用于檢測空氣中的顆粒物的傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測空氣中的顆粒物的傳感器及其制造方法，特別是涉及用于檢測空氣中的細(xì)顆粒物，例如PM2.5的傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進步，生活水平的提高，人們對健康問題越發(fā)關(guān)注。其中就包括人們對污染防范的意識逐漸加強，越來越關(guān)注所居住環(huán)境的污染問題?？諝馕廴咀鳛橐粋€不可被忽視的較為嚴(yán)重污染情況，也日益受到更多關(guān)注。相應(yīng)地，可用于檢測空氣中的顆粒物，特別是細(xì)顆粒物，例如PM2.5的含量的傳感器炙手可熱。
[0003]目前，人們獲得環(huán)境中的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，例如PM2.5濃度數(shù)據(jù)的途徑主要有兩個。一是，國家環(huán)保部門定期發(fā)布的空氣質(zhì)量報告，其更新的周期最短為I小時，具體信息及數(shù)據(jù)可以通過相關(guān)網(wǎng)站獲取，或通過手機APP查詢。二是，市場上有很多可以實時檢測空氣質(zhì)量的設(shè)備，通?？捎糜诩彝セ蜣k公區(qū)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測。
[0004]其中，第一種途徑的缺點在于非實時性和非實地性，數(shù)據(jù)所反映的僅僅是空氣采樣地點當(dāng)時、當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量，不足以代表使用者所在位置處的實時的空氣質(zhì)量。因此僅能用于參考，尤其是對于北京這樣的大城市，局部的空氣質(zhì)量受很多因素的影響，這種劣勢就更顯突出。第二種途徑，即各種商用的空氣檢查裝置，存在體積和重量大、大不便于攜帶，以及檢測精度不高等缺陷。
[0005]此外，中國實用新型專利CN204044033U公開了一種用于檢測空氣中的顆粒物的裝置及包括該裝置的可穿戴設(shè)備。其中所述用于檢測空氣中的顆粒物的裝置主要包括:由硅基材料制成的上部部分和下部部分；形成在上述上、下部部分之間的測量室；以及至少一個發(fā)光元件和至少一個感光元件。其中，所述測量室包括互相平行的上、下表面，以及相對所述上、下表面傾斜的側(cè)表面。并且所述發(fā)光元件設(shè)置在所述測量室中且包括具有發(fā)射口的第一側(cè)面，所述發(fā)射口用于沿著平行于所述上表面且朝著所述側(cè)表面的方向發(fā)射光。所述感光元件也位于所述測量室中，且鄰近所述發(fā)光元件的第二側(cè)面而設(shè)置，所述第二側(cè)面與所述第一側(cè)面相對。
[0006]上述裝置解決了傳統(tǒng)技術(shù)中空氣檢測設(shè)備體積大、不便于攜帶等缺點。然而根據(jù)上述裝置的結(jié)構(gòu)可以看到，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，構(gòu)成測量室的各表面之間需要具有一定的位置及相對傾斜關(guān)系。且發(fā)光元件及感光元件在測量室中位置的設(shè)定也有較為嚴(yán)格要求，否則將影響到測量結(jié)果的精度。
[0007]鑒于以上情況，有必要提出一種結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，且體積小、功耗低、精度高的用于檢測空氣中顆粒物的傳感器及其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明正是針對以上問題所提出。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于檢測空氣中的顆粒物的傳感器，所述傳感器包括:上部分，在其里側(cè)上設(shè)置有顆粒物篩選器，以及分別軸對稱地設(shè)置多個光源腔和多個探測腔，以及形成在其上的貫穿的、分別作為待測空氣進入和排出的進氣口和出氣口 ；以及面對上部分的所述里側(cè)固定到上部分的下部分，該下部分的里側(cè)上形成有電路，以及在對應(yīng)于所述光源腔和探測腔的范圍內(nèi)，在其里側(cè)分別軸對稱地設(shè)置多個發(fā)光元件和多個光檢測元件；其中所述軸為進氣口中心與出氣口中心連線形成的軸。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的具有以上結(jié)構(gòu)的傳感器，由于相對于進氣口和出氣口的中心連線，軸對稱地設(shè)置多個發(fā)光元件，以及多個光檢測元件，使得傳感器對待測空氣形成的氣流的檢測不受傳感器的傾斜、位置變化以及空氣流動方式等因素的影響。且由于取對稱位置的多個檢測輸出的平均值作為最終檢測結(jié)果，使得檢測精度進一步提高。進一步地，當(dāng)采用對稱組的檢測元件時，當(dāng)其中一組元件損壞，另一組仍可繼續(xù)工作，從而提高了檢測設(shè)備的魯棒性。
[0010]優(yōu)選地，本發(fā)明采用“虛擬”顆粒篩選器，即所述顆粒篩選器包括:第一通道，其為待測空氣從進氣口進入后首先經(jīng)過的初始通道，經(jīng)過該第一通道的待測空氣形成的氣流獲得一預(yù)定流速；第二通道，其為所述軸對稱地形成在第一通道和所述多個探測腔之間的多個通道；以及第三通道，其為形成在第一通道與出氣口之間的通道。
