一种应用于汽车车内颗粒物及车内温度检测的传感器的制作方法

本实用新型涉及汽车空调控制领域，涉及一种低成本的集成车内PM2.5颗粒物及温度检测的传感器技术开发。

背景技术：

目前检测PM2.5颗粒物的传感器从检测光路原理上有红外和激光两种，红外光波长较长，散射能力低，测试精度大约在±15％，其多用于家用空气净化器中，对室内空气质量进行监控，同时可以实现自动净化功能；激光式传感器波长短，散射能力较高，分辨率高，精度能达到±10％，但由于激光器成本高，衰减快，使用寿命短，应用较少。对于在汽车中的特殊应用环境，既要考虑精度、寿命耐久，同时也需控制零件成本，目前汽车应用也较少。

车内温度传感器是比较成熟的汽车零部件产品，作为单独的零件相对成本较高，主要成本是出自集成在传感器中的风机，另外一种产品无需风机，但成本基本相当。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过红外检测PM2.5颗粒物并集成车内温度传感器功能得到较高精度和稳定性的传感器技术方案，同时满足汽车应用对零件精度稳定性及成本的要求。

为达到上述发明目的，提供一种应用于汽车车内颗粒物及车内温度检测的传感器，包括外壳，外壳内有空腔形成检测通道，检测通道的后部设置有风机，风机与驱动PCB板相连，检测通道内设置PM2.5检测器和温度传感器，检测通道入口处有可拆卸的海绵。

优选的，PM2.5检测器包括一个检测光路，所述的检测光路由一个红外线LED灯，一个光敏器件及两组透镜组组成，红外线LED的光路和光敏器件的光路光轴相交，成小于90°的夹角。

红外线LED灯产生红外脉冲光束照射到检测通道中，遇到颗粒物后发生散射，另一个与其光轴相交的光敏器件检测到红外反射光，并通过电路将反射光强转换为相应的电压值，从而计算得到颗粒物的浓度大小。

优选的，所述的温度传感器固定于驱动PCB板上。

优选的，所述温度传感器的信号反馈至光敏器件驱动芯片和空调。

优选的，所述外壳的检测通道入口处有前盖，检测通道出口处有后盖，所述的前盖上可拆卸地装有海绵。

本实用新型的传感器集成红外光路、风道、过滤海绵、风机、温度传感器及控制驱动电路，信号处理程序对原始浓度信号进行无尘零位电压和温度补偿以及移动平滑滤波处理；传感器安装于车内通风良好的地方，例如仪表板、车顶及中控台灯位置；该传感器可以同时实现车内PM2.5浓度和车内温度检测，并且得到较高的精度和稳定性。

本实用新型的有益效果是采用了红外光检测PM2.5浓度且集成了车内温度传感器功能，在PM2.5浓度检测中进行了无尘零位电压和温度补偿，同时对输出信号进行滤波处理，最终得到精度较高、较为稳定的检测结果。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

1-后盖 2-驱动PCB板 3-温度传感器

4-风机 5-外壳 6-PM2.5检测器

7-前盖 8-海绵

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步说明。

根据图1所示的一种应用于汽车车内颗粒物及车内温度检测的传感器，包括外壳5，外壳5内有空腔形成检测通道，外壳5的检测通道入口处有前盖7，检测通道出口处有后盖1，所述的前盖7上可拆卸地装有海绵8；检测通道的后部设置有风机4，风机4与驱动PCB板2相连，温度传感器3固定于驱动PCB板2上，检测通道内设置PM2.5检测器6。PM2.5检测器3包括一个检测光路，所述的检测光路由一个红外线LED灯，一个光敏器件及两组透镜组组成，红外线LED的光路和光敏器件的光路光轴相交，成小于90°的夹角。红外线LED灯产生红外脉冲光束照射到检测通道中，遇到颗粒物后发生散射，另一个与其光轴相交的光敏器件检测到红外反射光，并通过电路将反射光强转换为相应的电压值，从而计算得到颗粒物的浓度大小，所述温度传感器的信号反馈至光敏器件驱动芯片和空调。

