CN103048249B - 颗粒检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒检测仪，包括：壳体；通风装置，所述通风装置连接到所述壳体；气道，所述气道至少部分地设置在所述壳体内，所述通风装置可用于产生经过所述气道的气流；以及至少一个冲击器，所述至少一个冲击器可拆卸地连接到所述壳体，以便能够在与所述气道的入口相邻的第一位置和偏离所述气道的入口的第二位置之间移动。

Description

颗粒检测仪

本申请是2008年8月25日提交、发明名称为“颗粒检测仪”、申请号为200880104381.0（国际申请号为PCT/US2008/074193）的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及颗粒检测仪，更具体地讲，涉及室内空气质量检测仪。

背景技术

某些常规的室内空气质量(“IAQ”)检测仪通常包括壳体、壳体中的过滤器盒或滤筒、用于将气流抽过滤筒的泵、以及设置在滤筒壳体上游气道入口旁边的单冲击器。冲击器通常被构造用于捕集或过滤特定标称粒度或更大（如10微米或更大）的颗粒，以基本防止此类颗粒进入气道，并且将颗粒收集在滤筒中。该单冲击器通常可以从壳体上拆除并替换为另一个不同尺寸的单冲击器，以捕集或过滤不同粒度的颗粒。其他常规的IAQ检测仪包括实时测量系统（如光学引擎）而不是滤筒，以便即刻显示室内空气质量测试的结果。

发明内容

通过更换常规IAQ检测仪中的各个单冲击器，可以收集包含不同标称粒度范围的颗粒样品（如标称粒度为10微米或更小的颗粒样品，标称粒度为2.5微米或更小的颗粒样品等等）。利用此信息可以分辨出可能由特别高浓度的特定标称粒度范围内的颗粒所引起的具体健康问题。然而，常规的IAQ检测仪收集样品前要更换各个单冲击器，耗时又费力。

在一个方面，本发明提供颗粒检测仪，该检测仪包括壳体、连接到壳体的通风装置以及至少部分地设置在壳体内的气道。所述通风装置可用于产生经过气道的气流。该颗粒检测仪还包括至少部分地位于壳体内并且与气道流体连通的实时测量装置以及至少部分地位于壳体内并且与气道流体连通的颗粒收集装置。该收集装置位于实时测量装置的下游。

在另一方面，本发明提供颗粒检测仪，该检测仪包括壳体、连接到壳体的通风装置以及至少部分地设置在壳体内的第一气道。所述通风装置可用于产生经过第一气道的气流。该颗粒检测仪还包括连接到壳体的第一冲击器以及其中至少部分包括第一冲击器的第二气道。该第二气道选择性地与第一气道进行流体连通。该颗粒检测仪还包括连接到壳体的第二冲击器以及其中至少部分包括第二冲击器的第三气道。第三气道与第二气道隔开，并且选择性地与第一气道流体连通。

在另一方面，本发明提供颗粒检测仪，该检测仪包括壳体、连接到壳体的通风装置以及至少部分地设置在壳体内的气道。所述通风装置可用于产生经过气道的气流。该颗粒检测仪还包括可拆卸地连接到壳体的至少一个冲击器，以便能够在与气道的入口相邻的第一位置与偏离气道的入口的第二位置之间移动。

通过结合下列详细说明以及附图，本发明的其他特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是本发明的颗粒检测仪的前透视图。

