本实用新型专利技术涉及检测设备技术领域，具体来说是一种适用于大气中PM2.5的微型PM2.5传感器，包括一气室、激光发生器和电路板，气室上部和下部分别设有进气口和出气口，气室一侧设有激光发生器和光阑，气室另一侧设有锥形结构的光陷阱，激光发生器发射激光作为光源，当有颗粒物通过进气口时会发生光散射现象，散射的光强与PM2.5浓度呈线性关系，通过光电二极管的检测转换为随浓度变化脉冲电压信号再经过信号甄别与筛选电路得出稳定的脉冲电信号，并传输给信号采集及无线发射电路进行数据采集及发送。本装置采集数据精准，结构设计紧凑，制作成本低，使用方便，进一步，还可与电子口罩相结合，并通过APP端接收相关的数据，得到实时的PM2.5浓度值。
【技术实现步骤摘要】
一种微型PM2.5传感器[
]本技术涉及检测设备
，具体来说是一种适用于大气中PM2.5的微型PM2.5传感器。[
技术介绍
]大气污染已经成为整个社会共同关注的内容。PM2.5浓度是评价大气污染程度的关键指标之一。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。越来越多的普通民众希望自己能对大气PM2.5污染浓度进行检测。目前的PM2.5检测方式主要有称重法、微振荡天平法、β射线法和光散射法。称重法测量过程复杂，需要专业人士进行操作；微振荡天平法和β射线法可以实现自动测量，但是不能进行实时检测，而且仪器价格昂贵，体积比较大，不适合普通个人和家庭等民用检测的需求。国内外的几家生产企业推出了几款基于光学颗粒计数原理的手持式PM2.5检测仪，它们的价格在几千元至几万元之间，超出了大多数个人或家庭的期望价格，限制了该类产品在市场的推广应用。[
技术实现思路
]本技术是针对现有大气PM2.5污染的问题，利用光散射原理，以激光作为光源设计出的一种用于大气PM2.5检测的微型PM2.5传感器。为了实现上述目的，设计一种微型PM2.5传感器，包括一气室、激光发生器和电路板，其特征在于气室上部和下部分别设有进气口和出气口，气室一侧设有激光发生器和光阑，激光发生器发射激光作为光源，沿激光束在光阑内腔的进光侧及出光侧分别设有开孔，气室另一侧设有锥形结构的光陷阱用于吸收激光，经过光阑过滤杂散光后的激光束进入气室内的采样区，当有颗粒物通过进气口时会发生光散射现象，散射的光强与PM2.5浓度呈线性关系，电路板上的光电二极管将采样区内的光强转换为随浓度变化脉冲电压信号，再经过信号甄别与筛选电路得出稳定的脉冲电信号，并传输给信号采集及无线发射电路进行数据采集及发送。所述的信号采集及无线发射电路由芯片U4控制，芯片U4的1号管脚接电阻R6后接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接激光三极管D3后接5V电源，芯片U4通过控制三极管Q1控制激光发射，使得激光管能够按照一定的频率进行输出，三极管Q1的发射极接地，该芯片U4采用BLE-M蓝牙芯片，该芯片内带有AD转换功能，其由8号管脚VCC端接3.3V低电平供电，芯片U4的15号管脚接有天线用以进行无线数据发送，芯片U4的12号管脚连接至信号甄别与筛选电路。所述的信号甄别与筛选电路由芯片U3控制，芯片U3的7号管脚与6号管脚之间接有电阻R3，另抽出一端连接电阻R4后接地，芯片U3的5号管脚与2号管脚之间接有电阻R5，芯片U3的2号管脚与1号管脚并联后接电容C6后接地，芯片U3的3号管脚接光电二极管D2的正极，光电二极管D2的负极接地，光电二极管D2将激光二极管D3发射的激光信号转换为随浓度变化脉冲电压信号，通过芯片U3的7号管脚将数据传输至芯片U4的12号管脚，并抽出一端接电容C7滤波。所述的光阑的进光侧及出光侧上的开孔直径为3mm。所述的光陷阱的后端与气室相接，光陷阱前端呈锥形，从而形成锥度为38°为锥形结构，使经过采样区的激光束在锥形结构内产生折射消除。本技术同现有技术相比，其优点在于：利用光散射原理，以激光作为光源，使杂散光通过光阑过滤，经电路板上的信号甄别与筛选电路将杂散光的浓度检测转换为随浓度变化脉冲电压信号，并利用信号采集及无线发射电路进行数据交换，采集的数据精度高，结构设计紧凑，制作成本低，使用方便；进一步，还可与电子口罩相结合，并通过APP端接收相关的数据，得到实时的PM2.5浓度值，使进气口产生负压，从而省去了吸风用的风扇，使得结构小型化。[附图说明]图1是本技术的结构示意图；图2是本技术的气室内腔截面示意图；图3是本技术中电路结构连接示意图；图4是本技术中信号采集及无线发射电路图；图5是本技术中信号甄别与筛选电路图；图6是本技术的流程示意图；图中：1.出气口2.激光发生器3.光阑4.电路板5.进气口6.光陷阱；指定图1作为本技术的摘要附图。