灰尘传感器的制作方法

本发明涉及一种灰尘传感器。

背景技术：

随着人口的增加和车辆数量的增加，空气污染变得更加严重。对灰尘的关注不断增加，并且空气净化器的需求也在增加。对于主动空气清洁，空气清洁器需要灰尘传感器来测量空气污染程度，即空气中的灰尘浓度。

作为灰尘传感器，主要使用光电灰尘传感器。图1概念性地示出了光电灰尘传感器感测灰尘浓度的原理。

光电型灰尘传感器在外壳中包括空气入口和空气出口，使从空气入口流动的空气通过空气通道路径，并通过空气出口排出空气。灰尘传感器经由空气通道路径中置放的光发射单元朝向空气通道路径发光，经由空气通道路径中置放的光接收单元收集由光发射单元辐射并且然后被包括在空气中的灰尘散射的光，以及通过使用光接收单元的电信号测量空气中包含的灰尘浓度。

如果穿过空气通道路径的空气中几乎没有灰尘或烟雾，则从光发射单元发出的几乎所有光都到达在其中未放置光接收部分的遮光区域，因此由光接收单元接收的光量变得非常小。另一方面，如果穿过空气通道路径的空气中存在一些灰尘或烟雾，则从光发射单元辐射的光的一部分被空气通道路径中的灰尘或烟雾反射并且在光接收单元上入射，并且光接收单元的光接收量增加。

因此，能够基于在光接收单元中包括的光接收元件(或光检测器)的输出信号的波动来检测通过空气通道路径的灰尘或烟雾的存在/不存在，并且能够基于光接收元件的输出水平检测通过空气通道路径的灰尘或烟雾的浓度。

同时，灰尘浓度被定义为单位体积中包含的灰尘颗粒的总重量。

在光接收单元上入射的散射光与在空气通道路径中包含的灰尘颗粒的大小或体积成比例，并且光检测器的输出信号的水平也与灰尘颗粒的体积成比例。因此，当大体积的颗粒通过时，光检测器的输出信号的水平降低，并且当小体积的颗粒通过时，光检测器的输出信号的水平降低。

因此，灰尘传感器从输出信号确认由灰尘颗粒占据的体积并将其转换成灰尘浓度。灰尘传感器将光探测器的输出信号与预定水平的阈值电压进行比较，以计算输出信号等于或大于截止阈值电压的时间比，确定由在穿过空气通道路径的空气中包含的灰尘颗粒占据的总体积，以及通过将总体积乘以灰尘颗粒的密度来计算灰尘浓度。

灰尘颗粒的密度随地区变化。例如，中国北方干燥沙漠地区具有大小为2.1μm的超细灰尘颗粒的密度，而在韩国2.1μm大小的超细灰尘颗粒的密度为1。因此，为了准确计算灰尘浓度，有必要在其中测量灰尘浓度的地区中应用颗粒的密度。

然而，目前，即使以与实际值类似的方式测量在空气中包括的灰尘颗粒的总体积，传统的灰尘传感器也将在传感器中设定的基本密度值应用于灰尘浓度计算，而没有充分考虑到在各个地区中灰尘颗粒的密度偏差。因此，当使用基于一个区域校准的灰尘传感器测量不同区域中的灰尘浓度时，它通常不同于由标准设备实际测量的灰尘浓度。

此外，如图2所示，作为用于判断针对每个地区的空气质量的标准的灰尘密度彼此不同。当基于由包括灰尘传感器的空气净化器测量的灰尘浓度来判断和显示空气质量时，可能出现显示与安装的地区不对应的结果的问题。

技术实现要素：

因此，鉴于这种情况提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种灰尘传感器，该灰尘传感器通过反映灰尘特性来计算接近实际值的灰尘浓度。

