一种高灵敏度油烟浓度测量装置的制作方法

本发明涉及吸油烟机技术领域，具体涉及一种高灵敏度油烟浓度测量装置。

背景技术：

吸油烟机通过对油烟浓度的测量，自动调整风量，因为通常吸油烟机油烟浓度非常低，仅几毫克/立方米，现有的方案分辨率都很低，所以很难有效区分烟雾浓度。现有的红外方式的油烟浓度检测技术，由于环境光的影响，检测的油烟浓度最小值受到限制，且因为反射信号非常微弱，电路和放大芯片要求非常高。而且现有的发射电路和接收电路需要分别设置在发射管和接收管内，不利于生产检修。现有的发射单元由于发射口大小需限定在一个较小的范围内，只能在发射单元内设置少量发射管，且因光线发散而浪费光源，仅有竖直指向发射口的部分光线能通过发射口，光通量低。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种高灵敏度油烟浓度测量装置。

为了实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：

本发明提供了一种高灵敏度油烟浓度测量装置，包括:

发射单元，用于发射红外光线，具有一个发射腔，所述发射腔内设有曲面反射镜、凸透镜和发射管；所述发射腔的顶部设有发射口，所述曲面反射镜为开口朝向所述发射口的旋转抛物面结构；所述发射管的轴线方向朝向所述旋转抛物面结构的焦点处，所述凸透镜设置于所述发射管和所述焦点之间，所述发射管的发光点位于所述凸透镜的一倍焦距到两倍焦距之间，且使所述发射管发射的光线都经过所述焦点；

接收单元，具有接收口和接收管，用于将接收的光信号转化为电信号并传输至发射接收电路；

发射接收电路,包括接收电路和发射电路，所述接收电路通过运放电路放大所述接收单元的电信号并进行分析，所述发射电路连接外部驱动电路采用相同占空比脉冲驱动所述发射管；

所述发射单元与所述接收单元成倾角设置，所述接收单元的接收口宽度与所述发射口的宽度匹配。

进一步的，所述发射管为多个，所述凸透镜的数量与所述发射管的数量相匹配。

进一步的，所述发射管在所述发射腔内对称分布。

进一步的，所述光线照到所述曲面反射镜上最外的边缘与所述旋转抛物面结构的轴线距离在1mm-5mm范围内。

进一步的，所述发射口的宽度在2mm-1cm范围内。

进一步的，所述发射单元和所述接收单元的外壳采用不透光的材料制作。

进一步的，所述发射管包括第一发射管和第二发射管，所述第一发射管采用第一红外发射二极管，所述第二发射管采用第二红外发射二极管，所述接收管采用红外接收三极管，所述发射电路包括第一发射管电路和第二发射管电路。

进一步的，所述第一发射管电路包括第一电阻和第一三极管，所述第一电阻的一端接电源vcc，所述第一电阻的另一端接第一红外发射二极管的正极，所述第一红外发射二极管的负极接第一三极管的集电极，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极接外部驱动电路。

进一步的，第二发射管电路包括第二电阻和第二三极管，所述第二电阻的一端接电源vcc，所述第二电阻的另一端接第二红外发射二极管的正极，所述第二红外发射二极管的负极接第二三极管的集电极，所述第二三极管(q2)的发射极接地，所述第二三极管的基极接所述外部驱动电路。

进一步的，所述接收电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、电容和芯片，所述红外接收三极管的集电极接电源vcc，所述红外接收三极管的发射极经第三电阻接地,同时所述红外接收三极管的发射极还接所述芯片的+ina管脚，所述芯片的-ina管脚经第六电阻接地，所述芯片的outa管脚接第五电阻的一端、第七电阻的一端及电容的一端，第五电阻的另一端及电容的另一端分别接所述芯片的-ina管脚，第七电阻的另一端接所述芯片的+inb管脚并作为输出端ad1；所述芯片的v+管脚接电源vcc，所述芯片的v-管脚接地；所述芯片的-inb管脚经第八电阻接地，同时所述芯片的-inb管脚经第九电阻接所述芯片的outb管脚，所述芯片的outb管脚经第十电阻作为输出端ad2。

