一种用于检测粉尘浓度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于检测粉尘浓度的装置及方法，该装置包括PDMS沟道、混合电极和玻璃衬底，其中，PDMS沟道由PDMS材料制成，PDMS沟道包括位于两侧的支撑部，以及与两支撑部顶端固定连接的连接部；两支撑部的底端分别与玻璃衬底的顶面固定连接，PDMS沟道和玻璃衬底之间形成粉尘通道；混合电极位于支撑部中，且贯穿支撑部，混合电极的一端朝向粉尘通道。该检测装置及方法避免了传统的检测装置体积大响应慢的问题，具有便于携带，响应迅速，低消耗，高灵敏的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微流控
，具体来说，涉及一种用于检测粉尘浓度的装置及方法。
技术介绍
粉尘主要指的是悬浮在空气中的固体微粒。国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中，粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一。大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因。粉尘对人体主要存在以下危害：(1)破坏人体正常的防御功能。长期吸入生产性粉尘，可使呼吸道粘膜、气管、支气管的纤毛上皮细胞受到损伤，破坏呼吸道的防御功能，肺内尘源积累会随之增加。(2)可引起肺部疾病。(3)致癌。有些粉尘具有致癌性，如石棉。(4)毒性作用。铅、砷、锰等有毒粉尘，能在支气管和肺泡壁上被溶解吸收，引起铅、砷、锰等中毒。由于在生产活动中长期吸入生产性粉尘，引起以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病，称为尘肺病。有煤工尘肺、石墨尘肺、电焊工尘肺及石棉肺等。因此我们需要一种便携快速检测粉尘容量的工具及方法来减小粉尘对人体所带来的危害。现在市面上比较常用的检测方法主要有光散射法、β射线法和微重量天平法、静电感应法、压电天平法等。这些设备不仅体积比较大，而且价格比较高。如果使用微结构现在一般都是采用标准的硅加工工艺，虽然在尺寸上有所减小，但是由于硅加工工艺复杂，结构的厚度有所限制，单次采样的容量有所限制。因此微结构作用以及精度有限。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种用于检测粉尘浓度的装置及方法，解决了传统检测装置体积大、响应慢，以及硅加工的复杂工艺及体积局限的问题，具有便于携带、响应迅速的优点。技术方案：为解决上述技术问题，一方面，本专利技术实施例提供一种用于检测粉尘浓度的装置，包括PDMS沟道、混合电极和玻璃衬底，其中，PDMS沟道由PDMS材料制成，PDMS沟道包括位于两侧的支撑部，以及与两支撑部顶端固定连接的连接部；两支撑部的底端分别与玻璃衬底的顶面固定连接，PDMS沟道和玻璃衬底之间形成粉尘通道；混合电极位于支撑部中，且贯穿支撑部，混合电极的一端朝向粉尘通道。作为优选例，所述的混合电极为2n个，每个支撑部中均匀布设n个混合电极，且沿支撑部横向中心线对称布设；两支撑部中的混合电极沿着粉尘通道的纵向中心线一一对称布设；n为整数。作为优选例，所述的粉尘通道长度为2mm至4mm。作为优选例，所述的混合电极为圆柱状，混合电极的直径为0.3—3mm。作为优选例，所述的玻璃基板与连接部的距离大于混合电极的直径，且玻璃基板与连接部的距离为2—4mm。作为优选例，所述的混合电极的长度等于支撑部的长度，混合电极的长度为1100um至150um。作为优选例，所述的混合电极按照重量比，包括以下组分：碳纳米管:PDMS:固化剂＝3:1:0.1。另一方面，本专利技术实施例还提供一种用于检测粉尘浓度的装置进行粉尘浓度检测的方法，该方法包括以下过程：首先将装置中位于PDMS沟道支撑部上的混合电极一一对应形成n组电容，并在外接引线中使n组电容并联，然后将粉尘气流通入检测装置的粉尘通道中，改变PDMS沟道内的介电常数，最后测算粉尘所占体积比。作为优选例，9.按照权利要求8所述的粉尘浓度检测的方法，其特征在于，所述的测算粉尘所占体积比的过程如下：当粉尘进入粉尘通道后，粉尘和空气混合物的介电常数∈依据式(1)确定：∈＝D∈p+(1-D)*∈a式(1)其中，∈表示粉尘和空气的混合介电常数；∈p表示粉尘的介电常数；∈a表示空气的介电常数；D表示两电容极板间的粉尘容积比；依据式(2)确定粉尘和空气的混合介电常数∈与电容关系：其中，C表示实际电容大小,C0表示真空中电容大小，D表示两电容极板间的粉尘容积比，∈表示粉尘和空气的混合介电常数；由式(2)得到式(3)：其中，ΔC＝C-C0；依据式(4)确定粉尘质量m：m＝D*V*ρ式(4)其中，V表示粉尘通道(4)中的空气体积，ρ表示粉尘通道(4)中的空气密度。作为优选例，所述的装置包括PDMS沟道、混合电极和玻璃衬底，其中，PDMS沟道由PDMS材料制成，PDMS沟道包括位于两侧的支撑部，以及与两支撑部顶端固定连接的连接部；两支撑部的底端分别与玻璃衬底的顶面固定连接，PDMS沟道和玻璃衬底之间形成粉尘通道；混合电极位于支撑部中，且贯穿支撑部，混合电极的一端朝向粉尘通道。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.反应迅速、成本低、工艺简单。本专利技术中，PDMS沟道的两个支撑部与玻璃衬底的顶面固定连接，混合电极位于PDMS沟道的支撑部中，并且贯穿沟道的支撑部。在PDMS沟道的两个支撑部均匀分布一一对应的若干个混合电极。