根据本发明的实施例的一种灰尘传感器可以包括：传感器模块，所述传感器模块用于接收由灰尘颗粒散射的光并且输出电信号；通信模块，所述通信模块用于与外部设备通信；存储器，所述存储器用于存储与颗粒密度数据相关联的地区信息；以及控制单元，所述控制单元用于基于从该传感器模块输出的信号来计算灰尘颗粒的体积，经由该通信模块获得用于安装该灰尘传感器的位置的地区信息，从存储器检索对应于所获得的地区信息的颗粒密度数据，使用所检索的颗粒密度数据和所计算的体积来计算灰尘浓度，以及输出所计算的灰尘浓度。

在一个实施例中，传感器模块可以包括：光发射单元，所述光发射单元用于发射光，以及光接收单元，所述光接收单元用于接收由灰尘颗粒散射的光并输出与所接收的光量成比例的电信号。

在一个实施例中，通信模块可以将灰尘传感器连接到支持短程无线通信的外部设备。

在一个实施例中，存储器可以存储与空气质量参考数据相关联的地区信息。

在一个实施例中，可以通过对相邻地区进行分组来将整个世界划分成多个区划，并且存储器可以以关联的方式存储用于所划分的区划中的每个区划的颗粒密度数据和空气质量参考数据的代表值。

在一个实施例中，存储器可以存储用于多个区划之中的标准区划的数据，并且针对其余区划中的每个区划存储相对于该标准区划中的数据的差异值。

在一个实施例中，控制单元可以将所计算的灰尘浓度与空气质量参考数据进行比较，并且将比较结果输出到语音或屏幕。

在一个实施例中，为不能够通过通信模块获得地区信息的情况做准备，控制单元可以从在拨码开关(dipswitch)中设定的值来获得地区信息。

根据本发明另一个实施例的一种灰尘浓度感测方法可以包括：从通过通信模块从外部设备发送的数据中提取地区信息；通过搜索存储器来获得对应于所提取的地区信息的颗粒密度值；根据从传感器模块输出的信号来计算在单位体积的空气中包括的灰尘颗粒的体积；以及通过将所计算的体积与所获得的颗粒密度值相乘来计算灰尘浓度。

因此，提高了灰尘传感器的测量精度并且提高了可靠性。

附图说明

被包括以提供对本发明的进一步理解并且被并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1概念性地示出光电灰尘传感器感测灰尘浓度的原理；

图2示出针对每个国家的细小灰尘判断标准；

图3示出光电灰尘传感器的一般配置；

图4示出在使用散射光的灰尘传感器中灰尘和信号之间的关系；

图5是根据本发明的灰尘传感器的功能框图；

图6是图示校正根据本发明示例性实施例的灰尘传感器的地区偏差的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将会参考附图详细描述本发明的优选实施例。在整个说明书中相同的附图标记表示基本相同的构件。在下面的描述中，当可能使本发明的主题相当不清楚时，将省略对本文中并入的已知功能和配置的详细描述。

光电型灰尘传感器是通过经由光接收元件接收从诸如空气中含有的灰尘的细小颗粒散射的光并输出电信号来测量灰尘密度的装置。

图3示出光电灰尘传感器的一般配置。

灰尘传感器可以包括用于在灰尘传感器内侧的空气通道路径中发射光的光发射单元10，和用于收集由流过空气通道路径的空气中包含的灰尘散射的光的光接收单元20，并且还可以包括用于生成吸力以允许空气流到空气通道路径中的风扇30。如果空气以预定压力从外侧流动，则可以省略风扇30。

灰尘传感器还可以包括用于限制光的迷宫(maze)，以便防止由光发射单元10照射并且穿过光接收单元20的检测范围而不与灰尘或颗粒碰撞的光在构成检测空间的壁表面上反射并返回到光接收单元20或光发射单元10。由光发射单元10照射的已经穿过光接收单元20的检测范围而没有被灰尘或颗粒撞击的光被防止被构成检测空间的壁表面反射以返回到光接收单元20或光发射单元10。该迷宫可以被布置为面对光发射单元10。

灰尘传感器还可以包括连接器(未示出)，该连接器用于连接到用于控制灰尘传感器的操作的控制器。灰尘传感器通过连接器从控制器接收用于驱动光发射单元10、光接收单元20和风扇30的控制信号，并将光接收单元20的输出信号发送到该控制器。

