一種便攜式pm2.5檢測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種便攜式PM2.5檢測(cè)儀，所述PM2.5切割頭通過(guò)所述測(cè)試腔與所述石英微天平相連接，所述進(jìn)氣道設(shè)置在所述箱體的頂部，且一端穿過(guò)所述箱體與所述PM2.5切割頭相連通，用于將箱體外的空氣導(dǎo)入所述PM2.5切割頭內(nèi)；所述PM2.5切割頭內(nèi)設(shè)有第一碰撞面及第二碰撞面，所述第一碰撞面與所述第二碰撞面為一體成型結(jié)構(gòu)，所述通氣道的一端頭與所述第二碰撞面相連接，另一端頭穿過(guò)所述PM2.5切割頭進(jìn)入所述測(cè)試腔內(nèi)，且位于所述石英微天平的正上方；所述清洗道與所述測(cè)試腔相連通，所述動(dòng)力裝置設(shè)置在所述清洗道上。本發(fā)明可以方便地被攜帶到需要測(cè)量的場(chǎng)地實(shí)時(shí)實(shí)地檢測(cè)PM2.5，可以使用石英微天平稱量氣體中粉塵密度或者顆粒物重量，并利用動(dòng)力裝置吸入被檢測(cè)氣體。
【專利說(shuō)明】—種便攜式PM2.5檢測(cè)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種便攜式PM2.5檢測(cè)儀。

【背景技術(shù)】
[0002]石英晶體微天平(QCM)最基本的原理是利用了石英晶體的壓電效應(yīng):石英晶體內(nèi)部每個(gè)晶格在不受外力作用時(shí)呈正六邊形，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，會(huì)使晶格的電荷中心發(fā)生偏移而極化，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)；反之，若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。它其實(shí)與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似:當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C，一般約幾個(gè)PF到幾十PF ；當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來(lái)等效，一般L的值為幾十mH到幾百mH。由此就構(gòu)成了石英晶體微天平的振蕩器，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率，再通過(guò)主機(jī)將測(cè)得的諧振頻率轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。
[0003]1959年Sauerbrey在假定外加持量均勻剛性地附著于QCM的金電極表面的條件下，得出了 QCM的諧振頻率變化與外加質(zhì)量成正比的結(jié)論。對(duì)于剛性沉積物，晶體振蕩頻率變化Λ F正比于工作電極上沉積物的質(zhì)量改變?chǔ)?M0通過(guò)這一關(guān)系式可得到QCM電極表面的質(zhì)量變化。
[0004]QCM主要由石英晶體傳感器、信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理等部分組成。石英晶體傳感器的基本構(gòu)成大致是:從一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35° 15’切割(AT — CUT)得到石英晶體振蕩片，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結(jié)構(gòu)。在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
[0005]石英稱重天平的靈敏度是從Sauerbrey方程得來(lái),石英振蕩天平頻率變化值Λ F和質(zhì)量變化值Λ M有如下的關(guān)系:AF = Cf.AM，其中Λ F為石英天平觀察到的稱重物質(zhì)前后頻率變化值，Λ M為石英天平觀察到的稱重物質(zhì)前后質(zhì)量變化值，Cf為石英天平稱量物質(zhì)質(zhì)量時(shí)的恒定系數(shù)。從上述公式上看，QCM的靈敏度是由Cf決定的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便的便攜式ΡΜ2.5檢測(cè)儀。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種便攜式ΡΜ2.5檢測(cè)儀，包括箱體、ΡΜ2.5切割頭、測(cè)試腔、石英微天平、進(jìn)氣道、通氣道、清洗道及動(dòng)力裝置，所述ΡΜ2.5切割頭、測(cè)試腔及石英微天平均設(shè)置在所述箱體內(nèi)，且所述PM2.5切割頭通過(guò)所述測(cè)試腔與所述石英微天平相連接，所述進(jìn)氣道設(shè)置在所述箱體的頂部，且一端穿過(guò)所述箱體與所述PM2.5切割頭相連通，用于將箱體外的空氣導(dǎo)入所述PM2.5切割頭內(nèi)；所述PM2.5切割頭內(nèi)設(shè)有第一碰撞面及第二碰撞面，所述第一碰撞面與所述第二碰撞面為一體成型結(jié)構(gòu)，且所述第二碰撞面設(shè)置在所述第一碰撞面的下部，所述第一碰撞面位于所述進(jìn)氣道的正下方；所述第一碰撞面及第二碰撞面通過(guò)固定桿與所述PM2.5切割頭的內(nèi)壁固定連接；所述通氣道的一端頭與所述第二碰撞面相連接，另一端頭穿過(guò)所述PM2.5切割頭進(jìn)入所述測(cè)試腔內(nèi)，且位于所述石英微天平的正上方；所述清洗道與所述測(cè)試腔相連通，所述動(dòng)力裝置設(shè)置在所述清洗道上；其中，
