[发明专利]一种基于声表面波的PM2.5检测器

权利要求书

1.一种基于声表面波的PM2.5检测器，其特征在于，包括：上壳体(1)、下壳体(6)、虚拟冲击器(5)、声表面波检测器(12)、加热源(3)、左气流通道(13)、中气流通道(10)和右气流通道(15)；所述下壳体(6)的两端分别设有入气口(4)和出气口(14)，所述的入气口(4)与虚拟冲击器(5)的进气端(8)连通，所述的左气流通道(13)、中气流通道(10)和右气流通道(15)之间相互并行地连通虚拟冲击器(5)的三个出气端和出气口(14)，所述的声表面波检测器(12)设置于右气流通道(15)的下表面，并与上壳体(1)内表面上设置的加热源(3)相对，使得右气流通道(15)形成热泳微通道；所述虚拟冲击器(5)的进气端(8)设有加速喷嘴，用于将入气口(4)流入的空气加速后吸入该虚拟冲击器(5)内，并根据空气中不同粒径的颗粒物随气流流动的惯性大小不同，将其中大于2.5μm切割粒径的粒子分流进入中气流通道(10)，将小于2.5μm切割粒径的粒子分流进入左气流通道(13)和右气流通道(15)；所述的声表面波检测器(12)通过检测沿其捕获粒子后的表面产生的声表面波传播速度的变化量，以获得该声表面波检测器(12)工作频率的变化量，进而计算得到空气中PM2.5质量浓度；

所述的声表面波检测器(12)采用延迟线器件，其包括：压电基片和设置于该压电基片两端的两个叉指换能器，其中一侧的叉指换能器通过逆压电效应将电信号转换成声信号后沿压电基片表面传播，并由另一个叉指换能器将接收到的声信号再转换成电信号进行输出，以实现声表面波的激发与检测；所述的下壳体(6)上开设有下矩形窗口(11)，用于填充该延迟线器件。

2.根据权利要求1所述的基于声表面波的PM2.5检测器，其特征在于，所述的声表面波检测器(12)采用谐振器器件，其包括：单端对谐振器或双端对谐振器，由压电基片和设置于该压电基片表面中间位置的单个或多个叉指换能器和换能器两侧放置的反射器构成，所述的叉指换能器通过加载电信号产生从叉指换能器向其两侧传输的声表面波，声表面波在反射器内引起相干的多次反射，形成驻波式的谐振腔，以实现声表面波的激发与检测；所述的下壳体(6)上开设有下矩形窗口(11)，用于填充该谐振器器件。

3.根据权利要求1所述的基于声表面波的PM2.5检测器，其特征在于，所述的上壳体(1)上开设有上矩形窗口(2)，用于填充由半导体制冷片或电阻加热片或硅胶加热片制作的加热源(3)。

4.根据权利要求1所述的基于声表面波的PM2.5检测器，其特征在于，所述的上壳体(1)和下壳体(6)采用硅材料或二氧化硅材料经刻蚀制成，该上壳体(1)与下壳体(6)之间键合连接或采用导热胶粘接在一起。

5.根据权利要求1所述的基于声表面波的PM2.5检测器，其特征在于，所述的虚拟冲击器(5)与中气流通道(10)连接的出气端口径是其进气端(8)口径的1.4倍，该虚拟冲击器(5)与右气流通道(15)连接的出气端口径是其进气端(8)口径的1.5倍，该虚拟冲击器(5)与左气流通道(13)连接的出气端口径是其进气端(8)口径的1.5倍。

6.根据权利要求1所述的基于声表面波的PM2.5检测器，其特征在于，所述PM2.5质量浓度C的计算公式表示为：

其中，V表示采样体积，Δm表示颗粒物质量的变化量，ρ表示颗粒物密度，s表示颗粒物沉积面积，v₀表示无负载时声表面波传播速度，Δv表示有负载与无负载之间声表面波传播速度的变化量，f_c表示无负载时声表面波检测器的工作频率，k_c表示声表面波传播速度变化与沉积层归一化厚度变化的线性比例系数，Δf表示有负载与无负载之间声表面波检测器的工作频率变化量。