光发射单元10可以包括用于辐射预定带的光的光源11和用于将由光源11辐射的光转换成平行光的源透镜12。光源11可以是激光二极管ld或发光二极管led。光源透镜可以是用于将发散光转换成平行光的准直透镜或用于将平行光转换成会聚光的凸透镜。

光接收单元20可以包括用于生成与入射光量成比例的电信号的光接收元件或光检测器21，和用于将入射光会聚在光接收元件上的接收透镜22。

光发射单元10将光发射到空气通道路径，并且光发射单元10和光接收单元20可以以它们相对于空气的行进方向以预定角度彼此交错的状态来安装，以便使从光发射单元10发射的光不被光接收单元20直接接收。或者光发射单元10和光接收单元20可以以彼此成直角被放置。在这种情形中，光发射单元10发射光的方向和与光接收单元20接收光的表面垂直的方向可以彼此垂直。

风扇30在控制器的控制下被驱动，从而生成吸力，使得空气在空气通道路径中以恒定的速度或压力流动。风扇30可以被置放在空气通道的端部处，即被置放在靠近空气出口。

光发射单元10以周期性脉冲形状辐射光，并且光接收单元20将入射在光检测器21上的光转换成电信号，并且输出与入射光量成比例的电信号。

在光电灰尘传感器中，即使在穿过空气通道路径的空气中无任何灰尘，从光发射单元10辐射的光仍然在传感器内侧被不规则地反射，并且少量的光由光接收单元20接收。因此，即使无任何灰尘，光检测器21的输出信号的水平也具有恒定值。光检测器21输出信号，其水平与在穿过空气通道路径的空气中包含的灰尘颗粒的大小或体积成比例地变化。

图4示出在使用散射光的灰尘传感器中在灰尘和信号之间的关系。图4示出以预定水平的阈值电压作为参考以逻辑高和逻辑低分别输出光检测器21的输出信号的结果。

灰尘传感器可以：获得针对预定的操作时间top(例如5到30秒)在将光检测器21的输出信号切割到阈值电压的结果中变为逻辑高的分段的时间长度之和(图4中的t1+t2+…+t8)，将其除以操作时间top以获得在空气中包含的灰尘颗粒与穿过空气通道路径的空气的体积比s，以及将其乘以灰尘颗粒的密度以获得灰尘浓度。因为在操作时间top期间注入的空气的体积能够是已知的，并且能够从输出信号知道在操作时间top期间注入的空气中包含的灰尘颗粒的总体积，所以能够计算在单位体积的空气中包含的灰尘颗粒的体积比。

当通过将由灰尘传感器输出的测量值乘以灰尘密度来计算灰尘浓度时，本发明确定灰尘传感器操作的地区并且反映该地区的灰尘特性以提高灰尘浓度的准确度。

为此，包括本发明被应用于的灰尘传感器或灰尘传感器模块的设备可以通过通信模块被连接到具有iot(物联网)功能的外部设备，从该外部设备获得诸如邮政编码的地区信息，在将地区信息与灰尘密度数据和空气质量判断参考数据相关联并且被存储在存储器中的关联信息中搜索与该地区信息相对应的值，通过应用搜索的值计算灰尘浓度，判断空气质量，以及通过语音、屏幕或其他设备输出所计算的灰尘浓度和所确定的空气质量。

图5是根据本发明的灰尘传感器的功能框图。

根据本发明的灰尘传感器可以包括传感器模块110、通信模块120、存储器130和控制单元140。

传感器模块110是用于接收由灰尘颗粒散射的光并输出电信号的光电传感器模块，并且可以如图3所示配置。

通信模块120是用于与外部设备通信以交换数据，并且可以使用应用诸如蓝牙、zigbee等短程低功率无线通信技术的模块。

存储器130是用于存储与颗粒密度数据和空气质量参考数据相关联的地区信息，并且可以存储用于多个区域的关联信息。替代存储用于多个地区中的每个地区的所有相关联的信息，在通过对相邻区域代码进行分组以将整个世界划分成多个区划的状态下，存储器130可以仅存储用于所划分的区划中的每个区划的代表数据。而且，存储器130可以仅存储用于标准区划的数据，并且可以为其余区划仅存储相对于标准区划中的数据的差异值。

