激光颗粒物传感器的制作方法

1.本发明涉及一种激光颗粒物传感器。


背景技术：

2.激光颗粒物传感器用来检测空气中的颗粒物浓度，广泛应用于空气净化器、空调、新风系统、智能家居、空气质量检测设备、颗粒物检测仪、车载空气净化等民用级消费类产品。
3.大气中的颗粒物组分十分复杂，物理属性(物质种类、体积、密度、形状、表面粗糙度、反射率、反射率等因素)也很相当复杂，现有技术中，用于大气颗粒物(气溶胶)质量浓度测量的方法最准确、可溯源的标准方法是称重法，任何专业级仪器都对标称重法进行标定。
4.称重法最大优点是：完美的避开了物质某些难以确定的物理属性，直接采集单位体积样本进行称重，简单准确；但是缺点也很明显：设备复杂，造价高，无法实时监测，只能检测某个时段的空气中的颗粒物质量浓度。
5.基于称重法上述缺点，以及实际应用实时监测的需要，应运而生的主流检测技术就是基于光散射原理而研制的各式各样的检测装置，例如现有的各种激光颗粒物传感器，其原理主要是根据颗粒经过光路时的散射光强大小来计算得到颗粒物质量浓度，是目前唯一的原位测量颗粒物质量浓度的方法，也是实时性最好的颗粒物质量浓度测量方法。
6.如图1所示，现有的激光传感器技术中，有一个激光源11，一个与其垂直或交叉的风道，一个光电转换单元12，以及后端电路运算处理单元。由于室内气体中小颗粒物含量充足，散射信号样本量满足分析需求，所以上述技术可以采集散射信号后，再经过复杂运算、标定得到pm2.5的浓度值；但由于大颗粒物易沉降，所以相对小颗粒物其含量少很多，散射信号样本量不能满足分析需求，不能得到pm10等大颗粒物的浓度值。
7.由米氏理论可知，随着颗粒粒径的增加，散射光逐渐向前向集中，而现有的激光传感器常为单通道且把传感器布置在90
°
方向，虽然有助于pm2.5的检测，但会造成对大颗粒散射光的低估，会导致无法有效检测pm10等大颗粒物的浓度值。
8.现有激光颗粒物传感器由于前述缺点，所以对于pm10等大颗粒物信号无法有效的捕获和识别，从而pm10等大颗粒物浓度无法准确的输出。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明提出一种激光颗粒物传感器，提高了激光颗粒物传感器的检测精度，特别是针对大颗粒物浓度检测结果有效且精度高。
10.本发明采用以下技术方案：一种激光颗粒物传感器，用于检测气路中的颗粒物，包括光电转换单元、激光源和反射模块，所述反射模块包括多个反射镜，其中：激光源发出的第一光束与所述气路相交，相交区域为测量敏感区；第一光束经过所述反射模块反射后，形成第二光束且该第二光束经过所述测量敏感区；所述光电转换单元为多个，所述光电转换单元用于检测第一光束和第二光束的散射信号。
11.可选地，所述反射镜为两个，所述反射模块包括第一反射镜和第二反射镜，其中：第一反射镜位于激光源发出的第一光束的前方，第二反射镜位于激光源发出的第一光束的侧方，并且第一光束被第一反射镜和第二反射镜依次反射后，形成的第二光束经过所述测量敏感区；所述光电转换单元包括第一光电转换单元和第二光电转换单元，其中第一光电转换单元用于检测第一光束的垂直散射信号和第二光束的前向散射信号，第二光电转换单元用于检测第二光束的垂直散射信号和第一光束的前向散射信号。
12.可选地，第一光束进入第一反射镜的入射角为22.5
°
。
13.可选地，所述激光源、第一光电转换单元、第二光电转换单元、第一反射镜、第二反射镜位于同一平面且与所述气路垂直。
14.可选地，在所述平面内，第二反射镜位于第一光束的一侧，第一光电转换单元和第二光电转换单元位于第一光束的另一侧。
15.可选地，所述反射镜为三个，所述反射模块包括第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，其中：