图2是图1的颗粒检测仪的后部透视图。

图3是图1的颗粒检测仪的部分放大分解顶部透视图，示出可旋转的转动架、连接到转动架的多个冲击器、以及连接到转动架至少部分盖住这些冲击器的顶盖。

图4a是图3中所示的转动架和顶盖的放大分解顶部透视图。

图4b是图3中所示的转动架的放大分解顶部透视图以及顶盖的底部透视图，示出顶盖的内部。

图5是图1的颗粒检测仪的背面部分剖面图，示出转到第一位置的顶盖和转动架。

图6是图1的颗粒检测仪的背面部分剖面图，示出转到第二位置的顶盖和转动架。

图7是图1的颗粒检测仪的背面部分剖面图，示出转到第三位置的顶盖和转动架。

图8是图1的颗粒检测仪的背面部分剖面图，示出转到第四位置的顶盖和转动架。

图9是图1的颗粒检测仪沿图1中的线9-9断开的部分剖视图。

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解本发明在其应用中并不限于在下文描述中提及的或下列附图中所示的结构细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并能够以各种方式实践或实施。另外，应当理解本文使用的措词和术语是作为说明之用，不应当成限制。“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中使用旨在涵盖其后列出的各项及其对等物，以及其他各项。除非另外指出或限制，否则术语“安装的”、“连接的”、“支撑的”、以及“耦合的”及其变型可以广义地使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接的”和“耦合的”不限于物理或机械连接或耦合。

具体实施方式

图1和2示出了颗粒检测仪或IAQ检测仪10，该检测仪用于收集特定工作空间或环境中空气中的颗粒的数量和粒度数据，以确定室内空气的质量。检测仪10包括壳体14、在壳体14前面的显示屏18、以及在壳体14前面显示屏18下方的多用户操作的控件22（参照图1）。参照图2，检测仪10还包括与壳体14可拆卸地连接的检修面板26，用于进入壳体14的内部。在检测仪10的图示构造中，检修面板26包括可弹性变形的连接器（如弹性凸块，未示出），以便将对应的平面或边缘接合到壳体14上。或者该检修面板26可通过常规的扣件、铰链或类似物固定到壳体14上。检测仪10另外包括多个橡胶或塑料塞30，每个橡胶或塑料塞被构造用于防止触及设置在塞30后面的电连接器（如电源插座、数据传输出口等）。

参照图1，检测仪10另外包括连接到壳体14的盖板34，以及从盖板34突出的可旋转冲击器组件38。检测器10包括壳体14内的气道42，其入口44位于可旋转冲击器组件38下方的盖板34的底部（参照图5）。参照图5，检测器10包括实时测量装置46，其形式是与气道42流体连通的光学引擎46。正如准备在以下更详细地讨论的，该光学引擎46发射穿过气道42的激光，以收集经过气道42的气流中所夹带的颗粒物的数量和粒度数据。此类光学引擎46由Quest Technologies公司(Oconomowoc,WI)制造。

继续参照图5，检测仪10还包括位于测量装置46下游的颗粒收集装置50，该装置与气道42流体连通。在检测仪10的图示构造中，该颗粒收集装置50的形式是圆柱形重量分析滤筒50，其中设置有过滤元件54。正如准备在以下更详细地讨论的，经过光学引擎46的测量之后，颗粒物被收集到过滤元件54上，以便在实验室中进行后续分析。因此该滤筒50能够通过检修面板26拆卸下来。此类滤筒50由SKC公司(Eighty Four,PA)或Millipore公司(Billerica,MA)制造，而且具有多种不同的标准粒度（如25mm、37mm等）。此外，在检测仪10的另一种构造中，滤筒50可以至少部分地设置在壳体14的外面，以便于将滤筒50从壳体14上拆下。在检测仪10的图示构造中，以及在上述另一种构造中，滤筒50的任何部分都没有设置在测量装置46的上游。

继续参照图5，气道42由壳体14中的多个部件所限定。在检测仪10的图示构造中，气道42局部被光学引擎46的内部空间58所限定，而夹带的颗粒物随气流经过该内部空间，并且入口导管62和出口导管66分别从光学引擎46的上表面和光学引擎46的下表面伸出。气道42还部分地受到与盖板34一体形成的导管70、与导管70连接的另一根导管74（如塑料管或软管）、以及光学引擎46上的入口导管62的限定。在检测仪10的图示构造中，气道42的入口44与导管70的入口重合。

气道42还部分地受到滤筒50的内部空间78以及从滤筒50的上表面和滤筒50的下表面分别伸出的入口导管82和出口导管86所限定。在检测仪10的图示构造中，调整滤筒50上的入口导管82的大小，以便至少部分地在其中容纳光学引擎46上的出口导管66。具体地讲，调整入口导管82的内径和出口导管66的外径，以便使光学引擎46的出口导管66插入滤筒50的入口导管82中。因此，滤筒50通过滤筒50的入口导管82与光学引擎46的出口导管66之间的滑动配合能够可拆卸地连接到光学引擎46上。

