尘埃浓度检测装置的制造方法
专利名称:尘埃浓度检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种尘埃浓度检测装置。尘埃浓度检测装置可以包括电场发生器，用于在待测气体中产生电场以将所述待测气体离子化；电信号测量模块，连接到所述电场发生器，用于测量所述电场所在的回路中电信号的变化；以及处理器，接收所述电信号，用于分析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质量浓度值。
【专利说明】
尘埃浓度检测装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于空气质量检测技术领域，更具体地设及一种尘埃浓度检测装置。
【背景技术】
[0002] 尘埃浓度检测主要是检测环境空气中的尘埃浓度。空气污染，又称为大气污染，按 照国际标准化组织（ISO)的定义，空气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物 质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人类的舒适、健康和福 利或环境的现象。
[0003] PM2.5是悬浮在空气里直径小于2.5微米的颗粒物。与较粗的大气颗粒物相比， PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，例如重金属、微生物等，且在大气中 的停留时间长、输送距离远，因而对大气环境质量的影响尤为明显。
[0004] PM2.5的附着力很强，而人体的生理结构对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，过高的 PM2.5浓度可对人体的呼吸系统、屯、血管系统、生殖系统及血液系统造成严重危害。实现 PM2.5浓度的准确、实时、便捷检测，W提醒民众的日常外出活动，是具有重大意义的民生工 作。
【发明内容】
[0005] 为了 了解、评价作业场所空气中尘埃对工人健康的危害状况，研究改善防尘技术 措施W及评价防尘措施的效果。都需要对尘埃浓度进行测定。尘埃浓度的表示方法有质量 法和数量法两种。质量尘埃浓度为单位体积空气中尘埃的质量，Wmg/m3表示。数量尘埃浓 度的表示方法为单位体积空气中尘埃颗粒数目，Wn/m3表示。
[0006] 60年代W前，很多国家的尘埃最高容许浓度采用数量浓度表示，只有我国、苏联等 国采用质量浓度表示。后来，由于发现秒肺病的进展与悬浮尘埃的质量浓度密切相关，70年 代后，英、美、日等国进入了数量浓度与质量浓度并用阶段，各国逐渐向质量浓度发展。数量 尘埃浓度较易测得而质量尘埃浓度的测定却较难实现。
[0007] 本申请提供了一种尘埃浓度检测装置，能够测量待测气体中尘埃的质量浓度值。 [000引根据本实用新型的一方面，提供了一种尘埃浓度检测装置，包括电场发生器，用于 在待测气体中产生电场W将所述待测气体离子化；电信号测量模块，连接到所述电场发生 器，用于测量所述电场所在的回路中电信号的变化；W及处理器，接收所述电信号，用于分 析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质量浓度值。
[0009] 在一个实施例中，该电场发生器包括高压发生器和设置在所述待测气体中的电 极，所述电极与高压发生器的两端相连接，所述电场发生器用于释放电子。
[0010] 在一个实施例中，该电信号包括电流、电压W及电容中的至少一种。
[0011] 在一个实施例中，该电信号测量模块包括串联在该回路中的电阻。
[0012] 在一个实施例中，该电场发生器还包括W下至少一项:滤波模块，用于对所述电信 号进行滤波W滤去所述电信号中的噪声信号;放大模块，用于放大所述电信号的变化;A/D 转换模块，用于将所述电信号从模拟信号转换成数字信号，其中，所述处理器对所述数字信 号进行分析。
[0013] 在一个实施例中，该电场发生器包括间隔预定距离的电极，电极的间距是可调节 的。
[0014] 在一个实施例中，该尘埃浓度检测装置，还设置有过滤层，用于滤除所述待测气体 中预定直径范围的颗粒物。
[0015] 在一个实施例中，该尘埃浓度检测装置，还设置有绝缘层和/或屏蔽层，该绝缘层 用于将所述电场与外界进行绝缘，该屏蔽层用于将所述电场相对于外界进行屏蔽。
[0016] 在一个实施例中，该过滤层被构造成滤除直径大于2.5微米的颗粒物。
[0017] 在一个实施例中，该尘埃浓度检测装置，还包括无线通信模块，该无线通信模块接 收由所述处理器分析得出的质量浓度信号，并将该质量浓度信号发送给远程的服务器或便 携式移动客户端。
[0018] 根据本实用新型的尘埃浓度检测装置，能自动采集并直接测定尘埃质量浓度，装 置小型化功耗低、轻量便携，更具低成本，可在民用或商用领域大规模生产使用。
【附图说明】
[0019] 通过参考附图会更加清楚地理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不 应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
[0020] 图1示出根据本实用新型的尘埃浓度检测装置的一个实施例的结构框图；
[0021] 图2示出根据本实用新型的尘埃浓度检测方法的一个实施例的流程图；
[0022] 图3示出根据本实用新型的尘埃浓度检测装置的一个实施例的结构示意图；