[0008]所述第一碰撞面的形狀呈凹形，所述石英微天平的上表面為敏感表面。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
[0010]本發(fā)明便攜式PM2.5檢測(cè)儀可以很方便地被攜帶到需要測(cè)量的場(chǎng)地實(shí)時(shí)實(shí)地檢測(cè)PM2.5，本發(fā)明不需要過(guò)濾網(wǎng)，減少操作程序，減少維護(hù)時(shí)間和成本。可以使用石英微天平稱量氣體中粉塵密度或者顆粒物重量，并利用動(dòng)力裝置吸入被檢測(cè)氣體。
[0011]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0012]進(jìn)一步，所述進(jìn)氣道與所述PM2.5切割頭的連接、所述PM2.5切割頭與所述測(cè)試腔的連接以及所述測(cè)試腔與所述石英微天平的連接均是通過(guò)螺紋相連接。
[0013]進(jìn)一步，所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第一閥門，所述第一閥門設(shè)在位于所述測(cè)試腔內(nèi)的所述通氣道內(nèi)，且靠近所述通氣道的端頭。
[0014]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，關(guān)閉第一閥門，使氣泵反向流動(dòng)，這時(shí)氣流就會(huì)瞬間把敏感表面表面收集的顆粒吹散到空氣中，使石英微天平的頻率有個(gè)瞬間的變化。
[0015]進(jìn)一步，所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第二閥門，所述第二閥門設(shè)置在所述測(cè)試腔上，且靠近所述清洗道。
[0016]進(jìn)一步，所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第三閥門，所述第三閥門設(shè)置在所述PM2.5切割頭的底部。
[0017]進(jìn)一步，所述動(dòng)力裝置為氣泵或者風(fēng)扇。
[0018]進(jìn)一步，所述清洗道與所述石英微天平的敏感表面形成的夾角小于180°，大于90。。
[0019]所述清洗道與所述石英微天平的敏感表面形成的夾角越大于90度，排氣的效果越好。
[0020]進(jìn)一步，所述箱體的一側(cè)壁上設(shè)置有穩(wěn)壓電源。
[0021]進(jìn)一步，所述箱體內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)處理單元，所述箱體的側(cè)壁上設(shè)有顯示器，所述數(shù)據(jù)處理單元及顯示器均通過(guò)控制電路與所述穩(wěn)壓電源電連接，所述數(shù)據(jù)處理單元用于采集所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并通過(guò)所述顯示器顯示出來(lái)。
[0022]所述數(shù)據(jù)處理單元為有線GPRS、無(wú)線GPRS、WIF1、蘭牙或ZIGBEE中的任意一種。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明便攜式PM2.5檢測(cè)儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明便攜式PM2.5檢測(cè)儀測(cè)試時(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明便攜式PM2.5檢測(cè)儀清洗時(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明便攜式PM2.5檢測(cè)儀的控制電路框圖；
[0027]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0028]1、箱體，2、PM2.5切割頭，2_1、第一碰撞面，2_2、第二碰撞面，2_3、固定桿，3、測(cè)試腔，4、石英微天平，4-1、敏感表面，5、進(jìn)氣道，6、通氣道，7、清洗道，8、動(dòng)力裝置，9、第一閥門，10、第二閥門，11、第三閥門，12、穩(wěn)壓電源，13、數(shù)據(jù)處理單元，14、顯示器。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0030]一種便攜式PM2.5檢測(cè)儀，如圖1至圖3所示，包括箱體1、PM2.5切割頭2、測(cè)試腔
