技术领域
[0001] 本实用新型涉及粉尘检测领域，特指一种粉尘传感器。
背景技术
[0002] 空气环境
质量的好坏越来越引起人们的重视，近年来粉尘作为空气中最重要的污染物之一备受关注。粉尘对人类危害极大，尤其是小粒径颗粒物，能长时间飘浮在大气中，难以沉降到地面，易进入人体
呼吸道，且粒径越小，在人体呼吸道中的沉降
位置越深，危害就越大。因此，粉尘浓度的测量在环境保护中具有十分重要的意义，是迫切需要解决的问题。
[0003] 国家环保部最新修订的《环境空气质量标准》将环境空气中空
气动力学当量直径≤10μm的颗粒物称为可吸入颗粒物(PM10)；将环境空气中
空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物称为细颗粒物(PM2.5)。PM10易沉积在上呼吸道，引发各种
疾病；PM2.5可以沉积在支气管和
肺部，且更易
吸附有毒害的物质进入体内，危害人体健康。因此，对空气中粉尘浓度的准确测量显得格外重要。
[0004] 目前对粉尘的检测仪主要有几种：第一种是基于重量法的粉尘浓度检测设备。这是最直接，最可靠的方法，一般用于气象或一些特殊要求的地方，也可验证其它检测方法的是否准确。重量法需要粉尘
切割器来区分不同的粒径，因此仪器成本高，体积大，难以小型化等，不能在工业和
家用电器设备上推广。第二种是基于光学方法的激光粒子计数器。粒子计数器需要高
精度线性的
光源，成本也相对较高，也很难做到大规模推广。实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于克服
现有技术的
缺陷，提供一种粉尘传感器，解决现有粉尘检测仪存在的成本高、体积大以及难以大规模推广的问题。
[0006] 实现上述目的的技术方案是：
[0007] 本实用新型一种粉尘传感器，包括：
[0008] 光发射单元；
[0009] 与所述光发射单元呈一夹
角设置的光接收单元，所述光接收单元与所述光发射单元之间形成有光敏测量区域，所述光接收单元接收所述光发射单元发出的光并转换成电
信号；
[0010] 对应所述光敏测量区域设置并于所述光敏测量区域形成空气流的空气流形成单元；以及
[0011] 与所述光接收单元连接的处理器，所述处理器接收所述
电信号，经处理转
化成与粉尘的粒径和浓度对应的脉冲信号。
[0012] 本实用新型的粉尘传感器利用光学方法测量粉尘粒径和浓度，测量的粒径可达到0.9微米，与激光
二极管和称重法相比，大大降低了成本，且体积可以做到很小，比如59mm*
45mm*20mm，满足工业及家电对传感器性能的要求，具有很高的性价比和实用价值。
[0013] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，所述光发射单元包括
发光二极管和设于所述发光二极管前方的
准直透镜。
[0014] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，所述光接收单元包括聚光透镜和设于所述聚光透镜后方的光电
三极管。
[0015] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，还包括连接于所述光接收单元和所述处理器之间的前置放大单元。
[0016] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，所述前置放大单元和所述处理器之间连接有滤波单元。
[0017] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，所述空气流形成单元包括形成热空气流的
电阻加热器。
[0018] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，所述空气流形成单元包括与外界空气连通的
风道结构和设于所述风道结构内的风扇，所述风道结构的排风口设于所述光敏测量区域的底部。
[0019] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，还包括保护
外壳，所述保护外壳罩设于所述光发射单元、所述光接收单元、所述空气流形成单元以及所述处理器上，所述保护外壳上对应所述光敏测量区域开设有进气口和出气口，所述进气口与所述空气流形成单元对应设置。
[0020] 本实用新型粉尘传感器的进一步改进在于，所述光接收单元罩设有金属屏蔽罩。
附图说明
[0021] 图1为本实用新型粉尘传感器的原理图。
[0022] 图2为本实用新型粉尘传感器的结构示意图。
[0023] 图3为本实用新型粉尘传感器的正视图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图和具体
实施例对本实用新型作进一步说明。
[0025] 本实用新型提供了一种粉尘传感器，用于测量粉尘、花粉、毛屑以及香烟烟雾等颗粒物，利用光发射单元和光接收单元形成一个光敏测量区域，当携带粉尘的空气流进入到光敏测量区域时，会产生吸收和散射，粉尘产生的散射光被光接收单元接收，转换成电信号，通过
电路处理得当粉尘的粒径和浓度。该粉尘传感器可用于空气
净化机，
空调系统，空气
过滤器等设备，以控制设备的运行，还可以用于室内空气质量监控，检测和显示粉尘浓度。本实用新型的粉尘传感器能够做到小尺寸，低成本，适合于工业及家电领域。下面结合附图对本实用新型粉尘传感器进行说明。