[0023] 图4示出根据本实用新型的带电粒子在电场中的运动轨迹的一个实施例的示意 图；
[0024] 图5示出根据本实用新型的电场发生器的一个实施例的结构简图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描 述中，提出了许多具体细节，W便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人 员来说很明显的是，本实用新型可W在不需要运些具体细节中的一些细节的情况下实施。 下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好 的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和方法，而是在不脱离本实用新 型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述 中，没有示出公知的结构和技术，W便避免对本实用新型造成不必要的模糊。
[0026] 下面结合附图，详细描述根据本实用新型实施例的尘埃浓度检测装置和尘埃浓度 检测方法。
[0027] 图1示出了根据一种实施例，尘埃浓度检测装置的结构框图。根据该实施例，一种 尘埃浓度检测装置可W包括电场发生器110，用于在待测气体中产生电场;电信号测量模块 120,连接到该电场发生器110,用于测量该电场所在的回路中电信号的变化；W及处理器 130,连接到该电信号测量模块120,用于分析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质 量浓度值。在一种实施例中，电场发生器可W由12V DC电源供电。
[0028] 图2示出的一种实施例，尘埃浓度检测方法的流程图。如图2所示，在步骤S201，在 待测气体中产生电场W将该待测气体离子化。在S202中，测量电场所在的回路中电信号的 变化。在S203,分析电信号的变化W获得待测气体中尘埃的质量浓度值。在一个示例中，要 测量的电信号可W是电流或电压。
[0029] 在一个实施例中，电场可W由与高压发生器相连接的电极产生，高压发生器将高 压输出至电极两端，考虑到安全性还可W在高压发生器中设置过压保护W及过流保护电 路。电极可W采用碳纤维、石墨、金属等材料。在本申请中，"高压"指的是足W使待测气体离 子化(例如，将待测气体离子化产生大量电子)的电压，例如可W是50V至10,000V之间的电 压。
[0030] 在一个实施例中，该方法还包括对待测气体进行过滤W滤去预定直径范围的颗粒 物，例如可W从待测气体中滤去直径大于2.5微米的颗粒物，用W检测例如PM2.5的质量浓 度。
[0031] 在一个实施例中，测量电场回路的电信号的变化值的步骤还可W对信号进行滤 波，过滤噪声，降低噪声干扰。例如采用低通滤波，剔除高频干扰。根据噪声水平，也可W不 进行过滤。
[0032] 在一个实施例中，测量电场回路的电信号的变化值的步骤包括可W将回路电信号 放大，例如可W采用分压偏置放大电路，去除无尘埃情况下测量电路中的原始电信号影响， 放大尘埃质量浓度引起的电信号变化。
[0033] 在一个实施例中，测量电场回路的电信号的变化值的步骤包括可W将回路电信号 进行A/D转换。
[0034] 在一个实施例中，该回路包括串联在其中的电阻，测量电阻两端的电压或通过该 电阻的电流，计算得到空气中尘埃的质量浓度。
[0035] 回路中的电信号与尘埃颗粒物浓度值存在如下函数关系：
[0036] 当不存在微小颗粒时，电极两端的电荷量姑和电流I测的表达式为：
[0037]
[00；3 引
[0039] 当存在微小颗粒，通过电阻的电流和电压可表达为：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 其中，Q电为电极两端的电荷量;喃巧电阻两端的电压;R测为串联在回路中的电阻 值;U为电极两端电压;k为设定的经验常数，可根据实测数据进行设定;d为电极距离;S为电 化 极两端的面积;EO为真空绝对介电常数;e电为相对介电常数变化；.....1;..为相对介电常数变化 dt 率;P为待测气体密度，并且通过空气密度表，结合当前气压W及溫度可确定当前标准空气 密度值，可W采用待测气体密度减去当前标准空气密度得出待测尘埃颗粒物的质量浓度。
[0044] 图3示出了根据一种实施例，带电粒子在电场中的运动轨迹的一个实施例的示意 图。图4示出了根据一种实施例，尘埃浓度检测装置的结构示意图。如图3和图4所示：电场发 生器包括高压发生器301和电极，该电极与高压发生器301相连，该电场发生器用于在待测 气体中释放电子，并可W释放大量电子，大量电子从电极的负极向正极运动，可W使所述电 场发生器和电极形成一个闭合的回路。该高压发生器301产生的电压范围例如可W设定为 50V-10000V。在一种实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压。通过闭合回 路，电子将在电场作用下迁移至电极另一端。迁移过程中，电子会吸附在空气中的尘埃颗粒 物上，从而使得空气中的尘埃颗粒物成为带电粒子，并且在电场的作用力下进行迁移，导致 电子迁移过程额外做功，电子迁移增加尘埃颗粒迁移所耗费的电能，对比无尘埃颗粒物情 况下，有尘埃颗粒物的情况会导致尘埃颗粒物迁移增加电子迁移所耗费的电能，而导致回 路中电信号的变化。该电信号可W包括电流、电压W及电容中的至少一种。例如待测气体中 尘埃质量浓度升高会导致回路中电流值减小。
