高检测精度会导致噪音大大增加的问题。所以为了保证检测精度，必须提高鼓风机的转速来增加风量，这样单位时间内有足够的空气流量(风量)才会有足够的采样样本量，所以搭载鼓风机的PM2.5传感器噪音会偏大。
实用新型内容
本实用新型旨在提供空气颗粒物传感器，杂光消除效果好。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种空气颗粒物传感器，包括一个有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光传输通道相交区域正下方设置有散射光信号检测单元；所述光传输通道一端设置有激光模组，另一端设置有光吸收装置；所述光吸收装置包括第一反光侧壁、第二反射侧壁和消光齿面，激光束由激光模组射出后，到达第一反光侧壁后被反射到第二反射侧壁上，再次经过第二反光侧壁反射后到达消光齿面上。
进一步的，第一反光侧壁和第二反射侧壁为相互平行的镜面反光侧壁，消光齿面位于第一反光侧壁与第二反射侧壁之间。
其中，所述散射光信号检测单元包括光敏二极管，激光束的焦点位于光敏二极管感光面中心点的正上方。
进一步的，所述气流通道的两侧壁分别设有第一光阑孔和第二光阑孔，激光束由激光模组射出后，依次通过第一光阑孔、气流通道与光传输通道相交区域、第二光阑孔，到达第一反光侧壁。
进一步的，空气颗粒物传感器包括上盖、PCB电子组件、中部框架、风扇和下盖，中部框架包裹固定于上盖和下盖扣合后形成的腔体中，风扇和PCB电子组件装配于为中部框架上，中部框架、PCB电子组件、上盖和下盖形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间，PCB电子组件包括PCB电路板、散射光信号检测单元和激光模组，气流通道的底面设有通光孔，所述散射光信号检测单元位于通光孔正下方。
优选地，所述风扇为轴流风扇，所述上盖侧壁设有上盖进风口和上盖出风口，上盖进风口和上盖出风口位于上盖的同侧；
中部框架上设有中部框架进风口、中部框架出风口和通风孔，所述PCB电路板一侧有通风凹槽，空气从上盖进风口、中部框架进风口进入上盖与PCB电路板之间，然后依次经通风凹槽和通风孔翻转至中部框架与下盖之间，经过气流通道后到达风扇，最后依次经中部框架出风口、上盖出风口排出传感器内部腔体。
进一步优选地，所述中部框架上中部框架通风孔处设有前导流筋条，所述气流通道与风扇之间设有后导流筋条。
进一步的，所述风扇的扇叶旋转轴与水平面呈夹角θ，0°＜θ＜90°。
进一步优选地，θ为77°。
进一步的，第一反光侧壁与光传输通道的夹角为45°
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1.本实用新型中激光束经光吸收装置后绝大部分被吸收耗散，传感器内部测量区杂光得到充分消除；
2.本实用新型结构合理，将轴流风扇应用于侧面出风，很好地控制了传感器运行噪音，又使传感器体积小巧化；
3.现有的颗粒物传感器装配复杂，后期维护过程难度大，本实用新型拆卸方便，利于后期维护。
附图说明
图1为本实用新型的整体外观示意图；
图2为本实用新型的结构爆炸示意图；
图3为中部框架的示意图；
图4为本实用新型的气流示意图；
图5为本实用新型的光陷阱消光示意图；
图6为风扇的装配示意图；
图7为图1中A处的局部放大图；
图中：1-上盖、101-上盖进风口、102-上盖出风口、103-卡槽、2-PCB电子组件、210-PCB电路板、211-通风凹槽、220-光敏二极管、230-10PIN连接器、240-接地弹簧、250-激光模组、251-激光束、3-中部框架、301-装配导向槽、302-接地弹簧安装孔、303-激光模组安装槽、304-前导流筋条、305-中部框架出风口、306-中部框架进风口、307-后导流筋条、308-风扇安装槽、309-连接器安装槽、310-通光孔、311-前光阑孔、312-后光阑孔、313-第一反光侧壁、314-第二反光侧壁、315-消光齿面、316-通风孔、4-下盖、401-扣板、402-卡扣、403-连接器接插孔、5-风扇、501-扇叶旋转轴、502-外框棱边、503-风扇出风面。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
如图1、2所示，本实用新型公开的空气颗粒物传感器，包括上盖1、PCB电子组件2、中部框架3、风扇5和下盖4，上盖1、PCB电子组件2、中部框架3、风扇5和下盖4按照上、中、下依次配套安装。中部框架3包裹固定于上盖1和下盖4扣合后形成的腔体中，PCB电子组件2装配于为中部框架3上，上述结构形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间。如图2所示，PCB电子组件2包括PCB电路板210、光敏二极管220、10PIN连接器230、接地弹簧240和激光模组250。激光模组250为激光发射单元，发射聚焦的激光束251；光敏二极管220为散射光信号检测单元，感应颗粒物散射的微弱光信号。
