一种粒子采集装置、检测系统及检测方法与流程

本发明涉及微电子器件领域，特别是指一种粒子采集装置、检测系统及检测方法。

背景技术：

目前，用于测量空气中的颗粒物(粒子)的方法，大致分为两种，称重法，激光散射法。其中，称重法，即利用滤膜将大气颗粒物进行聚集采集，利用精密天平对滤膜采集前与采集后质量差得到，单位空气体积内颗粒物的质量浓度。通过选用不同孔径的滤膜，得到不同粒径尺寸的质量浓度。但是此方法只能测到颗粒物的质量信息，并且不能做到实时在位观测。激光散射法，利用不同粒径颗粒物对光的散射方向不同，通过光电转换得到颗粒物的尺寸数量信息，此方法是市场上采用的最常用的方法与设备。但是，此方法的缺点为不能将仪器应用于雾霾浓度稍大的空气中，通常此类仪器只适用于洁净间的测试。同时，此类仪器的内的激光光源极易被污染，污染后，测量结果就不再具有准确性。另外此类仪器的造价昂贵，动辄成千上万。

因此，目前亟需一种粒子检测系统、和\或粒子采集装置、和\或粒子检测方法，以实现有效地进行目标粒子的分离采集以及进一步的实现方便、准确的进行目标粒子的检测，且造价低廉，不怕污染，容易修理及清洗。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种粒子采集装置、检测系统及检测方法，以实现有效地进行目标粒子的分离采集以及进一步的实现方便、准确的进行目标粒子的检测，且造价低廉，不怕污染，容易修理及清洗。

本申请提供的一种粒子采集装置，包括：

目标粒子获取部件，包括顶层、中间层和底层；其中，

所述中间层设置有空气流量入口和出口、连通所述入口和出口的用于将空气流量中的粒子根据其尺寸范围进行分流的流道，所述流道上设置有第一通孔；

所述顶层覆盖中间层形成所述流道的盖体，顶层上对应所述通孔的位置设置有发热部件；

所述底层为卡片式结构，可拆卸的设置于中间层的下方，且对应所述第一通孔位置具有用于沉积目标粒子的沉积区域；

粒子通入部件，用于将包含有待测的目标粒子的空气经所述空气流量入口通入至所述目标粒子获取部件。

由上，本申请的上述粒子采集装置的各个部件可以集成设置于一体，将需要被检测的空气(包含待测的目标粒子(颗粒物))经目标粒子通入装置通过空气流量入口通入至所述目标粒子获取部件，使得所述空气中的目标粒子通过流道进行分流，不同尺寸范围的粒子流向不同的流道；其中，所述发热部件可以是金属电阻，通电(可以是外接电源或者是自带电池)使得所述金属电阻发热，使得在顶层(顶层的材质为二氧化硅，具有密封性的效果)的金属/电阻和底层的沉积区域之间产生温度差；以使得流经此处的目标粒子受到方向朝向所述底层的拖拽力(热泳力)，以使得空气中的目标粒子沉向所述底层的所述沉积区域；有利于有效的进行目标粒子的分离采集，以及有利于据此进一步的取样成像以及分析，以获取所述目标粒子的检测结果。

优选地，所述流道包括：主流道和次流道；其中，

所述主流道的一端与所述空气流量入口相通，另一端设置有一主流道出口；

所述次流道一端与所述空气流量入口相通且另一端设置有次流道出口；

所述次流道设置于所述主流道中间，且所述次流道将所述主流道自所述空气流量入口处分支成两个分支的流道；其中，所述两个分支的流道的其中之一流道上设置有所述通孔；

所述主流道出口和次流道出口连通至空气流量出口。

由上，如图3所示，空气流量入口处的空气流量中含带尺寸不一颗粒物(粒子)，经过入口处由于流道的改变(产生了分支)，会导致目标粒子分流。小尺寸目标粒子(直径小于等于2.5微米的颗粒物即目标粒子，需要被检测的颗粒物，小尺寸的目标粒子容易被人体吸入肺中，对人体的危害最大)会流向两侧主流通道，大尺寸目标粒子(直径大于等于2.5微米的颗粒物)会流向中间次流道。d1为空气流量入口颈宽，d2为次流道颈宽，s为主流道初始的颈宽。图3为目标粒子获取部件的三维主视图。含有待测目标粒子的空气流量入口为a,次流道出口标为b，主流道出口为c，在主流道一分支流道开一通孔(形状可以是任意形状)为d,目标粒子可以通过此处沉积到底层。