[0045] 在一种实施例中，该高压电场可W设置两个极板，极板与极板之间的待测气体共 同形成了一个电容，该电容中的待测气体尘埃颗粒物的变化会导致该电容的介电常数的变 化，通过测量电容值，结合介电常数与待测气体浓度关系，可W分析得到尘埃颗粒物质量浓 度。
[0046] 在一种实施例中，该电信号测量模块302包括串联在该回路中的电阻，通过该电阻 可W将回路电流变化转换为直接可测量的电压变化。通过测量该电阻的电流或电阻两端的 电压可W计算出待测气体的密度，进而得到待测气体中尘埃颗粒的对应质量浓度。闭合回 路电流下降，尘埃颗粒物质量浓度的大小影响回路电流。通过在闭合回路上测量回路电流 变化，从而获得空气中尘埃物质量浓度值。电阻值根据电场电压的范围会有所不同，在一种 实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻的阻值可W选择为IM Q。
[0047] 在一种实施例中，电信号测量模块302还可W包括放大模块304,放大由尘埃浓度 变化引起的电信号变化，例如可W采用分压偏置放大电路，去除无尘埃情况下电信号测量 模块302电路中的原始电信号影响，放大尘埃质量浓度引起的电信号变化，从而提高装置的 灵敏度。在一种实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻的阻值 可W选择为IMQ，放大模块304的放大倍数可W选择为50倍。
[0048] 在一种实施例中，电信号测量模块302还可W包括A/D转换模块305,例如模拟信号 可W经A/D转换模块305采样并转换为数字信号，将数字信号输入至处理器306进行分析计 算。
[0049] 在一种实施例中，电信号测量模块302还可W包括滤波模块303,可W在放大模块 304之前设置滤波模块303，过滤噪声，降低噪声干扰。例如采用低通滤波，剔除高频干扰。在 一种实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻的阻值可W选择 为IMQ，放大模块304的放大倍数可W选择为50倍，A/D转换器的采样模信号采样频率可W 为IOOHz时，滤波模块303可W选择能够剔除100化W上高频干扰的低通滤波器。根据噪声水 平，也可W不进行过滤。
[0050] 在一种实施例中，处理器用于通过测得的电阻两端的电压Uii计算得到通过该电阻 的电流I测，并基于电极两端的电荷量Q电，电极两端电压U，电极距离d，电极两端的面积S，真 空绝对介电常数e〇,相对介电常数变化峭，相对介电常数变化率^1-，计算得到待测气体的 热 密度，从而获得待测气体的尘埃的质量浓度。
[0051] 本领域技术人员可W理解，处理器可W使用软件、硬件和/或固件的方式来实现。 例如，在一种实施例中，处理器可W在信息处理设备中通过程序指令来实现，运些程序指令 可W被存储在该信息处理设备的非易失性存储器中，并且在由该信息处理设备的一个或多 个处理器执行时使该信息处理设备实现相应的放大模块304、滤波模块303、A/D转换模块 305W及计算模块。运些程序指令可W被包含在W源代码、目标代码、中间代码等形式存在 并能够W编译或解释方式执行的可执行文件或APP中。在另一种实施例中，处理器可W由硬 连线电路实现，其中的放大模块304、滤波模块303、A/D转换模块305W及处理器可W是彼此 分立并连接的电路，也可W集成在一起。
[0052] 在一种实施例中，该尘埃浓度检测装置可W包括检测电路和处理器306,该检测电 路可W包括高压发生器301、电信号测量模块302、滤波模块303、放大模块304W及A/D转换 模块305,该信号测量模块302测得的信号经过滤波模块303、放大模块304W及A/D转换模块 305进行处理，处理后的数字信号经处理器306分析从而得到尘埃的质量浓度。
[0053] 根据一个实施例，尘埃浓度检测装置，还设置有过滤层，用于滤除预定直径范围的 颗粒物，可W使尘埃浓度检测装置只对特定直径范围的颗粒物的浓度进行检查。
[0054] 根据一个实施例，还设置有绝缘层和/或屏蔽层，该绝缘层用于将该电场与外界进 行绝缘，该屏蔽层用于将该电场与外界进行屏蔽。
[0055] 图5示出根据一个实施例，电场发生器的结构简图。该电场发生器包括电极501，电 极501被设置在可透气的壳体内。外界的空气可W通过壳体与壳体内部的电极501相接触， 运里的电极501可W是碳纤维材料也可W是金属针等。该壳体设有绝缘层502和/或屏蔽层 503,该绝缘层用于将所述电场与外界进行绝缘，该屏蔽层用于将该电场相对于外界进行屏 蔽。例如，运里的绝缘层502和屏蔽层503可W设置在壳体内也可W设置在壳体内，也可W同 时设置也可W单独地设置，运种设置方式可W是粘结，卡嵌等方式设置在壳体上，也可W是 挤包、绕包等方式设置在壳体外部。
[0056] 在一中实施例中，壳体部分可W设置为圆柱形，最外层可W为铜材料，作为电磁屏 蔽层503;里层可W采用塑料材质，作为绝缘层502;在圆柱体上可W分布打上小孔，例如小 孔可W是直径为1.5mm的小圆孔，作为空气进入通道。
