一種帶有改進式pm2.5切割頭的可攜式檢測儀的製作方法

2023-09-19 21:44:20 2

一種帶有改進式pm2.5切割頭的可攜式檢測儀的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀，Ⅰ級PM2.5切割頭通過顆粒傳輸通道與所述Ⅱ級PM2.5切割頭相連通，所述Ⅱ級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Ⅰ級PM2.5切割頭相連通；通氣道的一端頭與所述Ⅱ級PM2.5切割頭相連接，另一端頭穿過Ⅱ級PM2.5切割頭進入所述測試腔內，且位於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，並利用動力裝置吸入被檢測氣體。
【專利說明】一種帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀。

【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迴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，電路的振蕩頻率等於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。由於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於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。對於剛性沉積物，晶體振蕩頻率變化Λ F正比於工作電極上沉積物的質量改變Λ M0通過這一關係式可得到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塗敷銀層作為電極，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有如下的關係:AF = Cf.AM，其中Λ F為石英天平觀察到的稱重物質前後頻率變化值，Λ M為石英天平觀察到的稱重物質前後質量變化值，Cf為石英天平稱量物質質量時的恆定係數。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，攜帶方便的帶有改進式ΡΜ2.5切割頭的可攜式檢測儀。
[0007]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種帶有改進式ΡΜ2.5切割頭的可攜式檢測儀，包括箱體、I級ΡΜ2.5切割頭、II級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I級PM2.5切割頭、II級PM2.5切割頭、測試腔及石英微天平均設置在所述箱體內，所述I級PM2.5切割頭通過顆粒傳輸通道與所述II級PM2.5切割頭相連通，所述II級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I級PM2.5切割頭相連通，用於將箱體外的空氣導入所述I級PM2.5切割頭內；所述通氣道的一端頭與所述II級PM2.5切割頭相連接，另一端頭穿過所述II級PM2.5切割頭進入所述測試腔內，且位於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，所述石英微天平的上表面為敏感表面。
[0008]本發明的有益效果是:
[0009]本發明帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式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，並利用動力裝置吸入被檢測氣體。
[0010]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0011]進一步，所述I級PM2.5切割頭內設有I級第一碰撞面及I級第二碰撞面，所述I級第一碰撞面與所述I級第二碰撞面為一體成型結構，且所述I級第二碰撞面設置在所述I級第一碰撞面的下部，所述I級第一碰撞面位於所述進氣道的正下方；所述I級第一碰撞面及I級第二碰撞面通過第一固定杆與所述I級PM2.5切割頭的內壁固定連接；其中，所述I級第一碰撞面的形狀呈凹形。
[0012]進一步，所述II級PM2.5切割頭內設有II級第一碰撞面及II級第二碰撞面，所述II級第一碰撞面與所述II級第二碰撞面為一體成型結構，且所述II級第二碰撞面設置在所述II級第一碰撞面的下部，所述II級第一碰撞面及II級第二碰撞面通過第二固定杆與所述II級PM2.5切割頭的內壁固定連接；所述顆粒傳輸通道的一端頭與所述I級第二碰撞面相連接，另一端頭位於所述II級第一碰撞面的正上方；其中，所述II級第一碰撞面的形狀呈凹形。
[0013]進一步，所述可攜式檢測儀還包括PMlO切割頂蓋，所述PMlO切割頂蓋設置在所述進氣道的頂部，且與所述進氣道相連接。
[0014]進一步，所述PMlO切割頂蓋呈圓錐形，且其底壁上設有呈蜂窩狀排列的小孔，用於過濾PMlO以上的顆粒。