控制单元140基于从传感器模块110输出的信号来计算在单位体积的空气中包含的灰尘颗粒的总体积(计算在空气中包含的颗粒与空气的体积比)，通过通信模块120从外部设备接收地区信息(例如，用于安装灰尘传感器的位置的邮政编码)，在存储器130中搜索与所接收的地区信息一致的区域所关联的密度数据和空气质量参考数据，使用搜索到的数据计算灰尘浓度，确定空气质量是好还是坏，以及在屏幕、语音等上输出计算和确定结果，或者将其发送到外部。

为不能通过通信模块进行无线通信的情况做准备，灰尘传感器还可以包括用于直接输入区域代码的拨码(dip)开关。控制单元140可以基于该拨码开关的输入值检查区域代码，并且基于该区域代码计算灰尘浓度。

当灰尘传感器被直接安装在诸如空气清洁器或空调的主机上时，通信模块120、存储器130、和控制单元140可以被耦合到主机并执行它们的功能。当主机通过有线网络连接到外部互联网时，通信模块120不需要使用无线通信技术。

图6是图示校正根据本发明示例性实施例的灰尘传感器的地区偏差的方法的流程图。

当灰尘传感器的电源接通时，控制单元140控制通信模块120连接到向其连接互联网的外部设备(s110)。邮政编码在配备有iot功能的外部设备中注册，并且外部设备能够通过有线/无线通信发送地区信息。

控制单元140从通过通信模块120从外部设备发送的数据提取地区信息(s120)。当通信模块120未连接到外部设备时，即，当不能够通过通信模块120获得地区信息时，控制单元140可以从灰尘传感器上安装的拨码开关中设定的值来获得地区信息。

控制单元140在存储器130中搜索与所提取的地区信息相对应的颗粒密度数据和空气质量参考数据(s130)。控制单元140可以搜索与所提取的区域信息相对应的区域，并且搜索该区域的设定值(灰尘颗粒密度和空气质量判断参考)。

控制单元140根据搜索到的值设定灰尘颗粒浓度值和空气质量参考值(s140)。

控制器140例如使用参照图4描述的方法根据从传感器模块110输出的信号来计算在单位体积的空气中包含的灰尘颗粒的总体积。所计算的值是空气与在空气中包含的颗粒的体积比。

控制单元140可以通过将体积比和设定的颗粒密度值相乘来计算在空气中包含的灰尘的浓度，并将其显示在显示器(未示出)上(s150)。控制单元140可以通过语音输出所计算的灰尘浓度，或者将数据发送到所连接的外部设备。

控制单元140可以将所计算的灰尘浓度与设定空气质量参考值进行比较，以确定空气质量是好还是坏，并且将确定结果输出到语音、屏幕等。

根据本发明的灰尘传感器可以基于从传感器模块110输出的信号计算在单位体积的空气中包含的灰尘颗粒的总体积，通过通信模块120从外部设备接收地区信息(例如用于安装灰尘传感器的位置的邮政编码)，从存储器130检索与接收到的地区信息一致的地区所关联的密度数据和空气质量参考数据，使用检索到的数据计算灰尘浓度，判断空气质量是好还是坏，以及在屏幕、语音等上输出该计算和判断结果，或者将其发送到外部。

因此，通过反映世界的每个地区的灰尘特性来补偿光电灰尘传感器的测量误差，解决在每个测量地区中发生测量误差的问题，并且提高测量精度和可靠性是可能的。另外，不需要手动设定灰尘传感器以配合安装位置，并且即使当灰尘传感器的安装位置改变时，也输出用于匹配所改变的位置的灰尘浓度。

在整个说明书中，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的技术原理的情况下，能够进行各种改变和修改。因此，本发明的技术范围不限于本说明书中的详细描述，而应当由所附权利要求的范围限定。