优选地，该装置还包括一壳体，该壳体上具有一匹配所述卡片式结构的底层的开口，

壳体内部安装所述目标粒子获取部件，目标粒子获取部件对应底层处设置有托板，所述中间层与托板之间形成间隙，该间隙正对壳体所述开口设置，使得底层可由壳体开口伸入所述间隙。

由上，有利于将所述底层取出。

本申请还提供一种粒子检测系统，基于上述粒子采集装置，还包括：

目标粒子成像模块，用于对所述卡片式结构的底层的沉积区域随机选择指定数量的目标粒子沉积区域进行拍照以获取目标粒子图像；

图像分析模块，用于对所述目标粒子图像进行分析处理，以获取目标粒子的检测结果。

由上，可以实现方便、准确的进行目标粒子的检测，且造价低廉，不怕污染，容易修理及清洗。

优选地，所述图像分析模块，包括：

目标粒子数量计算子模块，用于计算流过主流道的目标粒子的数量；

目标粒子浓度计算子模块，用于根据所述流过主流道的目标粒子的数量计算流过主流道的目标粒子的浓度。

优选地，所述目标粒子数量获取子模块获取流过主流道的目标粒子的数量的解析式为：

其中，n为流过主流道的目标粒子的数量，sr为采集区矩形面积，st为手持式显微镜采集光斑的面积，为当所述选择指定数量的目标粒子沉积区域的数量为m时的所述目标粒子沉积区域的目标粒子数目的平均值。

由上，本申请可以有效准确地获取流过主流道的目标粒子的数量。

优选地，所述目标粒子浓度获取子模块根据所述流过主流道的目标粒子的数量获取流过主流道的目标粒子的浓度的数量的解析式为：

其中，c为空气中的目标粒子浓度，n为流过主流道的目标粒子的数量，t为沉积时间，q为空气流量入口处空气流量。

由上，本申请可以有效准确地获取流过主流道的目标粒子的浓度。

本申请还提供一种基于上述粒子检测系统的检测方法，包括步骤：

a、将包含有待测目标粒子的空气通过空气流量入口通入至目标粒子获取部件，使得所述空气中的不同尺寸范围的粒子流向不同的流道；

b、通过顶层的发热部件工作以使所述通孔的两端产生温度差，以使得流经通孔处的目标粒子被驱动沉向卡片式结构的底层的沉积区域；

c、取出卡片式结构的底层，对底层的所述沉积区域进行取样成像，以获取目标粒子图像；

d、对所述目标粒子图像进行分析，以获取目标粒子的检测结果。

由上，本申请的上述粒子检测方法可以实现方便、有效准确的进行目标粒子的检测。

由上可以看出，本发明提供了一种粒子检测系统、装置及方法，可以实现方便、准确的进行目标粒子的检测，且造价低廉，不怕污染，容易修理及清洗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的粒子采集装置的目标粒子沉积部件的中间层的主视图；

图2为本发明实施例的粒子采集装置的目标粒子沉积部件的爆炸示意图；

图3为本发明实施例的粒子采集装置的目标粒子沉积部件的中间层进行目标粒子分流的原理示意图；

图4为本申请实施例的粒子检测系统的原理示意图；

图5为本申请实施例的目标粒子沉积区域选取示意图；

图6为本申请实施例的粒子检测方法的流程示意图；

图7为本发明实施例的粒子采集装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的区间。

为克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种粒子采集装置、检测系统及检测方法，可以实现方便、准确的进行目标粒子的检测，且造价低廉，不怕污染，容易修理及清洗。