[0011]采用該種篩選方式，無需設(shè)置特定孔徑的篩網(wǎng)進行篩選，從而避免了使用篩網(wǎng)進行篩選時，大顆粒物會在篩網(wǎng)的網(wǎng)眼處堆積，長時間使用發(fā)生堵塞，需要定期更換篩網(wǎng)等缺陷。取得了簡化傳感器結(jié)構(gòu)、節(jié)約制造成本等有益效果。
[0012]本發(fā)明的傳感器，優(yōu)選進一步包括:入射光準(zhǔn)直器，其為以所述軸對稱的方式形成在所述光源腔與探測腔之間通道，用于對發(fā)光元件發(fā)出的光進行準(zhǔn)直，以便進一步提高檢測精度。
[0013]為使得待測空氣的流速達(dá)到測量需要，或根據(jù)所檢測顆粒物的大小設(shè)置相應(yīng)的空氣流速，本發(fā)明的傳感器優(yōu)選進一步包括，氣流發(fā)生裝置，用于在所述傳感器內(nèi)形成氣流。
[0014]為提高待測空氣在傳感器內(nèi)的流速，從而滿足測量需要，根據(jù)本發(fā)明的傳感器，優(yōu)選所述進氣口的大小小于出氣口。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于檢測空氣中的顆粒物的檢測設(shè)備，其包括根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的傳感器，以及驅(qū)動電路，用于對多個光檢測元件輸出的信號進行運算，取其平均值作為檢測結(jié)果。
[0016]為便于檢測結(jié)果的展示和獲取，根據(jù)本發(fā)明第二方面的所述檢測設(shè)備，其特征在于還包括顯示設(shè)備，用于顯示所述檢測結(jié)果。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的檢測設(shè)備，其可以是可穿戴設(shè)備。即所述傳感器適合制造隨身可穿戴的空氣質(zhì)量檢測裝置，也適合集成到可穿戴電子設(shè)備，如智能手機、手表、手環(huán)等。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種制造根據(jù)本發(fā)明第一方面的所述傳感器的方法，所述方法包括:形成上部分的步驟，以氧化硅薄膜為掩模對硅基板進行刻蝕，得到形成在所述上部分的所述里側(cè)的結(jié)構(gòu)，以及貫穿的進氣口和出氣口 ；形成下部分的步驟:在以氧化硅薄膜為掩模對沉積了金屬薄膜的硅基板進行刻蝕，得到形成在所述下部分的所述里側(cè)的結(jié)構(gòu)，以及所需電路；發(fā)光元件以及光檢測元件固定步驟:將作為發(fā)光元件的光源芯片和作為光檢測元件的光線探測器芯片固定到下部分的所述里側(cè)；以及上部分和下部分粘合步驟:將所述上、下部分以里側(cè)面對并對準(zhǔn)的方式將兩者粘合在一起。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的具有以上結(jié)構(gòu)的傳感器的制造方法，由于所述傳感器具有大致軸對稱的結(jié)構(gòu)，因此，制造工藝簡單，降低了對制造精度的要求，從而降低了制造成本。
[0020]以下結(jié)合附圖以及本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對本發(fā)明的傳感器及其制造方法，以及包含該傳感器的檢測設(shè)備做進一步具體描述，本發(fā)明的優(yōu)點將進一步明確。
【附圖說明】
[0021]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，其用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的應(yīng)用了傳感器的檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的傳感器及電路結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例傳感器上、下部分的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)為上部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)為下部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的傳感器制造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的具體實施例及相應(yīng)的附圖對本申請技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。需要指出的是，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]首先結(jié)合圖1說明應(yīng)用了本發(fā)明的傳感器的空氣顆粒物檢測設(shè)備的構(gòu)成示意圖。如圖所示，所述檢測設(shè)備包括傳感器1，及其驅(qū)動電路2，以及必要的情況下可連接用以顯示相關(guān)檢測數(shù)據(jù)或信息的顯示設(shè)備3。其中，傳感器I用于檢測空氣中的具有預(yù)定大小的顆粒物，例如PM2.5，其具體結(jié)構(gòu)及制造方法將在下文做進一步詳細(xì)描述。
[0028]驅(qū)動電路2包括，例如用于控制所述傳感器的控制電路，以及用于為傳感器和控制電路供電的電源。具體地，控制電路包括，例如控制傳感器中的發(fā)光元件發(fā)光的光源控制電路，以及接收傳感器的光檢測元件輸出的檢測信號并進行相應(yīng)的運算處理的光檢測元件控制電路。舉例來說，例如，發(fā)光元件采用650nm的紅光激光芯片，光