[0057] 在一个实施例中，电极501设置有过滤层，用于滤除预定直径范围的颗粒物，例如 滤层被构造成过滤掉直径大于2.5微米的颗粒物，运种细颗粒物又称PM2.5。细颗粒物指环 境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其 在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少 的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径 小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，例如重金属、微生物等，且在大气中的停留时间 长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。运样便能用来检测PM2.5的 质量浓度值。过滤层可W是滤纸、聚苯乙締的微滤膜等。过滤层可W设置在壳体内也可W设 置在壳体外，运种设置方式可W是粘结，卡嵌等方式设置在壳体上，也可W是挤包、绕包等 方式设置在壳体外部。
[0058] 在一个实施例中，该电场发生器可W包括间隔预定距离的电极，运里的电极的间 距是可调节的。每个电极501可W设置有尖端，且两端间距有一定的要求，须防止击穿和保 证灵敏度。
[0059] 在一种实施例中，电极501设置在壳体的两端，电极501尖端间距可W通过调节部 件进行调节，例如可W通过螺纹可调电极501尖端的距离。
[0060] 在一个实施例中，例如高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻 的阻值可W选择为IMQ，两个电极501尖端间距可W设置为7mm。在一个实施例中，尘埃浓度 检测装置可W通过至少一个通信模块(可W是有线通信模块或者无线通信模块)实现与至 少一个其他网元之间的通信连接，该无线通信模块接收由该处理器分析得出的质量浓度信 号，并将该质量浓度信号发送给远程的服务器或便携式移动客户端，例如可W通过蓝牙模 块，将测得的尘埃颗粒物浓度值实时上传至远端服务器或便携式移动客户端，实时显示共 享数据，同样可W采用红外、无线网络等无线通信模块起到类似的通信效果。
[0061 ]应当注意，在权利要求中，单词"包含"或"包括"并不排除存在未列在权利要求中 的元件或组件。位于元件或组件之前的冠词"一"或"一个"也并不排除存在多个运样的元件 或组件的情况。
[0062]此外，还应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选 择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求 书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而 易见的。关于本实用新型的范围，说明书中所做的描述都是说明性的，而非限制性的，本实 用新型的范围由所附权利要求书限定。
【主权项】
1. 一种尘埃浓度检测装置，其特征是，包括： 电场发生器，用于在待测气体中产生电场以将所述待测气体离子化； 电信号测量模块，连接到所述电场发生器，用于测量所述电场所在的回路中电信号的 变化；以及 处理器，接收所述电信号，用于分析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质量浓 度值。2. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电场发生器包括： 电极，所述电极设置在所述待测气体中；以及 高压发生器，所述高压发生器连接到所述电极， 其中，所述电极在所述高压发生器提供的高压下释放电子。3. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电信号包括电流、电压以及 电容中的至少一种。4. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电信号测量模块包括串联在 所述回路中的电阻。5. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还包括以下至少一项： 滤波模块，用于对所述电信号进行滤波以滤去所述电信号中的噪声信号； 放大模块，用于放大所述电信号的变化； A/D转换模块，用于将所述电信号从模拟信号转换成数字信号， 其中，所述处理器对所述数字信号进行分析。6. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电场发生器包括间隔预定距 离的电极，所述电极的间距是可调节的。7. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还设置有过滤层，用于滤除所述 待测气体中预定直径范围的颗粒物。8. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还设置有绝缘层和/或屏蔽层，所 述绝缘层用于将所述电场与外界进行绝缘，所述屏蔽层用于将所述电场相对于外界进行屏 蔽。9. 如权利要求7所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述过滤层被构造成滤除直径大 于2.5微米的颗粒物。10. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还包括无线通信模块，所述无线 通信模块接收由所述处理器分析得出的质量浓度信号，并将所述质量浓度信号发送给远程 的服务器或便携式移动客户端。
【文档编号】G01N27/00GK205719880SQ201620346222
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】聂泳忠, 林梅英