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散射光信号检测单元；激光束251的焦点位于光敏二极管220感光面中心点的正上方。气流通道的底面设有通光孔310，光敏二极管220位于通光孔310正下方。
如图5所示，光传输通道一端设置有激光模组250，另一端设置有光吸收装置；光吸收装置包括第一反光侧壁313、第二反射侧壁314和消光齿面315，激光束251由激光模组250射出后，到达第一反光侧壁313后被反射到第二反射侧壁314上，再次经过第二反光侧壁314反射后到达消光齿面315上；光经消光齿再次反射到第二反光侧壁314，再经第二反光侧壁314反射后到达消光齿面315上，如此多次反射后，绝大部分被吸收耗散。
气流通道的两侧壁分别设有第一光阑孔311和第二光阑孔312，激光束251由激光模组250射出后，依次通过第一光阑孔311、通光孔310中心点正上方、第二光阑孔312，到达第一反光侧壁313后被反射到第二反射侧壁314上，再次经过第二反光侧壁314反射后到达消光齿315上。激光束251从光敏二极管220正上方平行通过。第一反射侧壁313、第二反射侧壁314为相互平行的镜面反光侧壁，且与水平轴线X呈45°夹角，消光齿面315位于第一反光侧壁313与第二反射侧壁314之间。第一反射侧壁313、第二反射侧壁314、第二光阑孔312所在侧壁和消光齿面315围成光陷阱腔体，激光束251在光陷阱内经过多次反射后，绝大部分被吸收耗散，传感器内部测量区杂光得到充分消除。
第一光阑孔311、第二光阑孔312所在侧壁之间所形成的区域为气流通道，该气流通道与激光束251在空间上的交集即为传感器检测测量区。携带颗粒物的空气流经测量区后产生散射光，颗粒物散射光被光敏二极管220捕获后形成脉冲信号，经电路运算处理得出颗粒物浓度数据。
其中，风扇5为轴流风扇，如图1、2所示，上盖1侧壁设有上盖进风口101和上盖出风口102，上盖进风口101和上盖出风口102位于上盖1的同侧；如图1、3、4所示，中部框架3上设有中部框架进风口306、中部框架出风口305和通风孔316，中部框架3上中部框架通风孔316处设有前导流筋条304，测量区与风扇5之间设有后导流筋条307。
PCB电路板210一侧有通风凹槽211。如图4、6所示，携带颗粒物的空气依次从上盖进风口101、中部框架进风口306进入传感器腔体内部的上盖1与PCB电路板210之间，经PCB电路板210一侧后到达通风凹槽211，再由前导流筋条304导流后从通风孔316翻转至中部框架3与下盖4之间，空气继续流动，平稳的经过测量区后由后导流筋条307两侧到达轴流风扇5，最后依次经中部框架出风口305、上盖出风口102排出传感器内部腔体。
上盖1、下盖4为金属壳体；优选的，金属壳体用厚度0.3mm的不锈钢304板材冲压折弯成型制备。如图1、2、7所示，上盖1侧壁上设置有卡槽103。下盖4四周折弯的侧壁经过二次折弯形成扣板401，扣板401上设置有向外凸出的卡扣402；下盖的卡扣402与上盖的卡槽103对应相互扣合，形成紧固结构。同时将中部框架3固定于上盖1和下盖4扣合后形成的腔体中；上盖1、下盖4相互扣合后形成电磁导通的整体，二者作为装配构件的同时兼具电磁屏蔽功能。
其中，中部框架3为黑色塑胶注塑成型的方形框体，起固定PCB电子组件2和支撑上盖1、下盖4的作用；中部框架3四角侧壁与扣板401对应位置设有装配导向槽301，用于导向安装下盖4。中部框架3内部与PCB电子组件2对应位置设有接地弹簧安装孔302、激光模组安装槽303、连接器安装槽309；接地弹簧安装孔302为通孔；激光模组装槽303、连接器安装槽309均为通槽。
PCB电子组件2通过定位孔、自攻螺丝整体装配于为中部框架3上。光敏二极管220、10PIN连接器230焊接于PCB电路板210上。激光模组通过定位柱、自攻螺丝固定于PCB电路板210上。接地弹簧240分别与PCB电路板210地线触点、下盖4弹性接触，实现金属外壳与PCB电路板210导通接地，全面屏蔽电磁干扰；接地弹簧240为压簧。接地弹簧240以不锈钢材质制备。激光模组250与光敏二极管220位于同一轴线Y上。
激光模组安装槽303旁设置有风扇安装槽308，用于安装固定风扇5。风扇安装槽308为沉槽，中间设有圆孔，以便气流通过。中部框架3内部对应光敏二极管220的位置处开有通光孔310；通光孔310为通孔，颗粒物散射光可通过此孔被光敏二极管220捕获接收。中部框架3的气流通道上还设有前导流筋条304、后导流筋条307，对通过的气流进行导流，避免传感器腔体内部形成紊流后影响传感器检测精度。