实施例一

本申请提供的一种粒子检测用的采集装置，包括：

如图1、2所示，为目标粒子获取部件(也可称之为颗粒物分离传感器)。用于进行目标粒子的分流及沉积，包括依次由上往下设置的:顶层21(也可称之为热泳层)、中间层22(也可称之为分离层)、底层23(也可称之为沉积层)。

其中，所述中间层22上设置有将空气流量中的粒子根据其尺寸范围的不同进行分流的流道；其中，所述流道上设置有通孔；所述底层23上设置有与所述通孔对应的沉积区域25；所述顶层21上设置有与所述通孔对应的作用于所述中间层22的流道中目标粒子的发热部件24(例如金属电阻，该金属电阻的阻值优选为28欧)；

具体地，例如，所述流道包括：主流道11和次流道12；其中，所述主流道11的一端设置有一空气流量入口a，另一端设置有一主流道出口c；一端与所述空气流量入口相通另一端设置有次流道出口b；其中，所述次流道设置于所述主流道中，且所述次流道将所述主流道自所述空气流量入口处分成两个分支的流道(次流道将所述主流道分割为两个流道)；其中，所述两个分支的流道的其中之一流道上设置有通孔d。

如图2所示，空气流量入口处的空气流量中含带尺寸不一的目标粒子(颗粒物)，经过入口处由于流道的改变(产生了分支)，会导致气流在此处产生分流。小尺寸目标粒子(需要被检测的目标粒子，小尺寸的目标粒子容易被人体吸入肺中，对人体的危害最大)会流向两侧主流通道，大尺寸目标粒子会流向中间次流道。d1为空气流量入口颈宽，d2为次流道颈宽，s为主流道初始的颈宽。图3为目标粒子获取部件的三维主视图。含有待测目标粒子的空气流量入口为a,次流道出口标为b，主流道出口为c，在主流道一分支流道开一通孔(形状可以是任意形状，例如矩形、圆形、方形等)记为通孔d,目标粒子可以通过此处沉积到底层。

目标粒子通入装置，与所述空气流量入口连接，将待检测的目标粒子通入至所述目标粒子获取部件中；如图7所示，该装置可以为一驱动气体运动的微泵(如风机等微气泵)。

如图7所示，为依据本发明设置的粒子检测用的采集装置的结构示意图，装配在一壳体内(整个设备的尺寸可设置为10cm×7cm×11cm)，其中底层23以薄片方式存在，为消耗品；该壳体上具有对应的开口，壳体内部水平安装中间层22，中间层22的通孔d处的下方，即放置底层23的下方具有与中间层22间隙设置的托板，正对壳体所述开口设置，使得薄片式的底层23可由壳体开口伸入所述间隙到达合适位置，以使得沉积区域25位于通孔d正对的下方。

壳体内位于中间层22的下方，可安装电池、泵，通过管路将泵与空气流量入口a连接，壳体上还有两通孔，一通孔通过管路连通至次流道出口b、主流道出口作为出风口，一通孔通过管路连通至空气流量入口a作为入风口。

图7采用使用电池的供电电路，向泵和顶层21的发热部件24供电，相应的供电的控制开关可设置的壳体上，便于用户操作。

当将底层23插入到位后，将需要被检测的空气通过目标粒子通入装置通过空气流量入口通入至所述目标粒子获取部件，使得所述空气中的目标粒子分流，不同尺寸范围的粒子流向不同的流道；通电(可以是外接电源或者是自带电池)使得所述金属电阻发热，使得在顶层(顶层的材质为二氧化硅，具有密封性的效果)的金属电阻和底层的沉积区域25之间产生温度差；以使得流经此处的目标粒子受到方向朝向所述底层的拖拽力(电泳力)，以使得空气中的目标粒子沉向所述底层的沉积区域，而后取出底层23，以后续进一步的通过后述的目标粒子成像模块，对底层23的所述沉积区域沉积的目标粒子进行取样成像，以获取目标粒子图像；以及通过后述图像分析模块对所述目标粒子图像进行分析，以获取所述目标粒子的检测结果。本申请的上述装置可以实现方便、准确的进行目标粒子的采集，且造价低廉，不怕污染，容易修理及清洗。