本发明的技术效果是：通过曲面反射镜的反射以及设置多个发射管和凸透镜，显著地提高了发射光的光通量，从而提高了测量精度，同时采用不透光的材料制作红外发射单元和接收单元，减小了环境光对测量的影响，提高了测量油烟浓度的最小值。而且提高发射光强度还能降低对运放电路的要求，降低了成本。同时，将发射电路和接收电路单独放在一起，方便集中生产一个电路模块，并且电路模块出现故障时，不需要更换整个发射管或接收管。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高灵敏度油烟浓度测量装置的发射单元放大结构图；

图2为本发明实施例提供的一种高灵敏度油烟浓度测量装置的结构图；

图3为本发明实施例的第一发射管111电路原理图；

图4为本发明实施例的第二发射管112电路原理图；

图5为本发明实施例的接收电路原理图。

附图说明：

1-发射单元：11-发射管：第一发射管111，第二发射管112：12-凸透镜，13-曲面反射镜，14-发射腔,15-发射口；

2-接收单元：21-接收口，22-接收管；

3-发射接收电路：31-接收电路，32-发射电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种高灵敏度油烟浓度测量装置，包括:

发射单元1，用于发射红外光线，包括一个发射腔14，发射腔内设有曲面反射镜13、凸透镜12和发射管11；发射腔14的顶部设有发射口15，曲面反射镜13为开口朝向发射口15的旋转抛物面结构；发射管11的轴线方向朝向所述旋转抛物面结构的焦点处，凸透镜12设置于发射管11和所述焦点之间，发射管11的发光点位于凸透镜的12一倍焦距到两倍焦距之间，且使发射管11发射的光线都经过所述焦点。

上述发射单元1中，凸透镜12能使发射管11所发射的光线中照射到凸透镜12的部分都汇聚起来，提高了光线的利用率；而且光汇聚到所述旋转抛物面的焦点上继续沿直线传播，相当于在所述焦点处的点光源发出的光线，所述光线经过所述旋转抛物面的焦点后继续传播到曲面反射镜13处，曲面反射镜13的旋转抛物面结构可将所述光线反射成平行光束经发射腔14最后由发射口15发射出，通过合理调整发射管11、凸透镜12和曲面反射镜13的相对位置，使所述光线落在曲面反射镜13中距离其旋转抛物面结构的轴线小于5毫米，可以产生较小半径的平行光束，满足了红外发射单元1需要高光通量的平行细光束的需求。同时，由于发射管11为斜照射曲面反射镜13的结构，这意味着可以在发射单元1中设置多个发射管11同时工作，从而可以提高发射光的强度。

接收单元2，具有接收口21和接收管22，用于将接收的光信号转化为电信号并传输至发射接收电路3。

发射接收电路3，包括接收电路31和发射电路32，接收电路31通过运放电路放大接收单元2的电信号并进行分析，发射电路32连接外部驱动电路采用相同占空比脉冲驱动发射管11。将发射电路32和接收电路31单独放在一起，方便集中生产一个电路模块，并且电路模块出现故障时，不需要更换整个发射管11或接收管22。

发射单元1与接收单元2成倾角设置，接收单元2的接收口21宽度与发射口15的宽度匹配。具体实施例中，发射单元1与接收单元2成140°倾角设置，以保证发射单元1发出的光线经过油烟颗粒的漫反射能到达接收单元2，接收口21宽度与发射口15宽度匹配可保证接收口接收的光线为发射单元1发出的光线经过油烟颗粒的与同一个面平行的面反射产生的反射光。

当发射光一定时，发射光经油烟产生的漫反射光强与油烟浓度成比例关系，接收单元2产生的电信号大小与接收光强成比例关系。通过取样电阻对其电压进行放大，输出电压即与油烟浓度相关。