[0026] 如图1所示，本实用新型粉尘传感器包括光发射单元11、光接收单元12、空气流形成单元14、以及处理器15，光发射单元11用于发射光，光接收单元12与光发射单元11呈一夹角设置，该光接收单元12与光发射单元11之间形成有光敏测量区域13，该光接收单元12用于接收光发射单元12发出的光并将接收的光转换成电信号，光发射单元11发射的光射入到光敏测量区域13内，被光敏测量区域13内的粉尘遮挡，粉尘产生散射光，散射光被光接收单元12接收，进而转换成了电信号。空气流形成单元14对应光敏测量区域13设置，用于在光敏测量区域13内形成空气流，该空气流形成单元14将外界空气送入到光敏测量区域13内以形成空气流，该空气流中携带有粉尘。处理器15与光接收单元12连接，用于接收光接收单元12形成的电信号，经过处理将电信号转化成与粉尘的粒径和浓度对应的脉冲信号。
[0027] 由于光接收单元12产生的电信号很弱，为提高检测的精度，在光接收单元12和处理器15之间连接有前置放大单元16，通过前置放大单元16对电信号进行放大处理，在前置放大单元16和处理器15之间连接有滤波单元17，通过滤波单元17进行滤波处理，以避免外界电源纹波和电磁
辐射的影响，提高传感器检测的
稳定性。
[0028] 光发射单元11包括发光二极管111和设于发光二极管111前方的
准直透镜112，发光二极管11发出的光经过准直透镜112后射入到光敏测量区域13。光接收单元12包括聚光透镜121和设于聚光透镜121后方的光电三极管122，该光电三极管122也可以用
光电二极管替换，该光电三极管122和发光二极管111的光轴相交，形成了光敏测量区域13。当携带粉尘的空气流经过光敏测量区域13时，光电二极管111发出的光被粉尘遮挡，粉尘产生的散射光被聚光透镜121聚到光电三极管122，将接收到的散射
光信号转换成电信号，根据散射光强与被测粉尘颗粒物的粒径和浓度的比例关系，可以测出粉尘浓度。
[0029] 空气流形成单元14可采用自然气流，也可采用风扇或气
泵方式形成气流。作为本实用新型的一较佳实施方式，空气流形成单元14包括形成热空气流的电阻加热器，利用电阻加热器形成热空气流，属于自然气流。该电阻加热器设于光敏测量区域13的底部，电阻加热器经加热形成向上的热气流，把外界的空气带入到光敏测量区域13，这样可以形成稳定的气流，易于实现，且成本低，该热空气流的流速不会太大，能够确保粉尘的测量精度。作为本实用新型的另一较佳实施方式，空气流形成单元14包括与外界空气连通的风道结构和设于风道结构内的风扇，该风道结构的排风口设于光敏测量区域13的底部，利用风扇将外界的风形成空气流送入到光敏测量区域13，控制风扇的转速，以形成恒定流速的空气流，确保粉尘的测量精度。
[0030] 粉尘传感器在实际使用中，来自用户端的电源噪声，大功率电器电路产生的辐射或传导噪声会影响传感器的信号，影响粉尘传感器的测量精度。滤波单元17能够在一定程度上防止环境中可能的
电磁干扰，为进一步提高抗电磁干扰的能力，在光接收单元12上罩设有金属屏蔽罩19，利用金属屏蔽罩19屏蔽辐射的电磁干扰。通过滤波单元17和金属屏蔽罩19能有效防止外界电源纹波，
电磁辐射等噪声的影响，提高传感器的稳定性。
[0031] 结合图2和图3所示，本实用新型的粉尘传感器还包括有保护外壳18，该保护外壳18罩设于光发射单元11、光接收单元12、空气流形成单元14以及处理器15上，以起到保护作用，该保护外壳18可以对光发射单元11和光接收单元12进行保护，防止外界环境光对粉尘测量的影响，并且易于携带粉尘的气流流进光敏测量区域13。保护外壳18与PCB板20连接固定，该PCB板上装设处理器15、前置放大单元16以及滤波单元17，该滤波单元17采用滤波电容。在保护外壳18上开设有进气口181和出气口182，该进气口181和出气口182用于空气流的进入和排出，空气流形成单元14设于进气口181处，将外界的空气从进气口181带入到保护外壳18内，进而送入到光敏测量区域13进行粉尘检测，该空气流经出气口182排出保护外壳18。
[0032] 处理器15根据散射光强与被测粉尘颗粒物的粒径和浓度的比例关系，可以测出粉尘浓度。光接收单元12形成的电信号经前置放大单元16放大处理后，送入滤波单元17进行滤波，而后经处理器处理，粉尘的粒径很小，形成的光散射信号很弱，因此，该处理器的电路采用高精度的信号提取和处理方法得到粉尘颗粒物的粒径和浓度信号。处理器15对电信号进行处理后，把处理后的粉尘浓度和粒径信号以
电压、
电流信号，或PWM
波形信号，或
数字信号输出。因不同粒径，不同浓度的粉尘颗粒物得到电压信号不同。
数据处理单元采用读取电压
阈值的方式，经电信号转化成脉冲形式。不同粒径和浓度对应的脉冲信号时间和
密度不同，这样就可以根据脉冲信号的时间和密度得到粉尘的粒径和浓度。由于粉尘传感器的测量误差会受到光发射和光接收单元以及被测物粒径分布等影响，因此需要对传感器的输出进行校正。处理器15会根据标准粉尘粒径和浓度调节下对应的输出值范围，将每个传感器进行两点校准。在设定的校准点，传感器会根据校准点的输出值，调整内部的参数，以得到更好的线性输出和一致性，精度的要求。
[0033] 本实用新型粉尘传感器的有益效果为：
[0034] 采用发光二极管以及光电二极管测量粉尘的粒径和浓度，且测量的粒径可以达到0.9微米，与采用
激光二极管和称重法相比，大大降低了成本，又可以测量粉尘的粒径和浓度，具有很高的性价比和实用价值。且传感器的体积能够满足小尺寸要求，适合于工业及家电领域。
[0035] 采用光散射方法，只要被测颗粒物的粒径大于光
波长，就可以产生散射光，这样可以提高颗粒物测量的精度和粒径范围。
[0036] 以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附
权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
