一種便攜式pm2.5檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種便攜式PM2.5檢測儀，所述PM2.5切割頭通過所述測試腔與所述石英微天平相連接，所述進氣道設置在所述箱體的頂部，且一端穿過所述箱體與所述PM2.5切割頭相連通，用于將箱體外的空氣導入所述PM2.5切割頭內；所述PM2.5切割頭內設有第一碰撞面及第二碰撞面，所述第一碰撞面與所述第二碰撞面為一體成型結構，所述通氣道的一端頭與所述第二碰撞面相連接，另一端頭穿過所述PM2.5切割頭進入所述測試腔內，且位于所述石英微天平的正上方；所述清洗道與所述測試腔相連通，所述動力裝置設置在所述清洗道上。本發明可以方便地被攜帶到需要測量的場地實時實地檢測PM2.5，可以使用石英微天平稱量氣體中粉塵密度或者顆粒物重量，并利用動力裝置吸入被檢測氣體。
【專利說明】—種便攜式PM2.5檢測儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種便攜式PM2.5檢測儀。
【背景技術】
[0002]石英晶體微天平(QCM)最基本的原理是利用了石英晶體的壓電效應:石英晶體內部每個晶格在不受外力作用時呈正六邊形，若在晶片的兩側施加機械壓力，會使晶格的電荷中心發生偏移而極化，則在晶片相應的方向上將產生電場；反之，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，這種現象稱為壓電諧振。它其實與LC回路的諧振現象十分相似:當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，一般約幾個PF到幾十PF ；當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效，一般L的值為幾十mH到幾百mH。由此就構成了石英晶體微天平的振蕩器，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率，再通過主機將測得的諧振頻率轉化為電信號輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩定度。
[0003]1959年Sauerbrey在假定外加持量均勻剛性地附著于QCM的金電極表面的條件下，得出了 QCM的諧振頻率變化與外加質量成正比的結論。對于剛性沉積物，晶體振蕩頻率變化Λ F正比于工作電極上沉積物的質量改變Λ M0通過這一關系式可得到QCM電極表面的質量變化。
[0004]QCM主要由石英晶體傳感器、信號檢測和數據處理等部分組成。石英晶體傳感器的基本構成大致是:從一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35° 15’切割(AT — CUT)得到石英晶體振蕩片，在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結構。在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
[0005]石英稱重天平的靈敏度是從Sauerbrey方程得來,石英振蕩天平頻率變化值Λ F和質量變化值Λ M有如下的關系:AF = Cf.AM，其中Λ F為石英天平觀察到的稱重物質前后頻率變化值，Λ M為石英天平觀察到的稱重物質前后質量變化值，Cf為石英天平稱量物質質量時的恒定系數。從上述公式上看，QCM的靈敏度是由Cf決定的。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單，攜帶方便的便攜式ΡΜ2.5檢測儀。
[0007]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種便攜式ΡΜ2.5檢測儀，包括箱體、ΡΜ2.5切割頭、測試腔、石英微天平、進氣道、通氣道、清洗道及動力裝置，所述ΡΜ2.5切割頭、測試腔及石英微天平均設置在所述箱體內，且所述PM2.5切割頭通過所述測試腔與所述石英微天平相連接，所述進氣道設置在所述箱體的頂部，且一端穿過所述箱體與所述PM2.5切割頭相連通，用于將箱體外的空氣導入所述PM2.5切割頭內；所述PM2.5切割頭內設有第一碰撞面及第二碰撞面，所述第一碰撞面與所述第二碰撞面為一體成型結構，且所述第二碰撞面設置在所述第一碰撞面的下部，所述第一碰撞面位于所述進氣道的正下方；所述第一碰撞面及第二碰撞面通過固定桿與所述PM2.5切割頭的內壁固定連接；所述通氣道的一端頭與所述第二碰撞面相連接，另一端頭穿過所述PM2.5切割頭進入所述測試腔內，且位于所述石英微天平的正上方；所述清洗道與所述測試腔相連通，所述動力裝置設置在所述清洗道上；其中，
[0008]所述第一碰撞面的形狀呈凹形，所述石英微天平的上表面為敏感表面。
[0009]本發明的有益效果是:
[0010]本發明便攜式PM2.5檢測儀可以很方便地被攜帶到需要測量的場地實時實地檢測PM2.5，本發明不需要過濾網，減少操作程序，減少維護時間和成本。可以使用石英微天平稱量氣體中粉塵密度或者顆粒物重量，并利用動力裝置吸入被檢測氣體。
[0011]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0012]進一步，所述進氣道與所述PM2.5切割頭的連接、所述PM2.5切割頭與所述測試腔的連接以及所述測試腔與所述石英微天平的連接均是通過螺紋相連接。
