检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器和检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种粒子传感器及采用粒子传感器检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的方法，尤其涉及检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器和检测方法。
【背景技术】
[0002]目前，检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器在原理上主要采用米氏
[0003](Mie)理论及其近似结论。根据米氏理论的近似结论，入射光照射到周围均匀介质的各项同性的球形颗粒上，其各角度的散射光强分布与入射光的强度、入射光波长、散射角度、球形颗粒的直径有比较严格的相关性。
[0004]以此为理论基础的光散射法，通用方式是用一束单色光照射在采样空气上，并通过空气的流动的通道结构(例如细长的管道)令采样空气中的颗粒物近似单个通过光束，与此同时，将感光元件(如硅光电池)布置在与某个散射角度上(通常为180度或90度)收集散射光强。
[0005]但是，传统的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器在检测精度和成本是相互矛盾的，传统的同类空气中悬浮颗粒浓度传感器中，如果有着高准确度的大型传感器成本较高，体积较大，并且不利于大规模自动化生产，也不利于作为空气质量指标的颗粒物浓度检测技术的应用普及；如果是低成本的小型传感器，则准确度较差且自我校准补偿功能不足。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器，其成本和尺寸接近传统的小型传感器，准确度接近传统的高准确度大型传感器，并且由于生产工艺简单且个体一致性高，易于大规模生产和应用普及。
[0007]本发明的另一个目的提供一种利用所述的传感器检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的方法。
[0008]本发明解决技术问题采用如下技术方案:一种检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器，包括激光发生器、凸透镜、激光器座、光阑、凹面镜、感光元件和空气流通通道；
[0009]所述激光发生器固定于所述激光器座内，并发射激光束；
[0010]所述凸透镜设置于所述激光发生器的前端，以对所述激光发生器所发射的激光束进行聚焦；
[0011]所述光阑设置于所述激光器座上；
[0012]所述激光束与所述空气流通通道垂直相交；
[0013]所述凹面镜和感光元件分别设置于所述空气流通通道的两侧，且所述凹面镜与所述感光元件的连线分别与所述空气流通通道和激光束垂直相交。
[0014]可选的，所述检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器还包括壳体和电路板，所述壳体包括顶壁、底壁和固定于所述顶壁和底壁之间的前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁；所述壳体的前侧壁开设有出风口，所述后侧壁上开设有进风口，所述电路板水平设置于所述壳体内，位于所述进风口的上方，并将所述出风口分成上出风口和下出风口 ；在所述电路板上靠近所述进风口处开设有多个分割孔；所述分割孔为所述空气流通通道的起点；所述激光器座和感光元件设置于所述电路板上，所述凹面镜设置于所述顶壁上，并位于所述壳体内。
[0015]可选的，所述检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器还包括设置于所述顶壁内侦牝并向电路板方向延伸的挡板，所述挡板与所述激光器座构成所述空气流通通道。
[0016]可选的，所述空气流通通道呈“几”字形。
[0017]可选的，所述检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器还包括滤波放大电路、微处理器和数据输出接口 ；所述滤波放大电路信号连接于所述感光元件，所述微处理器信号连接于所述滤波放大电路和数据输出接口。
[0018]可选的，所述检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器还包括设置于所述进风口或出风口处的轴流式风机。
[0019]本发明解决技术问题还采用如下技术方案:一种利用上述的传感器检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的方法，包括以下步骤:
[0020]S10、对所述传感器通电；判断是否为对所述传感器第一次通电；如果是，执行步骤S20，否则执行步骤S30 ；
[0021]S20、对所述传感器进行校准；
[0022]S30、获得当前工作模式；如果所述工作模式为休眠模式，则关闭所述激光器和传感器；否则执行步骤S40 ；
[0023]S40、采集散射光，并将所述散射光信号转换为电信号；
[0024]S50、对所述电信号进行补偿计算，得到颗粒物的参数；
[0025]S60、判断采集的数据的数量是否达到要求，如果是，执行步骤S70，否则执行步骤S40 ；
[0026]S70、对所述传感器采集的多个颗粒物参数进行处理，得到空气中悬浮颗粒物的质量浓度；
[0027]S80、通过数据输出接口将所述空气中悬浮颗粒物的质量浓度结果输出，并执行步骤 S30。
[0028]可选的，所述步骤S20具体为:
[0029]S201、内部校准；
[0030]S202、外部校准；
[0031]S203、得到硬件补偿曲线并保存。
[0032]可选的，所述步骤S30中的工作模式具体为:休眠模式、积极模式、典型模式和省电模式。
[0033]可选的，所述步骤S70具体为:
[0034]S701、根据步骤S50补偿计算后的电信号的峰值区间计算颗粒物的等效粒径；
[0035]S702、根据步骤S50补偿计算后的电信号的强度结合颗粒物等效密度曲线得到颗粒物的等效密度；
[0036]S703、根据步骤S701和S702的结果计算颗粒物等效质量；
[0037]S704、根据颗粒物的运动特性对颗粒物等效质量进行修正，，得到空气中悬浮颗粒物的质量浓度。
[0038]本发明具有如下有益效果:本发明的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器通过凸透镜以及用以限定激光器的安装位置和自由度的激光器座，来确保光学路径的一致性；同时利用所述光阑提高了激光束的一致性，从而提高了检测空气中悬浮颗粒物的精度，因此在大批量自动化生产中，每个传感器之间也能保证较高的一致性，不用手动校准，可以大大提闻生广效率。
[0039]本发明的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的方法利用所述检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器进行检测，因此其相应地所述检测方法也具有高精度和较高的一致性。
【附图说明】
[0040]图1为本发明的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器结构示意图；
[0041]图2为本发明的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器另一侧面的结构示意图；
[0042]图3为本发明的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器的激光器座的结构示意图；
[0043]图4为本发明的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器的检测原理示意图；
[0044]图5为本发明的微处理器及其它零部件连接关系示意图；
[0045]图6为本发明的检测方法的流程图；
[0046]图中标记示意为:1_激光发生器；2_凸透镜；3_激光器座；4-光阑；5_凹面镜；6-感光元件；7-电路板；8-顶壁；9-底壁；10-前侧壁；11-后侧壁；12-左侧壁；13-右侧壁；14-出风口 ； 15-进风口 ； 16-分割孔；17_挡板；18-滤波放大电路；19-微处理器；20-数据输出接口。
【具体实施方式】
[0047]下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
[0048]实施例1
[0049]参考图1-5，本实施例提供了一种检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器，包括激光发生器1、凸透镜2、激光器座3、光阑4、凹面镜5、感光元件6和空气流通通道；
[0050]所述激光发生器I固定于所述激光器座内，并发射激光束；
[0051]所述凸透镜2设置于所述激光发生器I的前端，即设置于所述激光发生器I内，以对所述激光发生器I所发射的激光束进行聚焦；
[0052]所述光阑4设置于所述激光器座3上；
[0053]所述激光束与所述空气流通通道垂直相交；
[0054]所述凹面镜5和感光元件6分别设置于所述空气流通通道的两侧，且所述凹面镜5与所述感光元件6的连线分别与所述空气流通通道和激光束垂直相交。
[0055]本发明的检测空气中悬