相应的公式：输出电压＝输入电压*电压增益

输入电压＝k1*反射光强

反射光强＝k2*油烟浓度*发射光强

所以输出电压与发射光强成正比，当发射光强一定时，输出电压与油烟浓度成正比。发射接收电路3分析输出电压可得出相应的油烟浓度值。红外发射单元1与接收单元2成一定的倾角，可以保证红外发射单元1发出的光线经油烟颗粒反射后能到达接收单元2。多个发射管11采用相同占空比脉冲驱动，当发射管11关闭时，测量输出电压为v0，当发射管11为导通时，测量输出电压为v1；v0的大小与环境光和接收管22的暗电流相关，油烟浓度越大时，反射光越大，所以v1的大小随油烟浓度的增大而增大。设v2＝v1-v0，v2的大小与油烟的浓度成正比例关系。当环境光变化时，将引起v0变化。如果单位浓度对应的v2越大，则v0的变化对测量精度的影响越小。所以当发射光强度越大时，环境光的影响越小。而且在同样的环境光下，最大油烟浓度对应的输出电压满幅需要的增益倍数变小，也即意味着，对运放的增益要求降低，即可使用较低要求的运放可达到要求，降低了成本。

本发明具体的实施例中，发射管11可以设置多个，图1所示的实施例为两个，包括第一发射管111和第二发射管112，第一发射管111和第二发射管112在发射腔14内对称分布。对称分布的发射管11可形成均匀的平行光束，使测量更为准确。凸透镜12的数量与发射管11的数量相匹配。多个发射管11同时工作，且不会受到发射口15需要小光束通过的影响，显著地提高了通过发射口15的光通量。

第一发射管111电路如图3所示，第一发射管111采用第一红外发射二极管d1，该电路还包括第一电阻r1和第一三极管q1，第一电阻r1的一端接电源vcc，第一电阻r1的另一端接第一红外发射二极管d1的正极，第一红外发射二极管d1的负极接第一三极管q1的集电极。第一三极管q1的发射极接地，第一三极管q1的基极接外部驱动电路。

第二发射管112电路如图4所示，第二发射管112采用第二红外发射二极管d2，该电路还包括第二电阻r2和第二三极管q2，第二电阻r2的一端接电源vcc，第二电阻r2的另一端接第二红外发射二极管d2的正极，第二红外发射二极管d2的负极接第二三极管q2的集电极。第二三极管q2的发射极接地，第二三极管q2的基极接外部驱动电路。从而通过外部驱动电路产生50％占空比脉冲信号同时驱动第一红外二极管d1和第二红外二极管d2共同发光和不发光，从而保证发射管11采用统一的工作间隔，接收单元2接收到的光线分别为发射管11工作时的漫反射光线和发射管11不工作时的环境光，两者对比，尽可能的排除了环境光的干扰。

接收电路31如图5所示，接收管22采用红外接收三极管q3，该电路包括第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、电容c1和芯片u1；红外接收三极管q3的集电极接电源vcc，红外接收三极管q3的发射极经第三电阻r3接地,同时红外接收三极管q3的发射极还接芯片u1的+ina管脚。芯片u1的-ina管脚经第六电阻r6接地，芯片u1的outa管脚接第五电阻r5的一端、第七电阻r7的一端及电容c1的一端，第五电阻r5的另一端及电容c1的另一端分别接芯片u1的-ina管脚，第七电阻r7的另一端接芯片u1的+inb管脚并作为输出端ad1；芯片u1的v+管脚接电源vcc，芯片u1的v-管脚接地；芯片u1的-inb管脚经第八电阻r8接地，同时芯片u1的-inb管脚经第九电阻r9接芯片u1的outb管脚，芯片u1的outb管脚经第十电阻r10作为输出端ad2。

其中，芯片u1的型号为ad8629，接收电路31采用两级运放，第一级运放作为直射光输出，即输出端ad1；第二级运放输出作为反射光输出，即输出端ad2；运放采用高输入阻抗，低零漂及低噪声运放。因为接收单元2在接收反射光和环境光，以及只接收环境光时，光强度差别非常大，通过不同比例的放大电路，以便接收处理。

所述光线照到曲面反射镜13上最外的边缘与所述旋转抛物面结构的轴线距离在1mm-5mm范围内。照射到曲面反射镜13上形成的反射光束口径更小，能通过红外测量油烟浓度所需的小口径发射口15。

发射口15的宽度在2mm-1cm范围内。由于油烟颗粒小，所需的光束不需要很粗，发射口15只需小口径即可。

发射单元1和接收单元2的外壳采用不透光的材料制作。这保证了接收单元2接收的红外光尽可能多的来自于红外发射单元1，进一步降低了环境光的影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。