【申请人】西人马（厦门）科技有限公司
【专利摘要】本实用新型涉及一种尘埃浓度检测装置。尘埃浓度检测装置可以包括电场发生器，用于在待测气体中产生电场以将所述待测气体离子化；电信号测量模块，连接到所述电场发生器，用于测量所述电场所在的回路中电信号的变化；以及处理器，接收所述电信号，用于分析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质量浓度值。
【专利说明】
尘埃浓度检测装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于空气质量检测技术领域，更具体地设及一种尘埃浓度检测装置。
【背景技术】
[0002] 尘埃浓度检测主要是检测环境空气中的尘埃浓度。空气污染，又称为大气污染，按 照国际标准化组织（ISO)的定义，空气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物 质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人类的舒适、健康和福 利或环境的现象。
[0003] PM2.5是悬浮在空气里直径小于2.5微米的颗粒物。与较粗的大气颗粒物相比， PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，例如重金属、微生物等，且在大气中 的停留时间长、输送距离远，因而对大气环境质量的影响尤为明显。
[0004] PM2.5的附着力很强，而人体的生理结构对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，过高的 PM2.5浓度可对人体的呼吸系统、屯、血管系统、生殖系统及血液系统造成严重危害。实现 PM2.5浓度的准确、实时、便捷检测，W提醒民众的日常外出活动，是具有重大意义的民生工 作。
【发明内容】
[0005] 为了 了解、评价作业场所空气中尘埃对工人健康的危害状况，研究改善防尘技术 措施W及评价防尘措施的效果。都需要对尘埃浓度进行测定。尘埃浓度的表示方法有质量 法和数量法两种。质量尘埃浓度为单位体积空气中尘埃的质量，Wmg/m3表示。数量尘埃浓 度的表示方法为单位体积空气中尘埃颗粒数目，Wn/m3表示。
[0006] 60年代W前，很多国家的尘埃最高容许浓度采用数量浓度表示，只有我国、苏联等 国采用质量浓度表示。后来，由于发现秒肺病的进展与悬浮尘埃的质量浓度密切相关，70年 代后，英、美、日等国进入了数量浓度与质量浓度并用阶段，各国逐渐向质量浓度发展。数量 尘埃浓度较易测得而质量尘埃浓度的测定却较难实现。
[0007] 本申请提供了一种尘埃浓度检测装置，能够测量待测气体中尘埃的质量浓度值。 [000引根据本实用新型的一方面，提供了一种尘埃浓度检测装置，包括电场发生器，用于 在待测气体中产生电场W将所述待测气体离子化；电信号测量模块，连接到所述电场发生 器，用于测量所述电场所在的回路中电信号的变化；W及处理器，接收所述电信号，用于分 析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质量浓度值。
[0009] 在一个实施例中，该电场发生器包括高压发生器和设置在所述待测气体中的电 极，所述电极与高压发生器的两端相连接，所述电场发生器用于释放电子。
[0010] 在一个实施例中，该电信号包括电流、电压W及电容中的至少一种。
[0011] 在一个实施例中，该电信号测量模块包括串联在该回路中的电阻。
[0012] 在一个实施例中，该电场发生器还包括W下至少一项:滤波模块，用于对所述电信 号进行滤波W滤去所述电信号中的噪声信号;放大模块，用于放大所述电信号的变化;A/D 转换模块，用于将所述电信号从模拟信号转换成数字信号，其中，所述处理器对所述数字信 号进行分析。
[0013] 在一个实施例中，该电场发生器包括间隔预定距离的电极，电极的间距是可调节 的。
[0014] 在一个实施例中，该尘埃浓度检测装置，还设置有过滤层，用于滤除所述待测气体 中预定直径范围的颗粒物。
[0015] 在一个实施例中，该尘埃浓度检测装置，还设置有绝缘层和/或屏蔽层，该绝缘层 用于将所述电场与外界进行绝缘，该屏蔽层用于将所述电场相对于外界进行屏蔽。
[0016] 在一个实施例中，该过滤层被构造成滤除直径大于2.5微米的颗粒物。
[0017] 在一个实施例中，该尘埃浓度检测装置，还包括无线通信模块，该无线通信模块接 收由所述处理器分析得出的质量浓度信号，并将该质量浓度信号发送给远程的服务器或便 携式移动客户端。
[0018] 根据本实用新型的尘埃浓度检测装置，能自动采集并直接测定尘埃质量浓度，装 置小型化功耗低、轻量便携，更具低成本，可在民用或商用领域大规模生产使用。
【附图说明】
[0019] 通过参考附图会更加清楚地理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不 应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
[0020] 图1示出根据本实用新型的尘埃浓度检测装置的一个实施例的结构框图；
[0021] 图2示出根据本实用新型的尘埃浓度检测方法的一个实施例的流程图；
[0022] 图3示出根据本实用新型的尘埃浓度检测装置的一个实施例的结构示意图；