继续参照图5，检测仪10还包括通风装置90，可操作该通风装置产生穿过气道42的气流。在检测仪10的图示构造中，通风装置90是具有入口94和出口98的隔膜泵90形式。此类隔膜泵90由UNO International有限公司(London,United Kingdom)制造。使用连接导管102（如塑料管或软管）使气道42与隔膜泵90流体连通。可调整导管102的大小，以提供连接导管102和滤筒50的出口导管86之间的滑动配合，从而使连接导管102可拆卸地连接到滤筒50上。壳体14包括多个在其中形成的出口孔106，这些出口孔用于使壳体14的内部与检测仪10的外部环境流体连通。正如以下准备更详细地说明的，由隔膜泵90排入壳体14内部的气流可通过壳体14中的出口孔106排出。

参照图3，所示为冲击器组件38的部件。在检测仪10的图示构造中，冲击器组件38包括可移动平台110，其形式为在其上面支撑多个冲击器114a、114b、114c的可旋转的转动架110。转动架110可以绕中心轴118旋转，并且连接到盖板34，以便绕中心轴118旋转。在检测仪10的图示构造中，盖板34中铸有螺纹插件122，并将扣件126旋入插件122中，以便将转动架110固定到盖板34上，同时让转动架110可以相对于盖板34和壳体14旋转。压缩弹簧128位于扣件126和转动架110之间，以便向下偏压转动架110。或者可以使用其他结构将转动架110可旋转地连接到盖板34和壳体14上。此外，在检测仪10的另一种构造中，可移动平台110可被构造为可轴向滑动的构件，而不是可旋转的转动架110。

参照图4a和4b，图示的转动架110包括穿过转动架的四个小孔130a－130d，每个小孔与中心轴118的径向距离基本上类似，而且彼此之间的角距离相等（如90度）。具体地讲，小孔130a－130d离中心轴118的径向距离与气道42的入口44的径向距离一样，使得小孔130a－130d中的任意一个可以根据转动架110的旋转位置与气道42的入口44对准。参照图5－8，转动架110的底部包括环绕各个小孔130a－130d的各个凸起表面132a－132d，这些凸起表面可以选择性地与盖板34中环绕气道42的入口44的凹陷133接合。弹簧128（参照图3）使转动架110偏向盖板34，使得各个凸起表面132a－132d可作为转动架110中各个小孔130a－130d的定位结构。当然，也可使用其他定位结构。

参照图4a和4b，冲击器114a－114c设置在转动架110中各个小孔130a－130d的相邻位置，而小孔130d不与相邻的冲击器相关。在检测仪10的图示构造中，每个冲击器114a－114c都包括各自的平台134a－134c以及支撑转动架110上的平台134a－134c的基座138a－138c。尽管图示的基座138a－138c彼此基本上相似，但各个平台134a－134c的大小却不同，以便对进入气道42的气流进行不同程度的颗粒物过滤。例如，可以调整冲击器114a的大小，以便捕集或过滤进入气道42的气流中标称粒度不小于1微米的颗粒物，并且可以调整其他冲击器114b和114c的大小，以便分别捕集或过滤进入气道42的气流中标称粒度不小于2.5微米、以及不小于10微米的颗粒物。因此冲击器114c是比冲击器114a更“粗”的过滤器。过滤过程将在以下更详细地讨论。尽管图示的转动架110仅装配了三个冲击器114a－114c，但检测仪10的另一种构造可以装配多于或少于三个冲击器，每一个都与转动架110上的各个小孔相关。或者可以使用不同大小的冲击器替代所示的冲击器（如大小适合于捕集或过滤进入气道42的气流中标称粒度不小于4微米的颗粒物的冲击器）。

继续参照图4a和4b，可旋转的冲击器组件38还包括连接到转动架110的顶盖142，以便至少部分地覆盖或包裹冲击器114a－114c。在检测仪10的图示构造中，使用可弹性变形的连接器146将顶盖142固定到转动架110。尽管所示的连接器146从转动架110伸出，但连接器146还可以从顶盖142伸出以便接合转动架110。作为另一种替代形式，可以使用常规扣件或类似物将顶盖142连接到转动架110。