16.第三反射镜位于激光源发出的第一光束的前方，第四反射镜位于第三反射镜的镜面一侧，第五反射镜位于第四反射镜的镜面一侧，并且第一光束被第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜依次反射后，形成的第二光束经过所述测量敏感区；
17.所述光电转换单元包括第三光电转换单元和第四光电转换单元，其中第三光电转换单元用于检测第一光束的垂直散射信号和第二光束的前向散射信号，第四光电转换单元用于检测第二光束的垂直散射信号和第一光束的前向散射信号。
18.可选地，第一光束进入第三反射镜的入射角为45
°
；第二光束从第五反射镜出射的出射角为22.5
°
。
19.可选地，所述激光源、第三光电转换单元、第四光电转换单元、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜位于同一平面且与所述气路垂直。
20.可选地，在所述平面内，第四反射镜、第五反射镜和第四光电转换单元位于第一光束的一侧，第三光电转换单元位于第一光束的另一侧。
21.可选地，多个所述光电转换单元与测量敏感区的距离相等。
22.根据本发明的技术方案，激光颗粒物传感器包括光电转换单元、激光源、反射模块，激光源发出的第一光束经过反射模块反射后，形成第二光束且该第二光束经过测量敏感区。本发明与原技术信号单一且信号量少相比，实现了垂直方向和前向的双信号的同时收取，且垂直和前向的散射信号量倍增；极大提高了激光颗粒物传感器针对pm2.5的检测精度，且可以有效识别pm10等大颗粒物的浓度，给出高精度的检测结果。
附图说明
23.为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
24.图1是现有激光颗粒物传感器的示意图；
25.图2是本发明激光颗粒物传感器的结构示意图；
26.图3是本发明实施例1的激光颗粒物传感器的结构示意图；
27.图4是本发明实施例2的激光颗粒物传感器的结构示意图。
28.图中，11-激光源，12-光电转换单元，13-第一光束，21-激光源，22-第一光电转换单元，23-第二光电转换单元，24-第一反射镜，25-第二反射镜，26-第一光束，27-第二光束，28-第一反射镜的法线，29-反射模块，30-第三反射镜，31-第四反射镜，32-第五反射镜，33-第三光电转换单元，34-第四光电转换单元。
具体实施方式
29.本发明实施方式中，通过对光束和对应光电转换单元的特殊设计，提高了激光颗粒物传感器的检测精度，特别是针对大颗粒物浓度检测结果有效且精度高，且能够同时提供pm2.5和大颗粒物的浓度值，以下具体加以说明。
30.如图2所示，本发明公开了一种激光颗粒物传感器，用于检测气路中的颗粒物，包括光电转换单元、激光源21和反射模块29，反射模块29包括多个反射镜，其中：激光源21发出的第一光束26(光束方向如图中箭头所示)与气路相交，相交区域为测量敏感区；第一光束26经过反射模块29反射后，形成第二光束27且该第二光束27经过测量敏感区；光电转换单元为多个，光电转换单元用于检测第一光束26和第二光束27的散射信号。
31.光电转换单元优选检测其中一个光束的垂直散射信号和另一个光束的前向散射信号。
32.实施例1
33.如图3所示，本发明实施例公开了一种方式的激光颗粒物传感器，包括光电转换单元、激光源21和反射模块29，反射模块29包括两个反射镜，其中：激光源21发出的第一光束26(光束方向如图中箭头所示)与气路相交，相交区域为测量敏感区。
34.第一反射镜24位于激光源21发出的第一光束26的前方，第二反射镜25位于激光源21发出的第一光束26的侧方，并且第一光束26被第一反射镜24和第二反射镜25依次反射后，形成的第二光束27经过测量敏感区。
35.光电转换单元包括第一光电转换单元22和第二光电转换单元23，其中第一光电转换单元22用于检测第一光束26的垂直散射信号和第二光束27的前向散射信号，前向指第二光束27的方向上，位于通过测量敏感区垂直于第二光束27的平面的前面，即测量敏感区与第一光电转换单元22的连线与第二光束27的夹角大于90