[0023] 图4示出根据本实用新型的带电粒子在电场中的运动轨迹的一个实施例的示意 图；
[0024] 图5示出根据本实用新型的电场发生器的一个实施例的结构简图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描 述中，提出了许多具体细节，W便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人 员来说很明显的是，本实用新型可W在不需要运些具体细节中的一些细节的情况下实施。 下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好 的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和方法，而是在不脱离本实用新 型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述 中，没有示出公知的结构和技术，W便避免对本实用新型造成不必要的模糊。
[0026] 下面结合附图，详细描述根据本实用新型实施例的尘埃浓度检测装置和尘埃浓度 检测方法。
[0027] 图1示出了根据一种实施例，尘埃浓度检测装置的结构框图。根据该实施例，一种 尘埃浓度检测装置可W包括电场发生器110，用于在待测气体中产生电场;电信号测量模块 120,连接到该电场发生器110,用于测量该电场所在的回路中电信号的变化；W及处理器 130,连接到该电信号测量模块120,用于分析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质 量浓度值。在一种实施例中，电场发生器可W由12V DC电源供电。
[0028] 图2示出的一种实施例，尘埃浓度检测方法的流程图。如图2所示，在步骤S201，在 待测气体中产生电场W将该待测气体离子化。在S202中，测量电场所在的回路中电信号的 变化。在S203,分析电信号的变化W获得待测气体中尘埃的质量浓度值。在一个示例中，要 测量的电信号可W是电流或电压。
[0029] 在一个实施例中，电场可W由与高压发生器相连接的电极产生，高压发生器将高 压输出至电极两端，考虑到安全性还可W在高压发生器中设置过压保护W及过流保护电 路。电极可W采用碳纤维、石墨、金属等材料。在本申请中，"高压"指的是足W使待测气体离 子化(例如，将待测气体离子化产生大量电子)的电压，例如可W是50V至10,000V之间的电 压。
[0030] 在一个实施例中，该方法还包括对待测气体进行过滤W滤去预定直径范围的颗粒 物，例如可W从待测气体中滤去直径大于2.5微米的颗粒物，用W检测例如PM2.5的质量浓 度。
[0031] 在一个实施例中，测量电场回路的电信号的变化值的步骤还可W对信号进行滤 波，过滤噪声，降低噪声干扰。例如采用低通滤波，剔除高频干扰。根据噪声水平，也可W不 进行过滤。
[0032] 在一个实施例中，测量电场回路的电信号的变化值的步骤包括可W将回路电信号 放大，例如可W采用分压偏置放大电路，去除无尘埃情况下测量电路中的原始电信号影响， 放大尘埃质量浓度引起的电信号变化。
[0033] 在一个实施例中，测量电场回路的电信号的变化值的步骤包括可W将回路电信号 进行A/D转换。
[0034] 在一个实施例中，该回路包括串联在其中的电阻，测量电阻两端的电压或通过该 电阻的电流，计算得到空气中尘埃的质量浓度。
[0035] 回路中的电信号与尘埃颗粒物浓度值存在如下函数关系：
[0036] 当不存在微小颗粒时，电极两端的电荷量姑和电流I测的表达式为：
[0037]
[00；3 引
[0039] 当存在微小颗粒，通过电阻的电流和电压可表达为：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 其中，Q电为电极两端的电荷量;喃巧电阻两端的电压;R测为串联在回路中的电阻 值;U为电极两端电压;k为设定的经验常数，可根据实测数据进行设定;d为电极距离;S为电 化 极两端的面积;EO为真空绝对介电常数;e电为相对介电常数变化；.....1;..为相对介电常数变化 dt 率;P为待测气体密度，并且通过空气密度表，结合当前气压W及溫度可确定当前标准空气 密度值，可W采用待测气体密度减去当前标准空气密度得出待测尘埃颗粒物的质量浓度。
[0044] 图3示出了根据一种实施例，带电粒子在电场中的运动轨迹的一个实施例的示意 图。图4示出了根据一种实施例，尘埃浓度检测装置的结构示意图。如图3和图4所示：电场发 生器包括高压发生器301和电极，该电极与高压发生器301相连，该电场发生器用于在待测 气体中释放电子，并可W释放大量电子，大量电子从电极的负极向正极运动，可W使所述电 场发生器和电极形成一个闭合的回路。该高压发生器301产生的电压范围例如可W设定为 50V-10000V。在一种实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压。通过闭合回 路，电子将在电场作用下迁移至电极另一端。迁移过程中，电子会吸附在空气中的尘埃颗粒 物上，从而使得空气中的尘埃颗粒物成为带电粒子，并且在电场的作用力下进行迁移，导致 电子迁移过程额外做功，电子迁移增加尘埃颗粒迁移所耗费的电能，对比无尘埃颗粒物情 况下，有尘埃颗粒物的情况会导致尘埃颗粒物迁移增加电子迁移所耗费的电能，而导致回 路中电信号的变化。该电信号可W包括电流、电压W及电容中的至少一种。例如待测气体中 尘埃质量浓度升高会导致回路中电流值减小。
