一種空氣凈化器、激光粉塵濃度傳感器及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空氣質(zhì)量檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種空氣凈化器、激光粉塵濃度傳感器及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光粉塵濃度傳感器是利用MIE散射理論對空氣中懸浮顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)或者質(zhì)量濃度測量的裝置。如圖1所示，通常方式是使用獨(dú)立風(fēng)道，將采樣空氣引入到傳感器中，采樣空氣流過檢測光敏元件1的正上方，再使用單色激光(由激光發(fā)射管2執(zhí)行)照射在采樣空氣上，并且入射光與檢測光敏平行;激光通過透鏡3在檢測光敏1的正上方匯聚成足夠小的光斑，同時(shí)通過一個(gè)光陷阱接頭4對激光進(jìn)行吸收，用以降低反射和散射產(chǎn)生的光噪聲。通過調(diào)節(jié)空氣流量和檢測光敏的暴露面積可以使空氣中的顆粒物通常逐個(gè)地通過檢測光敏的上方。而檢測光敏1接收到散射光之后，再轉(zhuǎn)化為足夠強(qiáng)的脈沖電壓輸出。圖2示出了三種不同大小的粉塵顆粒的脈沖波形，其中，脈沖電壓2000mv、800mv和200mv分別為ΡΜ10、ΡΜ2.5和ΡΜ0.3的最大脈沖幅值。由圖2可知，脈沖電壓的幅值與粉塵顆粒的直徑相關(guān);脈沖電壓的個(gè)數(shù)與粉塵顆粒的濃度相關(guān)。因此，可以通過對脈沖電壓Vt的幅值進(jìn)行分類，得出不同大小粉塵顆粒的個(gè)數(shù)或者質(zhì)量濃度。
[0003]而激光發(fā)射管，作為激光粉塵濃度傳感器的核心部件之一，其工作狀態(tài)對激光粉塵濃度傳感器的準(zhǔn)確度有很大的影響。常用的激光發(fā)射管都具有輸出功率隨溫度變化而變化的特性，溫度越高則其輸出功率越低，輸出功率越低則檢測到的粉塵顆粒的個(gè)數(shù)或者質(zhì)量濃度越低。因?yàn)椴煌瑴囟认碌募す獍l(fā)射管的輸出功率差距較大，因此容易造成不同溫度下激光粉塵濃度傳感器的輸出準(zhǔn)確度不一致的現(xiàn)象。實(shí)際上，通常也會(huì)使用一個(gè)恒流電路或者恒功率電路對激光發(fā)射管的輸出功率進(jìn)行控制，但是對于小體積低成本的激光粉塵濃度傳感器而言，使用低成本的恒流電路或者恒功率電路通常不足以補(bǔ)償較大溫度差異所造成的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的首先即在于提供一種激光粉塵濃度傳感器，以解決現(xiàn)有激光粉塵濃度傳感器在不同溫度條件下的輸出準(zhǔn)確度不一致的問題，使其在不同溫度條件下都能具有較高的準(zhǔn)確度。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的激光粉塵濃度傳感器，包括激光發(fā)射管、檢測光敏、光陷阱和與所述檢測光敏電連接的脈沖電壓輸出電路，作為改進(jìn)，所述激光粉塵濃度傳感器還包括一設(shè)置在光陷阱內(nèi)部、并且與所述脈沖電壓輸出電路相接的修正光敏;所述修正光敏根據(jù)接收到的所述光陷阱反射的入射激光輸出一個(gè)修正電壓，所述脈沖電壓輸出電路根據(jù)接收到的所述修正電壓對所述檢測光敏輸出的實(shí)時(shí)脈沖電壓進(jìn)行修正，以修正后的脈沖電壓為依據(jù)確定粉塵濃度。
[0006]進(jìn)一步的，所述修正光敏設(shè)置在所述光陷阱內(nèi)部，并且使得所述光陷阱中的入射激光的反射光垂直照射在所述修正光敏上。
[0007]更進(jìn)一步的，所述修正光敏的安裝位置為所述光陷阱中的入射激光的反射光的光斑中心。
[0008]具體的，所述脈沖電壓輸出電路包括MCU;所述修正光敏的輸出通過電阻R1轉(zhuǎn)化為電壓輸出連接在所述MCU的第一 AD轉(zhuǎn)換檢測腳J1，所述檢測光敏檢測到的實(shí)時(shí)脈沖電壓連接到所述MCU的第二 AD轉(zhuǎn)換檢測腳J2。
[0009]作為優(yōu)選，所述檢測光敏檢測到的實(shí)時(shí)脈沖電壓通過多級放大電路單元的放大后連接到所述MCU的第二 AD轉(zhuǎn)換檢測腳J2。
[0010]具體的，所述多級放大電路單元包括放大器U1、電阻R2和電容C1;所述檢測光敏的輸出端接所述放大器U1的反相輸入端，所述放大器U1的正相輸入端接地，所述放大器U1的輸出端接所述MCU的第二 AD轉(zhuǎn)換檢測腳J2，所述電阻R2和電容C1分別并接在所述放大器U1的反相輸入端與所述放大器U1的輸出端之間。
[0011 ]更具體的，所述檢測光敏和修正光敏均為硅光電池。
[0012]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種采用如上所述的激光粉塵濃度傳感器進(jìn)行的粉塵濃度的檢測方法，該檢測方法包括:
[0013]激光發(fā)射管發(fā)出激光后，修正光敏先根據(jù)接收到的光陷阱反射的入射激光輸出一個(gè)修正電壓V0給脈沖電壓輸出電路；
[0014]在后續(xù)的檢測過程中，所述脈沖電壓輸出電路分別接收檢測光敏傳輸?shù)膶?shí)時(shí)脈沖電壓Vt和修正光敏傳輸?shù)膶?shí)時(shí)輸出電壓VI;根據(jù)公式Vt’=K*Vt對所述檢測光敏輸出的實(shí)時(shí)脈沖電壓vt進(jìn)行修正，以修正后的脈沖電壓Vt’為依據(jù)確定粉塵濃度;其中，K為修正系數(shù)，是關(guān)于修正電壓V0和實(shí)時(shí)輸出電壓VI的預(yù)設(shè)函數(shù)。作為優(yōu)選，所述修正系數(shù)K = V1/V0。
[0015]第三方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種空氣凈化器，作為改進(jìn)，所述空氣凈化器包括如上所述的各種形式下的激光粉塵濃度傳感器。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供的激光粉塵濃度傳感器及其粉塵濃度檢測方法，在光陷阱中的特定位置增加一個(gè)用于修正的修正光敏。一般情況下激光直接照射在檢測光敏上，容易造成輸出飽和，而本發(fā)明將修正光敏設(shè)置在光陷阱的特定位置，入射激光經(jīng)過光陷阱內(nèi)部吸收和反射后照射在修正光敏上的光強(qiáng)已經(jīng)大幅減弱，不會(huì)照成光敏輸出飽和。因此，此時(shí)通過特定的脈沖電壓輸出電路將修正光敏的輸出電流轉(zhuǎn)化而成的電壓輸出讀為修正電壓，該修正電壓值可客觀反映出當(dāng)前激光發(fā)射管所發(fā)出的光強(qiáng)度。傳感器再根據(jù)該修正電壓對所述檢測光敏輸出的實(shí)時(shí)脈沖電壓進(jìn)行修正，以修正后的脈沖電壓為依據(jù)確定粉塵濃度。進(jìn)而通過采用較低的成本和簡單的工藝，使得激光粉塵濃度傳感器在不同的溫度下都具有較高的準(zhǔn)確度。同樣的，內(nèi)置了該激光粉塵濃度傳感器的空氣凈化器也能更好地達(dá)到空氣凈化的目的，提高用戶體驗(yàn)。
【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有激光粉塵濃度傳感器的檢測原理示意圖；
[0018]圖2是現(xiàn)有激光粉塵濃度傳感器在檢測到不同大小的粉塵顆粒時(shí)形成的脈沖波形；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光粉塵濃度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光粉塵濃度傳感器中的脈沖電壓輸出電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光粉塵濃度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分，如圖所示:
[0023]一種激光粉塵濃度傳感器，包括激光發(fā)射管10、檢測光敏20、光陷阱30和與所述檢測光敏20電連接的脈沖電壓輸出電路(圖中并未示出該脈沖電壓輸出電路)，作為改進(jìn)，所述激光粉塵濃度傳感器還包括一設(shè)置在光陷阱30內(nèi)部、并且也與所述脈沖電壓輸出電路相接的修正光敏40。在圖3所示的本實(shí)施例中，光陷阱30有左右兩個(gè)側(cè)壁，修正光敏40安裝在光陷阱30的左側(cè)側(cè)壁上，入射激光直接照射到光陷阱30的右側(cè)壁上，一部分被右側(cè)壁吸收，另一部分通過反射照射在修正光敏40上。該修正光敏40用于接收光陷阱30反射的入射激光，輸出一個(gè)修正電壓給脈沖電壓輸出電路，所述脈沖電壓輸出電路再根據(jù)接收到的修正電壓對檢測光敏20輸出的實(shí)時(shí)脈沖電壓進(jìn)行修正，最后以修正后的脈沖電壓為依據(jù)確定粉塵濃度。
[0024]并且，進(jìn)一步的，修正光敏40不僅設(shè)置在光陷阱30的內(nèi)部，作為優(yōu)選還要使得光陷阱30中的入射激光的反射光垂直照射在所述修正光敏40上。為了能夠清楚簡要的說明，本實(shí)施例中的光陷阱選用等腰直角三角形的形狀，如圖所示，圖中的光陷阱30的右側(cè)壁水平夾角選擇為45°，使得右側(cè)壁上的反射光能垂直照射在修正光敏40上。而在對檢測光敏20和修正光敏40的器材種類選擇上，需要綜合考慮激光發(fā)射管發(fā)出的激光波長來決定。作為優(yōu)選，檢測光敏20和修正光敏40均可選用硅光電池。更進(jìn)一步的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，該修正光敏40的安裝位置以光陷阱30中的入射激光的反射光的光斑中心為最佳。
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光粉塵濃度傳感器中的脈沖電壓輸出電路的示意圖。同樣的，為了便于說明，僅示出了與本