[0013]進一步，所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第一閥門，所述第一閥門設在位于所述測試腔內的所述通氣道內，且靠近所述通氣道的端頭。
[0014]采用上述進一步方案的有益效果是，關閉第一閥門，使氣泵反向流動，這時氣流就會瞬間把敏感表面表面收集的顆粒吹散到空氣中，使石英微天平的頻率有個瞬間的變化。
[0015]進一步，所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第二閥門，所述第二閥門設置在所述測試腔上，且靠近所述清洗道。
[0016]進一步，所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第三閥門，所述第三閥門設置在所述PM2.5切割頭的底部。
[0017]進一步，所述動力裝置為氣泵或者風扇。
[0018]進一步，所述清洗道與所述石英微天平的敏感表面形成的夾角小于180°，大于90。。
[0019]所述清洗道與所述石英微天平的敏感表面形成的夾角越大于90度，排氣的效果越好。
[0020]進一步，所述箱體的一側壁上設置有穩壓電源。
[0021]進一步，所述箱體內設有數據處理單元，所述箱體的側壁上設有顯示器，所述數據處理單元及顯示器均通過控制電路與所述穩壓電源電連接，所述數據處理單元用于采集所述便攜式PM2.5檢測儀檢測到的數據，并通過所述顯示器顯示出來。
[0022]所述數據處理單元為有線GPRS、無線GPRS、WIF1、蘭牙或ZIGBEE中的任意一種。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明便攜式PM2.5檢測儀的整體結構示意圖；
[0024]圖2為本發明便攜式PM2.5檢測儀測試時的內部結構示意圖；
[0025]圖3為本發明便攜式PM2.5檢測儀清洗時的內部結構示意圖；
[0026]圖4為本發明便攜式PM2.5檢測儀的控制電路框圖；
[0027]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0028]1、箱體，2、PM2.5切割頭，2_1、第一碰撞面，2_2、第二碰撞面，2_3、固定桿，3、測試腔，4、石英微天平，4-1、敏感表面，5、進氣道，6、通氣道，7、清洗道，8、動力裝置，9、第一閥門，10、第二閥門，11、第三閥門，12、穩壓電源，13、數據處理單元，14、顯示器。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0030]一種便攜式PM2.5檢測儀，如圖1至圖3所示，包括箱體1、PM2.5切割頭2、測試腔
3、石英微天平4、進氣道5、通氣道6、清洗道7及動力裝置8，所述PM2.5切割頭2、測試腔3及石英微天平4均設置在所述箱體I內，且所述PM2.5切割頭2通過所述測試腔3與所述石英微天平4相連接，所述進氣道5設置在所述箱體I的頂部，且一端穿過所述箱體I與所述PM2.5切割頭2相連通，用于將箱體I外的空氣導入所述PM2.5切割頭2內；所述PM2.5切割頭2內設有第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2,所述第一碰撞面2-1與所述第二碰撞面2-2為一體成型結構，且所述第二碰撞面2-2設置在所述第一碰撞面2-2的下部，所述第一碰撞面2-1位于所述進氣道5的正下方；所述第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2通過固定桿2-3與所述PM2.5切割頭2的內壁固定連接；所述通氣道6的一端頭與所述第二碰撞面
2-2相連接，另一端頭穿過所述PM2.5切割頭2進入所述測試腔3內，且位于所述石英微天平4的正上方；所述清洗道7與所述測試腔3相連通，所述動力裝置8設置在所述清洗道7上；其中，
[0031]所述第一碰撞面2-1的形狀呈凹形，所述石英微天平4的上表面為敏感表面4-1。
[0032]所述進氣道5與所述PM2.5切割頭2的連接、所述PM2.5切割頭2與所述測試腔3的連接以及所述測試腔3與所述石英微天平4的連接均是通過螺紋相連接。
[0033]所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第一閥門9，所述第一閥門9設在位于所述測試腔3內的所述通氣道6內，且靠近所述通氣道6的端頭。
[0034]所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第二閥門10，所述第二閥門10設置在所述測試腔3上，且靠近所述清洗道7。
[0035]所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第三閥門11，所述第三閥門11設置在所述PM2.5切割頭2的底部。
[0036]所述動力裝置8為氣泵或者風扇。
[0037]所述清洗道7與所述石英微天平4的敏感表面4-1形成的夾角小于180°，大于90。。
[0038]如圖4所示，所述箱體I的一側壁上設置有穩壓電源12。所述箱體I內設有數據處理單元13，所述箱體I的側壁上設有顯示器14，所述數據處理單元13及顯示器14均通過控制電路與所述穩壓電源12電連接，所述數據處理單元13用于采集所述便攜式PM2.5檢測儀檢測到的數據，并通過所述顯示器14顯示出來。所述穩壓電源12通過控制電路控制所述石英微天平4，動力裝置8、數據處理單元13及顯示器14的開啟及關閉。