3、石英微天平4、進(jìn)氣道5、通氣道6、清洗道7及動(dòng)力裝置8，所述PM2.5切割頭2、測(cè)試腔3及石英微天平4均設(shè)置在所述箱體I內(nèi)，且所述PM2.5切割頭2通過(guò)所述測(cè)試腔3與所述石英微天平4相連接，所述進(jìn)氣道5設(shè)置在所述箱體I的頂部，且一端穿過(guò)所述箱體I與所述PM2.5切割頭2相連通，用于將箱體I外的空氣導(dǎo)入所述PM2.5切割頭2內(nèi)；所述PM2.5切割頭2內(nèi)設(shè)有第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2,所述第一碰撞面2-1與所述第二碰撞面2-2為一體成型結(jié)構(gòu)，且所述第二碰撞面2-2設(shè)置在所述第一碰撞面2-2的下部，所述第一碰撞面2-1位于所述進(jìn)氣道5的正下方；所述第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2通過(guò)固定桿2-3與所述PM2.5切割頭2的內(nèi)壁固定連接；所述通氣道6的一端頭與所述第二碰撞面
2-2相連接，另一端頭穿過(guò)所述PM2.5切割頭2進(jìn)入所述測(cè)試腔3內(nèi)，且位于所述石英微天平4的正上方；所述清洗道7與所述測(cè)試腔3相連通，所述動(dòng)力裝置8設(shè)置在所述清洗道7上；其中，
[0031]所述第一碰撞面2-1的形狀呈凹形，所述石英微天平4的上表面為敏感表面4-1。
[0032]所述進(jìn)氣道5與所述PM2.5切割頭2的連接、所述PM2.5切割頭2與所述測(cè)試腔3的連接以及所述測(cè)試腔3與所述石英微天平4的連接均是通過(guò)螺紋相連接。
[0033]所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第一閥門9，所述第一閥門9設(shè)在位于所述測(cè)試腔3內(nèi)的所述通氣道6內(nèi)，且靠近所述通氣道6的端頭。
[0034]所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第二閥門10，所述第二閥門10設(shè)置在所述測(cè)試腔3上，且靠近所述清洗道7。
[0035]所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第三閥門11，所述第三閥門11設(shè)置在所述PM2.5切割頭2的底部。
[0036]所述動(dòng)力裝置8為氣泵或者風(fēng)扇。
[0037]所述清洗道7與所述石英微天平4的敏感表面4-1形成的夾角小于180°，大于90。。
[0038]如圖4所示，所述箱體I的一側(cè)壁上設(shè)置有穩(wěn)壓電源12。所述箱體I內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)處理單元13，所述箱體I的側(cè)壁上設(shè)有顯示器14，所述數(shù)據(jù)處理單元13及顯示器14均通過(guò)控制電路與所述穩(wěn)壓電源12電連接，所述數(shù)據(jù)處理單元13用于采集所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并通過(guò)所述顯示器14顯示出來(lái)。所述穩(wěn)壓電源12通過(guò)控制電路控制所述石英微天平4，動(dòng)力裝置8、數(shù)據(jù)處理單元13及顯示器14的開啟及關(guān)閉。
[0039]本發(fā)明的使用原理如下:
[0040]箱體I外的空氣通過(guò)進(jìn)氣道5導(dǎo)入所述PM2.5切割頭2內(nèi)，顆粒物大于2.5微米的經(jīng)過(guò)第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2,會(huì)被第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2收集。而小于2.5微米的顆粒會(huì)被氣流沖到石英微天平4的敏感表面4-1，并會(huì)在敏感表面4-1上方的測(cè)試腔3內(nèi)存在一段時(shí)間。
[0041]影響PM2.5顆粒物收集效率的因素包括:進(jìn)氣道流速V0，進(jìn)氣道橫截面積A，氣泵的功率，通氣道的橫截面積，氣體濕度，氣體溫度，敏感表面上方的測(cè)試腔的容積。
[0042]經(jīng)過(guò)PM2.5切割頭的PM2.5顆粒物，經(jīng)過(guò)通氣道與石英微天平發(fā)生碰撞，石英微天平由于碰撞產(chǎn)生的頻率變化和氣流中PM2.5顆粒物的濃度成正比。石英微天平敏感表面的上方測(cè)試腔是收集PM2.5顆粒的空間，其密度與氣流(圖2箭頭所示)對(duì)石英微天平敏感表面的沖撞造成的石英微天平頻率變化成正比。
[0043]便攜式PM2.5檢測(cè)儀的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行采集，并通過(guò)顯示器進(jìn)行顯