当粉尘通过沟道时，引起沟道两侧混合电极之间的介电常数变化，从而使得电容发生变化，反应迅速。本专利技术装置中，粉尘通道较大，并且可以制作3D电极，方便外接引线，工艺难度低。本专利技术装置的主要结构采用PDMS材料与玻璃，易于获取，成本低，并且制作工艺简单。2.体积小，便于安装携带，可构成传感网络。本专利技术使用微流控柔性材料工艺，可改变电极形状来形成不同的电场，便于大规模生产，成本低廉，可用于便携式设备，便于构建粉尘检测传感网络。附图说明图1是本专利技术实施例中PDMS沟道的横向剖面图；图2是本专利技术实施例的正视纵向剖视图；图3是本专利技术实施例的侧视纵向剖视图。图中有：PDMS沟道1、混合电极2、玻璃衬底3、粉尘通道4、支撑部101、连接部102。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图1至图3所示，本专利技术实施例的一种用于检测粉尘浓度的装置，该装置包括PDMS沟道1、混合电极2和玻璃衬底3。PDMS沟道1由PDMS(对应中文：聚二甲基硅氧烷)材料制成。PDMS沟道1包括位于两侧的支撑部101，以及与两支撑部101顶端固定连接的连接部102。两支撑部101的底端分别与玻璃衬底3的顶面固定连接，PDMS沟道1和玻璃衬底3之间形成粉尘通道4。混合电极2位于支撑部101中，且贯穿支撑部101，混合电极2的一端朝向粉尘通道4。上述实施例中，作为优选，所述的混合电极2为2n个，每个支撑部101中均匀布设n个混合电极2，且沿支撑部101横向中心线对称布设；两支撑部101中的混合电极2沿着粉尘通道4的纵向中心线一一对称布设；n为整数。混合电极2一一对称布设，是为了形成电容。混合电极2尽可能的最大化利用支撑部101的面积，使测得的电容大小尽可能的大。作为优选，所述的粉尘通道4长度为2mm至4mm。这样，可以在支撑部101上设置多个孔洞，便于混合电极2的布设。作为优选，所述的混合电极2为圆柱状，混合电极2的直径为0.3—3mm。作为优选，所述的玻璃基板3与连接部102的距离大于混合电极2的直径，且玻璃基板3与连接部102的距离为2—4mm。这使混合电极2能够充分暴露在粉尘通道4内。作为优选，所述的混合电极2的长度等于支撑部101的长度，混合电极2的长度为1100um至150um。这便于电极材料的注射。作为优选，所述的混合电极2按照重量比，包括以下组分：碳纳米管:PDMS:固化剂＝3:1:0.1。这样，混合电极2的导电性以及混合材料的固化程度最好。上述实施例的用于检测粉尘浓度的装置中，PDMS沟道的两个支撑部101与玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，该装置包括PDMS沟道(1)、混合电极(2)和玻璃衬底(3)，其中，PDMS沟道(1)由PDMS材料制成，PDMS沟道(1)包括位于两侧的支撑部(101)，以及与两支撑部(101)顶端固定连接的连接部(102)；两支撑部(101)的底端分别与玻璃衬底(3)的顶面固定连接，PDMS沟道(1)和玻璃衬底(3)之间形成粉尘通道(4)；混合电极(2)位于支撑部(101)中，且贯穿支撑部(101)，混合电极(2)的一端朝向粉尘通道(4)。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，该装置包括PDMS沟道(1)、混合电极(2)和玻璃衬底(3)，其中，PDMS沟道(1)由PDMS材料制成，PDMS沟道(1)包括位于两侧的支撑部(101)，以及与两支撑部(101)顶端固定连接的连接部(102)；两支撑部(101)的底端分别与玻璃衬底(3)的顶面固定连接，PDMS沟道(1)和玻璃衬底(3)之间形成粉尘通道(4)；混合电极(2)位于支撑部(101)中，且贯穿支撑部(101)，混合电极(2)的一端朝向粉尘通道(4)。2.按照权利要求1所述的用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，所述的混合电极(2)为2n个，每个支撑部(101)中均匀布设n个混合电极(2)，且沿支撑部(101)横向中心线对称布设；两支撑部(101)中的混合电极(2)沿着粉尘通道(4)的纵向中心线一一对称布设；n为整数。3.按照权利要求1所述的用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，所述的粉尘通道(4)长度为2mm至4mm。4.按照权利要求1所述的用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，所述的混合电极(2)为圆柱状，混合电极(2)的直径为0.3—3mm。5.按照权利要求1所述的用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，所述的玻璃基板(3)与连接部(102)的距离大于混合电极(2)的直径，且玻璃基板(3)与连接部(102)的距离为2—4mm。6.按照权利要求1所述的用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，所述的混合电极(2)的长度等于支撑部(101)的长度，混合电极(2)的长度为1100um至150um。7.按照权利要求1所述的用于检测粉尘浓度的装置，其特征在于，所述的混合电极(2)按照重量比，包括以下组分：碳纳米管:PDMS:固化剂＝3:1:0.1。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洁，惠肇宇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32