[0015]進一步，所述進氣道與所述I級PM2.5切割頭的連接、所述II級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。
[0016]進一步，所述帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀還包括第一閥門，所述第一閥門設在位於所述測試腔內的所述通氣道內，且靠近所述通氣道的端頭。
[0017]採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。
[0018]進一步，所述帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式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。
[0019]進一步，所述帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀還包括第三閥門，所述第三閥門設置在所述II級PM2.5切割頭的底部。
[0020]進一步，所述動力裝置為氣泵或者風扇。
[0021]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於180°，大於90。。
[0022]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於90度，排氣的效果越好。
[0023]進一步，所述箱體的一側壁上設置有穩壓電源。
[0024]進一步，所述箱體內設有數據處理單元及數據存儲單元，所述箱體的側壁上設有顯示器及穩壓電源，所述數據處理單元、所述數據存儲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於採集所述改進的可攜式PM2.5檢測儀檢測到的數據，所述數據存儲單元將採集到的數據進行存儲，並通過所述顯示器顯示出來。
[0025]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】
[0026]圖1為本發明帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀的整體結構示意圖；
[0027]圖2為本發明帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀的結構示意圖；
[0028]圖3為本發明帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀測試時的內部結構示意圖；
[0029]圖4為本發明帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀清洗時的內部結構示意圖；
[0030]圖5為本發明帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀的控制電路框圖；
[0031]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0032]1、箱體，2、I級PM2.5切割頭，2-1、I級第一碰撞平面，2-2、I級第二碰撞平面，2-3、第一固定杆，3、II級PM2.5切割頭，3-1、II級第一碰撞面，3-2、II級第二碰撞面，3-3、第二固定杆，4、測試腔，5、石英微天平，5-1、敏感表面，6、進氣道，7、通氣道，8、清洗道，9、動力裝置，10、第一閥門，11、第二閥門，12、第三閥門，13、穩壓電源，14、數據處理單元，15、顯示器，16、PMlO切割頂蓋，17、顆粒傳輸通道，18，數據存儲單元。

【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0034]一種帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀，如圖1至圖3所示，包括箱體1、I級PM2.5切割頭2、II級PM2.5切割頭3、測試腔4、石英微天平5、進氣道6、通氣道7、清洗道8及動力裝置9，所述I級PM2.5切割頭2、II級PM2.5切割頭3、測試腔4及石英微天平5均設置在所述箱體I內，所述I級PM2.5切割頭2通過顆粒傳輸通道17與所述II級PM2.5切割頭3相連通，所述II級PM2.5切割頭3通過所述測試腔4與所述石英微天平5相連接，所述進氣道6設置在所述箱體I的頂部，且一端穿過所述箱體I與所述I級PM2.5切割頭2相連通，用於將箱體I外的空氣導入所述I級PM2.5切割頭2內；所述通氣道7的一端頭與所述II級PM2.5切割頭3相連接，另一端頭穿過所述II級PM2.5切割頭3進入所述測試腔4內，且位於所述石英微天平5的正上方；所述清洗道8與所述測試腔4相連通，所述動力裝置9設置在所述清洗道8上；其中，所述石英微天平5的上表面為敏感表面5-1。
[0035]所述I級PM2.5切割頭2內設有I級第一碰撞面2_1及I級第二碰撞面2_2，所述I級第一碰撞面2-1與所述I級第二碰撞面2-2為一體成型結構，且所述I級第二碰撞面2-2設置在所述I級第一碰撞面2-1的下部，所述I級第一碰撞面2-1位於所述進氣道6的正下方；所述I級第一碰撞面2-1及I級第二碰撞面2-2通過第一固定杆2-3與所述I級PM2.5切割頭2的內壁固定連接；其中，所述I級第一碰撞面2-1的形狀呈凹形。