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[0044]本發(fā)明便攜式PM2.5檢測(cè)儀的清洗方法是通過(guò)第一閥門9、第二閥門10及第三閥門11的開關(guān)閉進(jìn)行控制，具體如下:
[0045]1、當(dāng)清洗PM2.5以下的顆粒時(shí)，關(guān)閉第一閥門9，打開第二閥門10，使氣泵反向吹氣，這時(shí)氣流就會(huì)瞬間把敏感表面表面收集的PM2.5以下的顆粒經(jīng)過(guò)第二閥門10吹散到檢測(cè)儀外(如圖3箭頭所示)。
[0046]2、當(dāng)清洗PM2.5以上的顆粒時(shí)，將第三閥門11打開，將落在PM2.5切割頭底壁上的PM2.5以上的顆粒吹散到檢測(cè)儀外。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:包括箱體、PM2.5切割頭、測(cè)試腔、石英微天平、進(jìn)氣道、通氣道、清洗道及動(dòng)力裝置，所述PM2.5切割頭、測(cè)試腔及石英微天平均設(shè)置在所述箱體內(nèi)，且所述PM2.5切割頭通過(guò)所述測(cè)試腔與所述石英微天平相連接，所述進(jìn)氣道設(shè)置在所述箱體的頂部，且一端穿過(guò)所述箱體與所述PM2.5切割頭相連通，用于將箱體外的空氣導(dǎo)入所述PM2.5切割頭內(nèi)；所述PM2.5切割頭內(nèi)設(shè)有第一碰撞面及第二碰撞面，所述第一碰撞面與所述第二碰撞面為一體成型結(jié)構(gòu)，且所述第二碰撞面設(shè)置在所述第一碰撞面的下部，所述第一碰撞面位于所述進(jìn)氣道的正下方；所述第一碰撞面及第二碰撞面通過(guò)固定桿與所述PM2.5切割頭的內(nèi)壁固定連接；所述通氣道的一端頭與所述第二碰撞面相連接，另一端頭穿過(guò)所述PM2.5切割頭進(jìn)入所述測(cè)試腔內(nèi)，且位于所述石英微天平的正上方；所述清洗道與所述測(cè)試腔相連通，所述動(dòng)力裝置設(shè)置在所述清洗道上；其中， 所述第一碰撞面的形狀呈凹形，所述石英微天平的上表面為敏感表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述進(jìn)氣道與所述PM2.5切割頭的連接、所述PM2.5切割頭與所述測(cè)試腔的連接以及所述測(cè)試腔與所述石英微天平的連接均是通過(guò)螺紋相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第一閥門，所述第一閥門設(shè)在位于所述測(cè)試腔內(nèi)的所述通氣道內(nèi)，且靠近所述通氣道的端頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第二閥門，所述第二閥門設(shè)置在所述測(cè)試腔上，且靠近所述清洗道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀還包括第三閥門，所述第三閥門設(shè)置在所述PM2.5切割頭的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述動(dòng)力裝置為氣泵或者風(fēng)扇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述清洗道與所述石英微天平的敏感表面形成的夾角小于180°，大于90°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述箱體的側(cè)壁上設(shè)置有穩(wěn)壓電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述箱體內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)處理單元，所述箱體的側(cè)壁上設(shè)有顯示器，所述數(shù)據(jù)處理單元及顯示器均通過(guò)控制電路與所述穩(wěn)壓電源電連接，所述數(shù)據(jù)處理單元用于采集所述便攜式PM2.5檢測(cè)儀檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并通過(guò)所述顯示器顯示出來(lái)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式PM2.5檢測(cè)儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理單元為有線GPRS、無(wú)線GPRS、WIF1、蘭牙或ZIGBEE中的任意一種。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK104390899SQ201410573740
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】詹姆斯·劉, 克莉絲汀·劉, 李革 申請(qǐng)人:北京至感科技有限公司