参照图4a，顶盖142包括三个小孔150a－150c，当顶盖142连接到转动架110时，这三个小孔与转动架110上的各个冲击器114a－114c基本上对准。因此，顶盖142中的小孔150a－150c与转动架110中的小孔130a－130c错开。顶盖142包括额外的小孔150d，这个小孔与转动架110中不与相邻的冲击器相关的小孔130d对准。参照图4b，顶盖142包括四个圆柱形壁或导管154a－154d，它们与顶盖142中的各个小孔150a－150d相关，并向转动架110延伸。每个导管154a－154d都限定了其中的气道158a－158d，以便将通过小孔150a－150d进入各个气道158a－158d的气流送入气道42。

如图5-8所示，每个导管154a－154d都包括与转动架110接合的下端162a－162d，使得由导管154a－154d限定的气道158a－158d彼此分开并相互隔离。参照图5，冲击器114a包括在顶盖142的气道158a中，而转动架110中的小孔130a为气道158a提供出口。同样，冲击器114b包括在顶盖142的气道158b中，而转动架110中的小孔130b为气道158b提供出口（参照图6）。冲击器114c包括在顶盖142的气道158c中，而小孔130c为气道158c提供出口（参照图7）。如图8所示，转动架110中的小孔130d为气道158d提供出口。

参照图3和图9，除了光学引擎46之外，检测仪10还包括与壳体14连接的其他实时测量装置166a－166c。在检测仪10的图示构造中，测量装置166a－166c包括二氧化碳传感器166a、毒性气体（如一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氧化氮和二氧化氮）传感器166b、以及光致电离检测器(“PID”)166c。二氧化碳传感器166a被构造用于通过扩散来检测通过传感器166a的气流中存在的二氧化碳量。此类传感器166a由CityTechnology有限公司(Hampshire,United Kingdom)制造。同样，毒性气体传感器166b被构造用于通过扩散来检测通过传感器166b的气流中存在的一氧化碳或其他毒性气体量。此类传感器166b由Dr.Alan Doncaster(Witham,United Kingdom)制造。PID166c被构造用于通过扩散来检测通过PID166c的气流中存在的挥发性有机化合物（“VOC”，如填料、胶水等）量。此类PID166c由Ion Science有限公司(Cambridge,UnitedKingdom)制造。另外，其他传感器或检测器可以与装置166a－166c一起装配或单独装配（如温度传感器、湿度传感器等）。图示的检测仪10还包含此类温度和湿度感测功能。

继续参照图9，检测仪10包括轴流风机178形式的通风装置178，该装置连接到壳体14并设置在装置组166a－166c的相邻位置。此类轴流风机178由ADDA公司(Taiwan)制造。具体地讲，该风机178和装置166a－166c被支撑在连接到壳体14的印刷电路板(“PCB”)182上。风机178电连接到PCB182并由其供电，而装置166a－166c（其他传感器，例如温度和湿度传感器）电连接到PCB182并由其供电，并且将每个装置166a－166c的输出以常规方式传输到微处理器（未示出）。

盖板34和PCB 182在两者间限定气道186，该气道与检测仪10中的任何其他气道42、158a－158d分开并且明显不同。如图1－3和图9所示，盖板34包括与冲击器组件38相邻的多个入口孔190，以使得气流能够进入气道186。PCB 182包括风机178下的切194，以使得风机178能够将气道186中的气流排放到检测仪壳体14的内部。正如以下准备更详细地讨论的，由轴流风机178通过PCB 182中的切194排放到壳体14内部的气流能够通过壳体14中的出口孔106排出（参照图9）。

使用检测仪10之前，从转动架110取下顶盖142，按常规的方式在冲击器114a－114c的各个平台134a－134c上涂覆粘合剂或凝胶物质（如石油凝胶），以便在进入气道42之前捕获或捕集不小于所需标称粒度的颗粒物，用于光学引擎46的测量以及随后供滤筒50的收集。将粘合剂或凝胶物质涂覆到所有冲击器114a－114c上之后，将顶盖142重新放回转动架110上，并且可以移动（如旋转）冲击器组件38，以便与要跟气道42的入