[0045] 在一种实施例中，该高压电场可W设置两个极板，极板与极板之间的待测气体共 同形成了一个电容，该电容中的待测气体尘埃颗粒物的变化会导致该电容的介电常数的变 化，通过测量电容值，结合介电常数与待测气体浓度关系，可W分析得到尘埃颗粒物质量浓 度。
[0046] 在一种实施例中，该电信号测量模块302包括串联在该回路中的电阻，通过该电阻 可W将回路电流变化转换为直接可测量的电压变化。通过测量该电阻的电流或电阻两端的 电压可W计算出待测气体的密度，进而得到待测气体中尘埃颗粒的对应质量浓度。闭合回 路电流下降，尘埃颗粒物质量浓度的大小影响回路电流。通过在闭合回路上测量回路电流 变化，从而获得空气中尘埃物质量浓度值。电阻值根据电场电压的范围会有所不同，在一种 实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻的阻值可W选择为IM Q。
[0047] 在一种实施例中，电信号测量模块302还可W包括放大模块304,放大由尘埃浓度 变化引起的电信号变化，例如可W采用分压偏置放大电路，去除无尘埃情况下电信号测量 模块302电路中的原始电信号影响，放大尘埃质量浓度引起的电信号变化，从而提高装置的 灵敏度。在一种实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻的阻值 可W选择为IMQ，放大模块304的放大倍数可W选择为50倍。
[0048] 在一种实施例中，电信号测量模块302还可W包括A/D转换模块305,例如模拟信号 可W经A/D转换模块305采样并转换为数字信号，将数字信号输入至处理器306进行分析计 算。
[0049] 在一种实施例中，电信号测量模块302还可W包括滤波模块303,可W在放大模块 304之前设置滤波模块303，过滤噪声，降低噪声干扰。例如采用低通滤波，剔除高频干扰。在 一种实施例中，高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻的阻值可W选择 为IMQ，放大模块304的放大倍数可W选择为50倍，A/D转换器的采样模信号采样频率可W 为IOOHz时，滤波模块303可W选择能够剔除100化W上高频干扰的低通滤波器。根据噪声水 平，也可W不进行过滤。
[0050] 在一种实施例中，处理器用于通过测得的电阻两端的电压Uii计算得到通过该电阻 的电流I测，并基于电极两端的电荷量Q电，电极两端电压U，电极距离d，电极两端的面积S，真 空绝对介电常数e〇,相对介电常数变化峭，相对介电常数变化率^1-，计算得到待测气体的 热 密度，从而获得待测气体的尘埃的质量浓度。
[0051] 本领域技术人员可W理解，处理器可W使用软件、硬件和/或固件的方式来实现。 例如，在一种实施例中，处理器可W在信息处理设备中通过程序指令来实现，运些程序指令 可W被存储在该信息处理设备的非易失性存储器中，并且在由该信息处理设备的一个或多 个处理器执行时使该信息处理设备实现相应的放大模块304、滤波模块303、A/D转换模块 305W及计算模块。运些程序指令可W被包含在W源代码、目标代码、中间代码等形式存在 并能够W编译或解释方式执行的可执行文件或APP中。在另一种实施例中，处理器可W由硬 连线电路实现，其中的放大模块304、滤波模块303、A/D转换模块305W及处理器可W是彼此 分立并连接的电路，也可W集成在一起。
[0052] 在一种实施例中，该尘埃浓度检测装置可W包括检测电路和处理器306,该检测电 路可W包括高压发生器301、电信号测量模块302、滤波模块303、放大模块304W及A/D转换 模块305,该信号测量模块302测得的信号经过滤波模块303、放大模块304W及A/D转换模块 305进行处理，处理后的数字信号经处理器306分析从而得到尘埃的质量浓度。
[0053] 根据一个实施例，尘埃浓度检测装置，还设置有过滤层，用于滤除预定直径范围的 颗粒物，可W使尘埃浓度检测装置只对特定直径范围的颗粒物的浓度进行检查。
[0054] 根据一个实施例，还设置有绝缘层和/或屏蔽层，该绝缘层用于将该电场与外界进 行绝缘，该屏蔽层用于将该电场与外界进行屏蔽。
[0055] 图5示出根据一个实施例，电场发生器的结构简图。该电场发生器包括电极501，电 极501被设置在可透气的壳体内。外界的空气可W通过壳体与壳体内部的电极501相接触， 运里的电极501可W是碳纤维材料也可W是金属针等。该壳体设有绝缘层502和/或屏蔽层 503,该绝缘层用于将所述电场与外界进行绝缘，该屏蔽层用于将该电场相对于外界进行屏 蔽。例如，运里的绝缘层502和屏蔽层503可W设置在壳体内也可W设置在壳体内，也可W同 时设置也可W单独地设置，运种设置方式可W是粘结，卡嵌等方式设置在壳体上，也可W是 挤包、绕包等方式设置在壳体外部。
[0056] 在一中实施例中，壳体部分可W设置为圆柱形，最外层可W为铜材料，作为电磁屏 蔽层503;里层可W采用塑料材质，作为绝缘层502;在圆柱体上可W分布打上小孔，例如小 孔可W是直径为1.5mm的小圆孔，作为空气进入通道。