实施例二

本申请还提供一种粒子检测系统，包括上述的粒子检测用的采集装置，还包括：

目标粒子成像模块401，用于对所述沉积区域沉积的目标粒子进行取样成像，以获取目标粒子图像；其中，所述目标粒子成像模块可以是：具有拍照功能的便携式终端，及与其可拆卸式装配(如夹持式装配到便携式终端的摄像头处)的具有放大作用的光学镜头，或集成于一体的光学镜头(例如具有微距功能摄像头的便携式终端)。上述为一优选的方式，其他便携的目标粒子成像模块也在本申请的保护范围之内。

图像分析模块402，用于对所述目标粒子图像进行分析检测，以获取检测结果。所述图像分析模块为：具有图像分析功能的终端，可以是安装有相关分析检测软件的上述便携式终端。

其中，所述图像分析模块402，包括：

目标粒子数量计算子模块，用于获取流过主流道的目标粒子的数量；其中，所述目标粒子数量获取子模块获取流过主流道的目标粒子的数量的解析式为：

其中，n为流过主流道的目标粒子的数量，sr为采集区矩形面积，st为目标粒子成像模块采集光斑的面积，为当所述选择指定数量的目标粒子沉积区域的数量为m时的所述目标粒子沉积区域的目标粒子数目的平均值，其中m可以为3。

目标粒子浓度计算子模块，用于根据所述流过主流道的目标粒子的数量获取流过主流道的目标粒子的浓度。其中，目标粒子浓度获取子模块根据所述流过主流道的目标粒子的数量获取流过主流道的目标粒子的浓度的数量的解析式为：

其中，c为空气中的目标粒子浓度，n为流过主流道的目标粒子的数量，t为沉积时间，q为空气流量入口处空气流量。由于小尺寸目标粒子会流向两侧主流通道，因此，本申请对应测得的是空气中的小尺寸目标粒子的浓度。

实施例三

如图6所示，本申请还提供一种粒子检测方法，基于上述的粒子采集装置和检测系统，包括步骤：

s601，将需要被检测的空气中的目标粒子通过空气流量入口通入至所述目标粒子获取部件，使得所述空气中的目标粒子分流，不同尺寸范围的粒子流向不同的流道；

s602，通电使得所述金属电阻发热，使得在顶层和底层之间产生温度差；以使得流经此处的目标粒子受到方向向下的拖拽力(电泳力)，以使得空气中的目标粒子沉向所述底层的沉积区域；

s603，对所述沉积区域沉积的目标粒子进行取样成像，以获取目标粒子图像；具体的，包括：如图5所示，使用目标粒子成像模块(手机与便携式显微镜)选择取样区域(可以根据需要拖动用于所述目标粒子成像模块中的用于取样的取样标注圈进行随机选择取样区域)，如图中的1,2,3，且之后对此三个区域进行拍照成像。

s604，对所述目标粒子图像进行分析，以获取所述目标粒子的检测结果。

具体地，首先获取流过主流道的目标粒子的数量；其中，获取流过主流道的目标粒子的数量的解析式为：

其中，n为流过主流道的目标粒子的数量，sr为采集区矩形面积，st为目标粒子成像模块采集光斑的面积，为当所述选择指定数量的目标粒子沉积区域的数量为m时的所述目标粒子沉积区域的目标粒子数目的平均值。。

进一步的，根据所述流过主流道的目标粒子的数量获取流过主流道的目标粒子的浓度。其中，获取流过主流道的目标粒子的浓度的数量的解析式为：

其中，c为空气中的目标粒子浓度，n为流过主流道的目标粒子的数量，t为沉积时间，q为空气流量入口处空气流量。由于小尺寸目标粒子会流向两侧主流通道，因此，本申请对应测得的是空气中的小尺寸目标粒子的浓度。

进一步地，本申请通过实验验证本申请的技术方案的目标粒子测量的结果的稳定性及准确性优于现有技术，且本申请的粒子采集装置的整个设备的尺寸可设置为10cm×7cm×11cm，便于携带，由上，本申请可以实现方便、准确的进行目标粒子的检测，且造价低廉，不怕污染，容易修理及清洗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。