44一起使用的预期冲击器114a－114c相关的各个小孔130a－130c对准。

检测仪10的操作参照图5进行了以下描述，该图示出了“转动”到冲击器114a位置的冲击器组件38。然而，当冲击器组件38转到任何其他冲击器114b和114c位置时，检测仪10的操作基本上类似。进行IAQ测定时，操作隔膜泵90，以便经过气道42，经过与气道42的入44对准的转动架110中的小孔130a，经过顶盖142中的气道158a，以及经过顶盖142中的小孔150a抽吸连续气流。由于顶盖142中的小孔150a位于冲击器114a之上并与之对准，因此当气流通过顶盖142中的气道158a时，冲击器114a使气流改变方向。气流中夹带的颗粒物，特别是较重较大的颗粒，往往比较轻较小的颗粒更加难以对气流的变向产生响应，从而使较重较大的颗粒更容易撞击在平台134a上并且被平台134a上的粘合剂或凝胶物质所捕集。因此标称粒度不大于1微米的颗粒物更容易随顶盖142的气道158a中冲击器114a周围的气流一起改变方向。随后该气流（包含标称粒度不大于1微米的颗粒物）流过转动架110中的小孔130a并经入44进入气道42。

参照图8，图中示出冲击器组件38“转动”到转动架110中的小孔130d与气道42的入口44对准的位置。由于顶盖142的气道158d中没有包括冲击器，因此在气流进入气道42之前没有捕集或过滤任何颗粒物。因此各种粒度的颗粒物由光学引擎46测量并且由滤筒50收集。

再次参照图5，进入气道42之后，气流通过光学引擎46，以便对夹带的颗粒物的量和粒度进行实时测量，并随后立即通过滤筒50以收集经过光学引擎46测量的颗粒物的样品。进行IAQ测定时，光学引擎46的测量结果实时显示在显示屏18上（参照图1）和/或可通过位于一个或多个塞30后面的数据传输出口从检测仪10输出。完成IAQ测定之后，滤筒50可以如上所述从壳体14取下并送到实验室，以便对收集的颗粒物进行其他或补充测定或分析。或者在进行IAQ测定时，可以仅使用光学引擎46来运行检测仪10，以便实时观察光学引擎46获得的测量结果。在这种操作方式下，可以从滤筒50中拆下过滤元件54，从而提供“空”滤筒。在图示实施例中，可以使用空滤筒来填充气道42，而不从气流中收集或过滤颗粒物。在其他实施例中，可以重新构造气道42，从而可以拆下滤筒50，而不必使用空滤筒替代。另外，在IAQ测定时，还可以仅使用滤筒50来运行检测仪10，以便收集颗粒物样品，而并不首先使用光学引擎46测量颗粒。在这种运行方式下，光学引擎46可以不启用。

当隔膜泵90和光学引擎46工作时，可运行检测仪10，以便使用传感器166a、166b和PID166c进行其他空气质量测定。具体地讲，可以启动轴流风机178抽吸气流，使气流通过盖板34中的入口孔190，通过盖板34和PCB182之间的气道186，并且通过传感器166a、166b和PID166c。当气流通过传感器166a和166b时，传感器166a和166b分别检测气流中存在的二氧化碳和毒性气体（如一氧化碳等）的量，并将测量结果输出到PCB182并最终输出到显示屏18进行实时观察。当气流通过PID166c时，它检测气流中存在的VOC量，并将测量结果输出到PCB182并最终输出到显示屏18和/或数据传输出口进行实时观察。

然后轴流风机178可以通过PCB182中的切口194将气流排放到壳体14内部，在此处该气流能够与从隔膜泵90的出口98排出的过滤气流混合。然后混合气流能够通过壳体14中的出口孔106从壳体14内部排出。