[0036]所述II級PM2.5切割頭3內設有II級第一碰撞面3_1及II級第二碰撞面3_2，所述II級第一碰撞面3-1與所述II級第二碰撞面3-2為一體成型結構，且所述II級第二碰撞面3-2設置在所述II級第一碰撞面3-1的下部，所述II級第一碰撞面3-1及II級第二碰撞面3-2通過第二固定杆3-3與所述II級PM2.5切割頭3的內壁固定連接；所述顆粒傳輸通道17的一端頭與所述I級第二碰撞面2-2相連接，另一端頭位於所述II級第一碰撞面3-1的正上方；其中，所述II級第一碰撞面3-1的形狀呈凹形。
[0037]所述可攜式檢測儀還包括PMlO切割頂蓋16，所述PMlO切割頂蓋16設置在所述進氣道6的頂部，且與所述進氣道6相連接。所述PMlO切割頂蓋16呈圓錐形，且其底壁上設有呈蜂窩狀排列的小孔，用於過濾PMlO以上的顆粒。
[0038]所述進氣道6與所述I級PM2.5切割頭2的連接、所述II級PM2.5切割頭3與所述測試腔4的連接以及所述測試腔4與所述石英微天平5的連接均是通過螺紋相連接。
[0039]所述帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀還包括第一閥門10，所述第一閥門10設在位於所述測試腔4內的所述通氣道7內，且靠近所述通氣道7的端頭。
[0040]所述帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀還包括第二閥門11，所述第二閥門11設置在所述測試腔4上，且靠近所述清洗道8。
[0041]所述帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀還包括第三閥門12，所述第三閥門12設置在所述II級PM2.5切割頭3的底部。
[0042]所述動力裝置9為氣泵或者風扇。
[0043]所述清洗道8與所述石英微天平5的敏感表面5-1形成的夾角小於180°，大於90。。
[0044]如圖5所示，所述箱體I內設有數據處理單元14及數據存儲單元18，所述箱體I的側壁上設有顯示器15及穩壓電源13，所述數據處理單元14、所述數據存儲單元18及顯示器15均通過控制電路與所述穩壓電源13電連接，所述數據處理單元14用於採集所述改進的可攜式PM2.5檢測儀檢測到的數據，所述數據存儲單元18將採集到的數據進行存儲，並通過所述顯示器15顯示出來。
[0045]本發明的使用原理如下:
[0046]箱體I外的空氣通過進氣道6依次導入I級PM2.5切割頭2、II級PM2.5切割頭3內，顆粒物大於2.5微米的經過I級第一碰撞面2-1及I級第二碰撞面2-2，II級第一碰撞面3-1及II級第二碰撞面3-2後被收集。而小於2.5微米的顆粒會被氣流衝到石英微天平5的敏感表面5-1，並會在敏感表面5-1上方的測試腔4內存在一段時間。
[0047]影響PM2.5顆粒物收集效率的因素包括:進氣道6流速Vtl,進氣道6橫截面積A，氣泵的功率，通氣道7的橫截面積，氣體溼度，氣體溫度，敏感表面5-1上方的測試腔4的容積。
[0048]PM2.5檢測儀的靈敏度可以通過調節氣泵的轉速和功率。這種調節可以通過氣泵控制電路的可變電阻實現。調節氣泵的轉速和功率同時也調節了進氣道的空氣流速。
[0049]調節氣泵的功率，轉速以及由此而引起的進氣道空氣流速的變化，也會導致兩級PM2.5切割頭所能切割的顆粒大小的變化。
[0050]石英微天平5的校準可以通過調節如圖4中所示的距離X來實現。PM2.5檢測儀基準線的調節也可以通過調節X實現。所述X為進氣道6最低點到I級第一碰撞平面2-1的距離。
[0051]經過兩級PM2.5切割頭的PM2.5顆粒物，經過通氣道8與石英微天平5發生碰撞，石英微天平5由於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5敏感表面5-1的上方測試腔4是收集PM2.5顆粒的空間，其密度與氣流(圖3箭頭所示)對石英微天平5敏感表面5-1的衝撞造成的石英微天平5頻率變化成正比。
[0052]帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀的數據通過數據處理單元14進行採集，並通過顯示器15進行顯示。
[0053]本發明帶有改進式PM2.5切割頭的可攜式檢測儀的清洗方法是通過第一閥門10、第二閥門11及第三閥門12的開關閉進行控制，具體如下:
[0054]1、當清洗PM2.5以下的顆粒時，關閉第一閥門10，打開第二閥門11，使氣泵反向吹氣，這時氣流就會瞬間把敏感表面5-1表面收集的PM2.5以下的顆粒經過第二閥門11吹散到檢測儀外(如圖4箭頭所示)。
[0055]2、當清洗PM2.5以上的顆粒時，將第三閥門12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。
[0056]所述清洗道在清洗時用作清洗道，當在測試時，用作測試道。
[0057]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，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範圍之內。