[0057] 在一个实施例中，电极501设置有过滤层，用于滤除预定直径范围的颗粒物，例如 滤层被构造成过滤掉直径大于2.5微米的颗粒物，运种细颗粒物又称PM2.5。细颗粒物指环 境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其 在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少 的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径 小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，例如重金属、微生物等，且在大气中的停留时间 长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。运样便能用来检测PM2.5的 质量浓度值。过滤层可W是滤纸、聚苯乙締的微滤膜等。过滤层可W设置在壳体内也可W设 置在壳体外，运种设置方式可W是粘结，卡嵌等方式设置在壳体上，也可W是挤包、绕包等 方式设置在壳体外部。
[0058] 在一个实施例中，该电场发生器可W包括间隔预定距离的电极，运里的电极的间 距是可调节的。每个电极501可W设置有尖端，且两端间距有一定的要求，须防止击穿和保 证灵敏度。
[0059] 在一种实施例中，电极501设置在壳体的两端，电极501尖端间距可W通过调节部 件进行调节，例如可W通过螺纹可调电极501尖端的距离。
[0060] 在一个实施例中，例如高压发生器301可W产生大小为3800V的负电压，精密电阻 的阻值可W选择为IMQ，两个电极501尖端间距可W设置为7mm。在一个实施例中，尘埃浓度 检测装置可W通过至少一个通信模块(可W是有线通信模块或者无线通信模块)实现与至 少一个其他网元之间的通信连接，该无线通信模块接收由该处理器分析得出的质量浓度信 号，并将该质量浓度信号发送给远程的服务器或便携式移动客户端，例如可W通过蓝牙模 块，将测得的尘埃颗粒物浓度值实时上传至远端服务器或便携式移动客户端，实时显示共 享数据，同样可W采用红外、无线网络等无线通信模块起到类似的通信效果。
[0061 ]应当注意，在权利要求中，单词"包含"或"包括"并不排除存在未列在权利要求中 的元件或组件。位于元件或组件之前的冠词"一"或"一个"也并不排除存在多个运样的元件 或组件的情况。
[0062]此外，还应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选 择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求 书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而 易见的。关于本实用新型的范围，说明书中所做的描述都是说明性的，而非限制性的，本实 用新型的范围由所附权利要求书限定。
【主权项】
1. 一种尘埃浓度检测装置，其特征是，包括： 电场发生器，用于在待测气体中产生电场以将所述待测气体离子化； 电信号测量模块，连接到所述电场发生器，用于测量所述电场所在的回路中电信号的 变化；以及 处理器，接收所述电信号，用于分析电信号的变化，从而得到待测气体中尘埃的质量浓 度值。2. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电场发生器包括： 电极，所述电极设置在所述待测气体中；以及 高压发生器，所述高压发生器连接到所述电极， 其中，所述电极在所述高压发生器提供的高压下释放电子。3. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电信号包括电流、电压以及 电容中的至少一种。4. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电信号测量模块包括串联在 所述回路中的电阻。5. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还包括以下至少一项： 滤波模块，用于对所述电信号进行滤波以滤去所述电信号中的噪声信号； 放大模块，用于放大所述电信号的变化； A/D转换模块，用于将所述电信号从模拟信号转换成数字信号， 其中，所述处理器对所述数字信号进行分析。6. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述电场发生器包括间隔预定距 离的电极，所述电极的间距是可调节的。7. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还设置有过滤层，用于滤除所述 待测气体中预定直径范围的颗粒物。8. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还设置有绝缘层和/或屏蔽层，所 述绝缘层用于将所述电场与外界进行绝缘，所述屏蔽层用于将所述电场相对于外界进行屏 蔽。9. 如权利要求7所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，所述过滤层被构造成滤除直径大 于2.5微米的颗粒物。10. 如权利要求1所述的尘埃浓度检测装置，其特征是，还包括无线通信模块，所述无线 通信模块接收由所述处理器分析得出的质量浓度信号，并将所述质量浓度信号发送给远程 的服务器或便携式移动客户端。
【文档编号】G01N27/00GK205719880SQ201620346222
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】聂泳忠, 林梅英
【申请人】西人马（厦门）科技有限公司
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