本發(fā)明涉及一種高精度的微型化顆粒物傳感器。

背景技術(shù)：

大氣顆粒物主要來自于人為排放，包括三大化石燃料、生物質(zhì)等燃燒以及道路和建筑揚塵、工業(yè)粉塵等直接排放的顆粒物，也包括一次排放的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化而成的二次顆粒物。大氣顆粒物能夠較長時間懸浮于空氣中，易攜帶有毒、有害物質(zhì)，且輸送距離遠，而人體的生理結(jié)構(gòu)決定了其過濾和阻擋大氣顆粒物的效果有限，因此大氣顆粒物對人體健康的影響很大。

伴隨著近些年來我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對周圍的生活環(huán)境質(zhì)量尤其是空氣質(zhì)量越來越關(guān)注，這促進了空氣質(zhì)量在線監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展。光散射法是最為常用的一種空氣質(zhì)量在線監(jiān)測方法，利用光散射原理發(fā)明的顆粒物傳感器市面上屢見不鮮，然而市面上的這種傳感器存在以下缺點：1、光學(xué)器件發(fā)出的光線經(jīng)過傳感器測量室內(nèi)壁面的多次反射形成雜散光，雜散光和被顆粒物散射的光線一起進入光接收器，導(dǎo)致信噪比過低，讀數(shù)漂移大，測量結(jié)果產(chǎn)生很大偏差；2、系統(tǒng)設(shè)計不合理，發(fā)光器件在較大電流下工作，導(dǎo)致功耗偏大；3、所采用的透鏡焦距長、口徑大，造成整體傳感器尺寸偏大；4、傳感器電路板裸露在外面，容易發(fā)生受潮、被腐蝕、老化等問題，造成傳感器壽命偏短，性能不穩(wěn)定；5、傳感器所采用的探測頭對可見光有響應(yīng)，所以容易受到外界光線的干擾，造成傳感器讀數(shù)不準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種高精度的微型化顆粒物傳感器。

本發(fā)明解決上述技術(shù)缺陷所采用的技術(shù)方案如下所述：一種高精度的微型化顆粒物傳感器由暗室、匯聚透鏡、收集透鏡、紅外LED、光接收器、光闌、電路組成，所述的顆粒物傳感器至少有一面有一個通氣孔，供環(huán)境空氣進入暗室測量。

所述的匯聚透鏡、收集透鏡、紅外LED、光接收器均安裝在暗室內(nèi)，匯聚透鏡、光闌、紅外LED組成發(fā)射系統(tǒng)，光闌位于匯聚透鏡和紅外LED之間，這樣可以濾除紅外LED的大角度出射光，而使得小角度出射光正常通過。

所述的收集透鏡、光闌、光接收器組成檢測系統(tǒng)，光闌位于收集透鏡和光接收器之間，這樣可以濾除雜散背景光，而散射產(chǎn)生的信號光能夠正常通過。

更加優(yōu)選地，所述的光闌中心圍繞形成一個錐形的空間，這樣可使得上述濾除效果最好。

發(fā)射系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)分別設(shè)于通氣孔兩側(cè)。

所述的匯聚透鏡、收集透鏡均采用短焦距、小口徑的透鏡，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的微型化。

所述的暗室采用吸光性強的材料，這將有利于消除雜散光的干擾，保證傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

所述的電路包括恒流驅(qū)動模塊、I-V轉(zhuǎn)換、運算放大器以及連接器。紅外LED在恒流驅(qū)動模塊的控制下，發(fā)出穩(wěn)定的紅外光線，照射在顆粒物上產(chǎn)生散射光，散射光被光接收器接受并產(chǎn)生電流信號，該電流信號經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換變成電壓信號，再經(jīng)過運算放大輸出。

更加優(yōu)選地，所述的光接收器為光電三極管，這樣可以有更高的光電轉(zhuǎn)化效率，并配合檢測系統(tǒng)，使得紅外LED工作在較低功率，從而實現(xiàn)整個模塊的低功耗，最終使得本發(fā)明的顆粒物傳感器工作電流降到1mA以內(nèi)。

更加優(yōu)選地，所述的光接收器的探測頭表面為能濾除可見光的材料，這樣可以有效濾除可見光的干擾，進一步增強傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

所述的暗室表面包裹著一層屏蔽殼，所述的電路包括濾波電容，所述的濾波電容和屏蔽殼可充分濾除外部干擾，保證信號的真實性，提高信噪比。

所述的暗室底面有一直口，所述的電路固定在暗室底面直口形成的安裝空間內(nèi)，并通過灌封工藝將電路板固定在暗室底面上，這樣可以將電路永久地固定在暗室底面直口形成的空間內(nèi)，而且整個顆粒物傳感器不會有電路板裸露，增強傳感器耐酸堿腐蝕、防震抗壓、電絕緣等物理性能，也增加了顆粒物傳感器的整體美觀效果。