【權利要求】
1.一種帶有改進式獻5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:包括箱體、I級？12丨5切割頭、II級？12丨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I級912.5切割頭、II級？12丨5切割頭、測試腔及石英微天平均設置在所述箱體內，所述I級912.5切割頭通過顆粒傳輸通道與所述II級912.5切割頭相連通，所述II級912.5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I級912.5切割頭相連通，用於將箱體外的空氣導入所述I級？12丨5切割頭內；所述通氣道的一端頭與所述II級912.5切割頭相連接，另一端頭穿過所述II級^12.5切割頭進入所述測試腔內，且位於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所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述I級？12.5切割頭內設有I級第一碰撞面及I級第二碰撞面，所述I級第一碰撞面與所述I級第二碰撞面為一體成型結構，且所述I級第二碰撞面設置在所述I級第一碰撞面的下部，所述I級第一碰撞面位於所述進氣道的正下方；所述I級第一碰撞面及I級第二碰撞面通過第一固定杆與所述I級912.5切割頭的內壁固定連接；其中，所述I級第一碰撞面的形狀呈凹形。
3.根據權利要求2所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述II級？12丨5切割頭內設有II級第一碰撞面及II級第二碰撞面，所述II級第一碰撞面與所述II級第二碰撞面為一體成型結構，且所述II級第二碰撞面設置在所述II級第一碰撞面的下部，所述II級第一碰撞面及II級第二碰撞面通過第二固定杆與所述II級912.5切割頭的內壁固定連接；所述顆粒傳輸通道的一端頭與所述I級第二碰撞面相連接，另一端頭位於所述II級第一碰撞面的正上方；其中，所述II級第一碰撞面的形狀呈凹形。
4.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述可攜式檢測儀還包括？110切割頂蓋，所述？110切割頂蓋設置在所述進氣道的頂部，且與所述進氣道相連接。
5.根據權利要求4所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述？肌0切割頂蓋呈圓錐形，且其底壁上設有呈蜂窩狀排列的小孔，用於過濾？肌0以上的顆粒。
6.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述進氣道與所述I級？12.5切割頭的連接、所述II級？12.5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。
7.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述可攜式檢測儀還包括第一閥門，所述第一閥門設在位於所述測試腔內的所述通氣道內，且靠近所述通氣道的端頭。
8.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述可攜式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。
9.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述可攜式檢測儀還包括第三閥門，所述第三閥門設置在所述II級？12.5切割頭的底部。
10.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述動力裝置為氣泵或者風扇。
11.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述清洗道與所述石英微天平的敏感表面形成的夾角小於180。，大於90。。
12.根據權利要求1至3任一項所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述箱體內設有數據處理單元及數據存儲單元，所述箱體的側壁上設有顯示器及穩壓電源，所述數據處理單元、所述數據存儲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於採集所述改進的可攜式？12.5檢測儀檢測到的數據，所述數據存儲單元將採集到的數據進行存儲，並通過所述顯示器顯示出來。
13.根據權利要求12所述的帶有改進式912.5切割頭的可攜式檢測儀，其特徵在於:所述數據處理單元為有線⑶…、無線蘭牙或21(^822中的任意一種。
【文檔編號】G01N1/04GK104390875SQ201410574989
【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12月31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