为了把达到汽车零件开发低成本、同时满足精度及稳定性的要求，本发明结构上集成PM2.5检测光路、风机4、温度传感器3、驱动PCB板和风道，信号通过滤波和补偿算法处理后得到精度较高且稳定的输出。

对于车内PM2.5传感器这类探测空气状态的传感器，为了保证所测量值真实反映车内状态，需要满足两个条件：一是传感器处于空气流通较好的区域，即对传感器安装位置及安装空间有很大限制；二是传感器检测通道需要能产生气流，气流的产生有两种方式，通过风机或加热电阻主动产生气流和通过空调风道负压被动产生气流，两种方式各有优劣，主动产生气流的方式需要增加成本，但精度和稳定性高，被动产生气流的方式成本较低，但受结构限制大，气流稳定性差，受空调开关状态影响，检测精度和稳定性低。综合两方面的考虑，本方案集成小型风机，用于在检测通道产生气流，同时尽可能压缩总成的尺寸大小，从而使得传感器可以安装于中控或仪表板内部区域；同时在进风口增加厚度为1mm的可拆卸海绵8以防止大颗粒物进入检测通道影响探测精度，结构如附图1所示。

PM2.5检测光路由一个红外LED灯，一个光敏器件及两组透镜组组成，其中红外LED灯光路和光敏器件光路光轴相交，成小于90°的夹角，红外LED灯产生红外脉冲光束照射到检测通道中，遇到颗粒物后发生散射，另一个与其光轴相交的光敏器件检测到红外反射光，并通过电路将反射光强转换为相应的电压值，从而计算得到颗粒物的浓度大小。

由于红外LED灯和光敏器件本身存在个体差异性，因此即使相同PM2.5浓度环境下两个传感器中红外LED灯发出的红外脉冲光束与光敏器件检测到的电压都有差异，这就导致了检测精度低，这一差异体现在PM2.5浓度为0的环境中光敏器件检测到的电压值不同，所以通过对该电压值进行试验矫正能够提高PM2.5浓度的检测精度。具体方式是：

在PM2.5浓度为0的无尘环境中，对传感器进行测试，检测其输出电压V0，由于输出电压本身与PM2.5浓度基本成线性关系，表示为V＝a·P+b，P代表PM2.5浓度，a表示PM2.5颗粒物对红外光强在特定角度的散射比例系数，b则表示PM2.5浓度为0时的电压输出即V0，修正输出电压V，从而得到更为准确的PM2.5浓度P＝(V–V0)/a。

通过装在风道中的温度传感器3可以检测进风温度，一方面温度信号可以用于自动空调的控制参数，另一方面可以用于PM2.5传感器对温度的补偿。考虑到温度对红外LED灯及光敏器件输入输出特性的影响，大量试验数据表明，温度与红外LED灯及光敏器件输入输出特性的关系可表示为 V0-T＝V0-25°-c·T，其中V0-25°表示25°时传感器输出的无尘电压， V0-T表示温度为T时的无尘电压，c表示温度对无尘电压的影响系数，T 表示进风温度，这里温度传感器就起到了它的另一个作用，通过检测到传感器的进风温度，对该温度下的无尘电压进行修正，从而进一步提高PM2.5 浓度测量精度。

对于PM2.5传感器的输出信号，由于空气中PM2.5颗粒物的分布并不均匀，在流经传感器检测通道的过程中，输出信号总是在不断变化过程中，若以此反应给用户，可能造成用户困扰。针对此问题，若提高传感器采样频率，则其输出信号变化越快，若降低采样频率，传感器的输出信号可能偏离真实值，为了解决这一矛盾，在传感器信号输出前，对所检测到的PM2.5 浓度值信号进行滤波，从而得到稳定的信号输出，同时保证较为真实的反应PM2.5的浓度情况，这里所采用的滤波方法是移动平滑滤波，算法简单可以在最简单的单片机上实现，同时能得到较为稳定的输出信号，当移动滤波窗口选择为10时得到的信号输出与原始信号对比，可以看出滤波后信号波动明显减小，达到不错的效果。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。