°
；第二光电转换单元23用于检测第二光束27的垂直散射信号和第一光束26的前向散射信号。
36.第一光束26进入第一反射镜24的入射角为22.5
°
，28为第一反射镜的法线。
37.激光源21、第一光电转换单元22、第二光电转换单元23、第一反射镜24、第二反射镜25位于同一平面且与气路垂直。激光源、光电转换模块和反射镜都是具有实体体积的物体，反射镜为片状、光电转换单元的感光面也是片状，这里位于同一平面指的是各元件的中心位于同一平面，第一光束26和第二光束27均与气路垂直。位于同一平面是本发明优选方案，本发明并不限于位于同一平面。
38.在上述平面内，第二反射镜25位于第一光束26的一侧，第一光电转换单元22和第二光电转换单元23位于第一光束26的另一侧。
39.本发明实施例中，第一光电转换单元22位于交点敏感区的正下方，其法线与第一光束26成90
°
夹角，第二光电转换单元23位于第一光束26的前向下方且其法线与第一光束26成45
°
夹角；第一反射镜24位于第一光束26正前方，第二反射镜25位于第一光束7的前向
上方且平行于第一光束26。第一光束26经过第一反射镜24、第二反射镜25后，被反射成与原第一光束26成45
°
的第二光束27，而第二光电转换单元23的法线与第二光束27成90
°
夹角，第一光电转换单元22则位于第二光束27的前向且其法线与第二光束27成45
°
夹角。
40.第一光电转换单元22和第二光电转换单元23与测量敏感区的距离相等。
41.本发明实施例的工作原理：当第一光束26经过测量敏感区时，第一光电转换单元22接收到垂直的散射信号，而第二光电转换单元23接收到前向的散射信号；当第二光束27经过测量敏感区时，第二光电转换单元23接收到垂直的散射信号，而第一光电转换单元22接收到前向的散射信号。因此与原技术信号单一且信号量少相比，实现了垂直方向和前向的双信号的同时收取，且垂直和前向的散射信号量倍增。由于垂直信号与pm2.5有相关性，前向信号与大颗粒物有相关性，所以采集的信号样本量满足检测条件，可以给出pm2.5和大颗粒物的高精度的检测结果，输出pm2.5和大颗粒物的浓度值。
42.实施例2
43.如图4所示，本实施例公开另一种方式的激光颗粒物传感器，包括光电转换单元、激光源21和反射模块，反射模块包括三个反射镜，激光源21发出的第一光束26与气路相交，相交区域为测量敏感区。
44.第三反射镜30位于激光源21发出的第一光束26的前方，第四反射镜31位于第三反射镜30的镜面一侧，第五反射镜32位于第四反射镜31的镜面一侧，并且第一光束26被第三反射镜30、第四反射镜31和第五反射镜32依次反射后，形成的第二光束27经过测量敏感区。
45.光电转换单元包括第三光电转换单元33和第四光电转换单元34，其中第三光电转换单元33用于检测第一光束26的垂直散射信号和第二光束27的前向散射信号，第四光电转换单元34用于检测第二光束27的垂直散射信号和第一光束26的前向散射信号。
46.第一光束26进入第三反射镜30的入射角为45
°
；第二光束27从第五反射镜32出射的出射角为22.5
°
。
47.激光源21、第三光电转换单元33、第四光电转换单元34、第三反射镜30、第四反射镜31和第五反射镜32位于同一平面且与气路垂直。
48.在上述平面内，第四反射镜31、第五反射镜32和第四光电转换单元34位于第一光束26的一侧，第三光电转换单元33位于第一光束26的另一侧。
49.第三光电转换单元33、第四光电转换单元34与测量敏感区的距离相等。
50.本发明针对现有激光颗粒物传感器检测精度低，且对大颗粒无法有效识别的缺点，对光束和对应光电转换单元进行创新设计，有助于提高激光颗粒物传感器针对pm2.5的检测精度，且可以有效识别pm10等大颗粒物的浓度，给出高精度的检测结果。
51.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。