风扇5四周外壁与风扇安装槽308之间配合为过盈配合，风扇5一外框棱边502与上盖1硬接触，实现风扇5的安装固定。扇叶旋转轴501与上盖1所在平面(水平面)呈夹角θ；优选的，θ＝77°。风扇出风面503与上盖1之间形成气体流通腔体，以便风扇5驱动空气从内部腔体依次流出中部框架出风口305和上盖出风口102。
本实用新型中激光束经光吸收装置后绝大部分被吸收耗散，传感器内部测量区杂光得到充分消除；本实用新型结构合理，将轴流风扇应用于侧面出风，很好地控制了传感器运行噪音，又使传感器体积小巧化；现有的颗粒物传感器装配复杂，后期维护过程难度大，本实用新型拆卸方便，利于后期维护。本实用新型结构简单、抗干扰能力强、噪音小、体积小、后期维护方便。
当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种空气颗粒物传感器，包括一个有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，并且气流通道与光传输通道相交区域正下方设置有散射光信号检测单元；所述光传输通道一端设置有激光模组(250)，另一端设置有光吸收装置；其特征在于:所述光吸收装置包括第一反光侧壁(313)、第二反射侧壁(314)和消光齿面(315)，激光束(251)由激光模组(250)射出后，到达第一反光侧壁(313)后被反射到第二反射侧壁(314)上，再次经过第二反光侧壁(314)反射后到达消光齿面(315)上。
2.根据权利要求1所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：第一反光侧壁(313)和第二反射侧壁(314)为相互平行的镜面反光侧壁，消光齿面(315)位于第一反光侧壁(313)与第二反射侧壁(314)之间。
3.根据权利要求1所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：所述散射光信号检测单元包括光敏二极管(220)，激光束(251)的焦点位于光敏二极管(220)感光面中心点的正上方。
4.根据权利要求2所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：所述气流通道的两侧壁分别设有第一光阑孔(311)和第二光阑孔(312)，激光束(251)由激光模组(250)射出后，依次通过第一光阑孔(311)、气流通道与光传输通道相交区域、第二光阑孔(312)，到达第一反光侧壁(313)。
5.根据权利要求1所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：包括上盖(1)、PCB电子组件(2)、中部框架(3)、风扇(5)和下盖(4)，中部框架(3)包裹固定于上盖(1)和下盖(4)扣合后形成的腔体中，风扇(5)和PCB电子组件(2)装配于为中部框架(3)上，中部框架(3)、PCB电子组件(2)、上盖(1)和下盖(4)形成一个包括气流通道和光传输通道的避光空间，PCB电子组件(2)包括PCB电路板(210)、散射光信号检测单元和激光模组(250)，气流通道的底面设有通光孔(310)，所述散射光信号检测单元位于通光孔(310)正下方。
6.根据权利要求5所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：所述风扇(5)为轴流风扇，所述上盖(1)侧壁设有上盖进风口(101)和上盖出风口(102)，上盖进风口(101)和上盖出风口(102)位于上盖(1)的同侧；
中部框架(3)上设有中部框架进风口(306)、中部框架出风口(305)和通风孔(316)，所述PCB电路板(210)一侧有通风凹槽(211)，空气从上盖进风口(101)、中部框架进风口(306)进入上盖(1)与PCB电路板(210)之间，然后依次经通风凹槽(211)和通风孔(316)翻转至中部框架(3)与下盖(4)之间，经过气流通道后到达风扇(5)，最后依次经中部框架出风口(305)、上盖出风口(102)排出传感器内部腔体。
7.根据权利要求6所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：所述中部框架(3)上中部框架通风孔(316)处设有前导流筋条(304)，所述气流通道与风扇(5)之间设有后导流筋条(307)。
8.根据权利要求6所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：所述风扇(5)的扇叶旋转轴(501)与水平面呈夹角θ，0°＜θ＜90°。
9.根据权利要求8所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：θ为77°。
10.根据权利要求2所述的空气颗粒物传感器，其特征在于：第一反光侧壁(313)与光传输通道的夹角为45°。
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