[具体实施方式]下面结合附图对本技术作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1参见图1及图2，本装置包括一气室、激光发生器和电路板，气室上部和下部分别设有进气口和出气口，气室一侧设有激光发生器和光阑，气室另一侧设有光陷阱，激光发生器发射激光作为光源，利用光散射原理，当有颗粒物通过进气口时会发生光散射现象，散射的光强与PM2.5浓度呈线性关系，通过光电二极管的检测转换为随浓度变化脉冲电压信号再经过信号甄别与筛选电路得出稳定的脉冲电信号，并传输给信号采集及无线发射电路进行数据采集及发送。根据采集的脉冲数按照给定的采样周期进行数值的转换，通过采集到的数值按照16进制的格式向手机端进行发送，最后由APP端接收相关的数据，得到实时的PM2.5浓度值。对于光阑结构，本装置在光阑内腔的进光侧及出光侧分别设有开孔，主要的作用为：进光侧的开孔将较多的杂散光予以滤除，再经过出光侧的开孔滤除少量的杂散光，这样就使得光线全部予以滤除，经过这一系列调整，采集到的数据基本上能够与标准仪器对上号。经过采集后的激光束需及时的发射出去，不会影响到内部光线的采样，因此，特设计了呈锥形结构的光陷阱，此前本设计中是将激光束打到空气中，也就是通过开孔的方式，但是自然光能够通过小孔进入到采样区，造成了数据的不准确，由于光陷阱的前端呈锥形，使发射出来的激光束在锥形结构内产生折射，从而避免了光线对采样区的干扰，同时为了能够使激光束正好发生折射消除，将锥形结构的锥度定为38°左右。本装置还与电子口罩相结合，使进气口产生负压，从而省去了吸风用的风扇，这样就使得结构上得以小型化，电路部分可以放在口罩别的位置，这样使得整个的体积更加的小巧。本装置中的电路板上集成有相应控制传感器工作的若干电路，包括电源转换电路、信号采集及无线发射电路、运算放大电路、信号甄别与筛选电路等，电路连接示意图参见图3，电路工作流程示意图参见6。其中电源转换电路是将输入的电压至各个芯片的工作电压作为供电电源，由于本装置中的电源转换电路多采用本
的公知电路，在此不做赘述，以下对本装置中光学电路部分进行着重描述，光学电路部分主要包括电路信号采集及无线发射电路、信号甄别与筛选电路。信号采集及无线发射电路的电路原理图参见图4，主要由芯片U4控制，芯片U4采用BLE-M蓝牙芯片，BLE-M内部自带AD转换，通过自带的AD转换功能可以省去AD转换芯片，使得电路更加的简洁，其电路的具体连接结构为：芯片U4的1号管脚接电阻R6后接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接激光三极管D3后接5V电源，芯片U4通过控制三极管Q1控制激光发射，使得激光管能够按照一定的频率进行输出，实现低功耗的要求，三极管Q1的发射极接地，该芯片由8号管脚VCC端接3.3V低电平供电，芯片U4的15号管脚接有天线用以进行无线数据发送，芯片U4的12号管脚连接至信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微型PM2.5传感器，包括一气室、激光发生器和电路板，其特征在于气室上部和下部分别设有进气口和出气口，气室一侧设有激光发生器和光阑，激光发生器发射激光作为光源，沿激光束在光阑内腔的进光侧及出光侧分别设有开孔，气室另一侧设有锥形结构的光陷阱用于吸收激光，经过光阑过滤杂散光后的激光束进入气室内的采样区，当有颗粒物通过进气口时会发生光散射现象，散射的光强与PM2.5浓度呈线性关系，电路板上的光电二极管将采样区内的光强转换为随浓度变化脉冲电压信号，再经过信号甄别与筛选电路得出稳定的脉冲电信号，并传输给信号采集及无线发射电路进行数据采集及发送。
【技术特征摘要】
1.一种微型PM2.5传感器，包括一气室、激光发生器和电路板，其特征在于气室上部和下部分别设有进气口和出气口，气室一侧设有激光发生器和光阑，激光发生器发射激光作为光源，沿激光束在光阑内腔的进光侧及出光侧分别设有开孔，气室另一侧设有锥形结构的光陷阱用于吸收激光，经过光阑过滤杂散光后的激光束进入气室内的采样区，当有颗粒物通过进气口时会发生光散射现象，散射的光强与PM2.5浓度呈线性关系，电路板上的光电二极管将采样区内的光强转换为随浓度变化脉冲电压信号，再经过信号甄别与筛选电路得出稳定的脉冲电信号，并传输给信号采集及无线发射电路进行数据采集及发送。2.如权利要求1所述的一种微型PM2.5传感器，其特征在于所述的信号采集及无线发射电路由芯片U4控制，芯片U4的1号管脚接电阻R6后接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接激光三极管D3后接5V电源，芯片U4通过控制三极管Q1控制激光发射，使得激光管能够按照一定的频率进行输出，三极管Q1的发射极接地，该芯片U4采用BLE-M蓝牙芯片，该芯片内带有AD转换功能，其由8号管脚VCC端...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞跃华，周萍娟，
申请(专利权)人：上海泽罗电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31
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