[0039]本發明的使用原理如下:
[0040]箱體I外的空氣通過進氣道5導入所述PM2.5切割頭2內，顆粒物大于2.5微米的經過第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2,會被第一碰撞面2-1及第二碰撞面2-2收集。而小于2.5微米的顆粒會被氣流沖到石英微天平4的敏感表面4-1，并會在敏感表面4-1上方的測試腔3內存在一段時間。
[0041]影響PM2.5顆粒物收集效率的因素包括:進氣道流速V0，進氣道橫截面積A，氣泵的功率，通氣道的橫截面積，氣體濕度，氣體溫度，敏感表面上方的測試腔的容積。
[0042]經過PM2.5切割頭的PM2.5顆粒物，經過通氣道與石英微天平發生碰撞，石英微天平由于碰撞產生的頻率變化和氣流中PM2.5顆粒物的濃度成正比。石英微天平敏感表面的上方測試腔是收集PM2.5顆粒的空間，其密度與氣流(圖2箭頭所示)對石英微天平敏感表面的沖撞造成的石英微天平頻率變化成正比。
[0043]便攜式PM2.5檢測儀的數據通過數據處理單元進行采集，并通過顯示器進行顯
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[0044]本發明便攜式PM2.5檢測儀的清洗方法是通過第一閥門9、第二閥門10及第三閥門11的開關閉進行控制，具體如下:
[0045]1、當清洗PM2.5以下的顆粒時，關閉第一閥門9，打開第二閥門10，使氣泵反向吹氣，這時氣流就會瞬間把敏感表面表面收集的PM2.5以下的顆粒經過第二閥門10吹散到檢測儀外(如圖3箭頭所示)。
[0046]2、當清洗PM2.5以上的顆粒時，將第三閥門11打開，將落在PM2.5切割頭底壁上的PM2.5以上的顆粒吹散到檢測儀外。
[0047]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:包括箱體、PM2.5切割頭、測試腔、石英微天平、進氣道、通氣道、清洗道及動力裝置，所述PM2.5切割頭、測試腔及石英微天平均設置在所述箱體內，且所述PM2.5切割頭通過所述測試腔與所述石英微天平相連接，所述進氣道設置在所述箱體的頂部，且一端穿過所述箱體與所述PM2.5切割頭相連通，用于將箱體外的空氣導入所述PM2.5切割頭內；所述PM2.5切割頭內設有第一碰撞面及第二碰撞面，所述第一碰撞面與所述第二碰撞面為一體成型結構，且所述第二碰撞面設置在所述第一碰撞面的下部，所述第一碰撞面位于所述進氣道的正下方；所述第一碰撞面及第二碰撞面通過固定桿與所述PM2.5切割頭的內壁固定連接；所述通氣道的一端頭與所述第二碰撞面相連接，另一端頭穿過所述PM2.5切割頭進入所述測試腔內，且位于所述石英微天平的正上方；所述清洗道與所述測試腔相連通，所述動力裝置設置在所述清洗道上；其中， 所述第一碰撞面的形狀呈凹形，所述石英微天平的上表面為敏感表面。
2.根據權利要求1所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述進氣道與所述PM2.5切割頭的連接、所述PM2.5切割頭與所述測試腔的連接以及所述測試腔與所述石英微天平的連接均是通過螺紋相連接。
3.根據權利要求1所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第一閥門，所述第一閥門設在位于所述測試腔內的所述通氣道內，且靠近所述通氣道的端頭。
4.根據權利要求1所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第二閥門，所述第二閥門設置在所述測試腔上，且靠近所述清洗道。
5.根據權利要求1所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述便攜式PM2.5檢測儀還包括第三閥門，所述第三閥門設置在所述PM2.5切割頭的底部。
6.根據權利要求1至5任一項所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述動力裝置為氣泵或者風扇。
7.根據權利要求1至5任一項所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述清洗道與所述石英微天平的敏感表面形成的夾角小于180°，大于90°。
8.根據權利要求1至5任一項所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述箱體的側壁上設置有穩壓電源。
9.根據權利要求8所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述箱體內設有數據處理單元，所述箱體的側壁上設有顯示器，所述數據處理單元及顯示器均通過控制電路與所述穩壓電源電連接，所述數據處理單元用于采集所述便攜式PM2.5檢測儀檢測到的數據，并通過所述顯示器顯示出來。
10.根據權利要求9所述的便攜式PM2.5檢測儀，其特征在于:所述數據處理單元為有線GPRS、無線GPRS、WIF1、蘭牙或ZIGBEE中的任意一種。
【文檔編號】G01N15/06GK104390899SQ201410573740
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】詹姆斯·劉, 克莉絲汀·劉, 李革 申請人:北京至感科技有限公司