[实用新型]用于检测空气中颗粒的装置以及包括该装置的可穿戴设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及烟雾检测、预防医学、照明、可穿戴式电子等领域，尤其涉及用于检测空气中颗粒的装置，以及包括该装置的可穿戴设备。

背景技术

现有的颗粒物质(PM)传感器大多是基于微机电系统(MEMS)的颗粒物质传感器，通常包括以下部件：微流体通道，用于根据颗粒尺寸来分离颗粒；微加工的薄膜体声波谐振器(FBAR)，FBAR对质量敏感，即在FBAR上的质量加载会导致其谐振频率变化，而且频率变化速率对应于采样空气体积中的颗粒浓度；以及CMOS驱动器，FBAR连接到该CMOS驱动器，作为皮尔斯振荡器。

一种颗粒物质传感器是使用FBAR的、三片堆叠的MEMS，其能够测量PM2.5的质量浓度，灵敏度可达到2μg/m³，但只能累积使用10分钟，因此不可能实现实时反馈；而且，使用三片堆叠的MEMS传感器和多个制造步骤增加了这种传感器的总成本；此外，为了记录测量结果，需要电脑控制的频谱分析仪，并使用特定的计算机程序进行跟踪，因此，这种传感器是不可能包含在可穿戴的设备中。

另一种基于MEMS技术的颗粒物质传感器使用了基于颗粒计数器的电晕放电原理，虽然这种设备体积小，但需要高电压(千伏量级)来进行测量，因此也不可能包含在可穿戴的设备。

还有一些颗粒物质传感器，使用现成的商用(COTS)尘埃传感器，虽然较廉价，但只能获得不精确的、粗略的读数，而在一些场合中，这种粗略的读数是不满足要求的。此外，这种传感器本身体积相对较大，且需要连接其他外部装置来配合使用，因此，也不可能包含在任何可穿戴部件中。

其他的颗粒物质传感器虽然是可携带的，但它们仍然较昂贵且尺寸较大，对于使用者来说是不经济的，而且导致随身携带时的不适。

上述现有的颗粒物质传感器由于其本身的结构及工作原理所限，在预防医学领域，以及以下领域中存在很多局限性，很难同时满足这些领域的要求：

1)城市检测：在已提出的城市检测方案中，为了建立市区的噪声污染地图，可以使用颗粒物质传感器来测绘危险区域，并标记污染严重的地区。为了提供更高的空间和时间分辨率，需要提供便携的、可移动的、结构简单的颗粒物质传感器。但相对于昂贵的固定设备来说，目前的简单的颗粒物质传感器所获得的准确度通常较低，因此，需要开发准确度高、可靠性强的颗粒物质传感器。另外，需要降低颗粒物质传感器的成本，从而允许发展中国家建立经济的用于空气质量监测的测量网。

2)个人生活日志：颗粒物质传感器可应用于存在潜在危险的环境中，如煤矿或木工车间。这些环境因素与健康高度相关，因此，要求颗粒物质传感器具有高灵敏度。

3)个人信息：对于不同个体来说，在环境中长期和短期暴露的情况可能存在很大差别，因此任何单一的标准或准则都不能完全地保护每个人。尤其对于高风险人群，必须确保他们不会过度暴露于高浓度的颗粒物物质，例如由于室内污染物和/或吸烟产生的烟雾导致室内的空气质量非常差的情况。而现有的低成本、便携式的颗粒物质传感器，例如售价为几美元的、廉价的紫外线测量仪或温度计之类的商品，只能给出粗略的读数，准确度很低。因此，需要开发低成本、精确度高的颗粒物质传感器。

由此，开发低成本、可穿戴的、高灵敏度的、准确度高、可靠性强的空气监测装置是非常必要的。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于检测空气中颗粒的装置，以及包括该装置的可穿戴设备。

依据本实用新型的第一方面，提供了一种用于检测空气中颗粒的装置，包括：上部部分和下部部分，所述上部部分和所述下部部分由硅基材料制成；所述上部部分和所述下部部分之间形成有测量室，所述测量室包括上表面、下表面和侧表面，所述上表面和所述下表面彼此平行，所述侧表面相对于所述上表面倾斜；至少一个发光元件，设置在所述测量室中且包括具有发射口的第一侧面，所述发射口用于沿着平行于所述上表面且朝着所述侧表面的方向发射光；至少一个感光元件，所述至少一个感光元件位于所述测量室中且邻近所述至少一个发光元件的第二侧面而设置，所述第二侧面与所述第一侧面相对；所述至少一个发光元件所发射的光经所述颗粒散射到达所述至少一个感光元件；所述至少一个感光元件用于检测经所述颗粒散射到达所述至少一个感光元件的光信号，以获得颗粒检测结果。