借由以上技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、準(zhǔn)確度高、精度高，可以有效檢測環(huán)境空氣中的顆粒物含量；

2、體積小，方便安裝和使用；

3、低功耗，工作電流可從目前市面上顆粒物傳感器通常的20mA降至1mA以內(nèi)，可用于微型電池供電的便攜產(chǎn)品；

4、產(chǎn)品外觀無裸露電路，整體效果較為美觀；

5、防潮抗震抗壓、耐酸堿腐蝕、絕緣性好；

6、對可見光不敏感，不易受自然光影響，抗干擾能力強。

附圖說明

圖1、2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的電路示意圖。

主要部件標(biāo)號說明：

具體實施方式

為令本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)手段及技術(shù)效果有更完整及清楚的揭露,以下將詳細說明,并請一并參閱附圖及部件標(biāo)號。

一種高精度的微型化顆粒物傳感器，包括：暗室1、匯聚透鏡2、收集透鏡3、紅外LED 4、光接收器5、光闌6、電路。顆粒物傳感器至少有一面有一個通氣孔7，供環(huán)境空氣進入暗室1測量。

匯聚透鏡2、收集透鏡3、紅外LED 4、光接收器5均安裝在暗室1內(nèi)，匯聚透鏡2、光闌6、紅外LED 4組成發(fā)射系統(tǒng)，光闌6位于匯聚透鏡2和紅外LED 4之間，這樣可以濾除紅外LED 4的大角度出射光，而使得小角度出射光正常通過。收集透鏡3、光闌6、光接收器5組成檢測系統(tǒng)，光闌6位于收集透鏡3和光接收器5之間，這樣可以濾除雜散背景光，而散射產(chǎn)生的信號光能夠正常通過。

更加優(yōu)選地，光闌6中心圍繞形成一個錐形的空間，這樣可使得上述濾除效果最好。

發(fā)射系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)分別設(shè)于通氣孔7兩側(cè)。

匯聚透鏡2、收集透鏡3均采用短焦距、小口徑的透鏡，這樣與之相匹配的主要物理結(jié)構(gòu)暗室1、光闌6可大大減小，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的微型化。

暗室1采用吸光性強的材料，這將有利于消除雜散光的干擾，保證傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

電路包括恒流驅(qū)動模塊、I-V轉(zhuǎn)換、運算放大器以及連接器，紅外LED 4在恒流驅(qū)動模塊的控制下，發(fā)出穩(wěn)定的紅外光線，照射在顆粒物上產(chǎn)生散射光，散射光被光接收器5接受并產(chǎn)生電流信號，該電流信號經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換變成電壓信號，再經(jīng)過運算放大輸出。

更加優(yōu)選地，所述的光接收器5選用光電三極管，有很高的光電轉(zhuǎn)化效率，并配合檢測系統(tǒng)，使得紅外LED 4工作在較低功率，從而實現(xiàn)整個模塊的低功耗，最終使得本發(fā)明的顆粒物傳感器工作電流降到1mA以內(nèi)。

暗室1表面包裹一層屏蔽殼，電路包含濾波電容，濾波電容和屏蔽殼可充分濾除外部干擾，保證信號的真實性，提高信噪比。

暗室1底面有一直口8，電路固定在暗室底面直口8形成的安裝空間內(nèi)，并通過灌封工藝將電路板9固定在暗室底面上，這樣可以將電路永久地固定在暗室底面直口8形成的空間內(nèi)，而且整個傳感器不會有電路板9裸露，增強了傳感器耐酸堿腐蝕、防震抗壓、電絕緣等物理性能，同時也增加了傳感器的整體美觀效果。

光接收器5的探測頭表面為能濾除可見光的材料，這樣可以有效濾除可見光的干擾，進一步增強傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明利用光學(xué)檢測原理，發(fā)射系統(tǒng)的紅外LED 4發(fā)出紅外光，經(jīng)過發(fā)射系統(tǒng)中光闌6的過濾、匯聚透鏡2的聚焦，紅外光線主要集中照射到通氣孔7處的環(huán)境空氣，并受到環(huán)境空氣中顆粒物的散射，經(jīng)過收集透鏡3對散射光的匯聚、光闌6對雜散光的過濾，散射光到達光接收器5的探測頭上，并轉(zhuǎn)化為微弱電信號；該電信號經(jīng)過后續(xù)電路的放大、濾波處理，得到與環(huán)境空氣中顆粒物相關(guān)的電壓信號。

以上所舉僅為本發(fā)明示意性的部分實施例,并非用以限制本發(fā)明的范圍,任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)包括在本專利保護范圍之內(nèi)。