完成IAQ测定之后，冲击器转动架110可以不使用工具而移动（如旋转）或转动到使转动架110中的小孔130b与气道42的入口44对准的位置（参照图6），以便使用冲击器114b。要旋转转动架110，可以抓住顶盖142并在顶盖142上施加足以让凸起表面132a脱离凹陷133的扭矩量，并将转动架110和顶盖142逆着弹簧128的偏置向上移动，让顶盖142和转动架110可以逆时针方向旋转，直至凸起表面132b落入凹陷133，从而向用户显示冲击器114b准备就绪，可以使用。此外，滤筒50可以用新的滤筒50替换，并且可以立即进行另一次IAQ测定，而不必像某些常规IAQ检测仪一样，需要拆下冲击器并进行更换从而造成完全停机。

使用图6所示的冲击器114b完成IAQ测定后，转动架110可以旋转或转动到使转动架110中的小孔130c与气道42的入口44对准的位置（参照图7），以便使用冲击器114c，滤筒50可以用新的滤筒50更换，并且可以立即进行另一次IAQ测定。将转动架110转动到转动架110中与冲击器无关的小孔130d的相关位置（参照图8），从而可以按相同的方式进行其他IAQ测定。

如图1和图2所示，检测仪10为紧凑型和便携式，因此进行IAQ测定时可以便于用户携带。由于检测仪10是便携式，因此用户可以方便地在某些测定环境的不同位置或区域进行IAQ测定，而不必将检测仪10连接到笨重的、基本上不便于携带的数据采集设备上。

本发明的多种特征在下面权利要求中提及。

Claims (15)

1.一种颗粒检测仪，包括：

壳体；

通风装置，所述通风装置连接到所述壳体；

气道，所述气道至少部分地设置在所述壳体内，所述通风装置可用于产生经过所述气道的气流；以及

至少一个冲击器，

其特征在于，所述至少一个冲击器可拆卸地连接到所述壳体，以便能够在与所述气道的入口相邻的第一位置和偏离所述气道的入口的第二位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的颗粒检测仪，其中所述至少一个冲击器不需要使用工具即可在所述第一位置和所述第二位置之间移动。

3.根据权利要求1所述的颗粒检测仪，还包括可拆卸地连接到所述壳体的平台，其中所述至少一个冲击器被支撑在所述平台上。

4.根据权利要求3所述的颗粒检测仪，其中所述平台包括当所述至少一个冲击器处于所述第一位置时与所述气道的入口相邻设置的孔。

5.根据权利要求3所述的颗粒检测仪，其中所述平台至少部分地限定与所述壳体旋转连接的转动架。

6.根据权利要求3所述的颗粒检测仪，还包括连接到所述平台的顶盖，以便至少部分地覆盖所述至少一个冲击器。

7.根据权利要求6所述的颗粒检测仪，其中所述顶盖包括与所述至少一个冲击器基本上对准的孔。

8.根据权利要求3所述的颗粒检测仪，其中所述平台能够从所述壳体拆下。

9.根据权利要求1所述的颗粒检测仪，还包括：

实时测量装置，所述实时测量装置至少部分地设置在所述壳体内并且与所述气道流体连通；以及

颗粒收集装置，所述颗粒收集装置至少部分地设置在所述壳体内并且与所述气道流体连通，所述颗粒收集装置设置在所述实时测量装置的下游。

10.根据权利要求9所述的颗粒检测仪，其中所述实时测量装置包括光学引擎。

11.根据权利要求9所述的颗粒检测仪，其中所述颗粒收集装置包括具有过滤元件的滤筒。

12.根据权利要求9所述的颗粒检测仪，其中所述通风装置是第一通风装置，所述气道是第一气道，所述实时测量装置是第一实时测量装置，并且所述颗粒检测仪还包括：

第二通风装置，所述第二通风装置连接到所述壳体；

第二气道，所述第二气道至少部分地设置在所述壳体内，所述第二通风装置可用于产生经过所述第二气道的气流；以及

第二实时测量装置，所述第二实时测量装置至少部分地设置在所述第二气道内。

13.根据权利要求12所述的颗粒检测仪，其中所述第二实时测量装置包括二氧化碳传感器、一氧化碳传感器以及光致电离检测器中的至少一者。

14.根据权利要求12所述的颗粒检测仪，其中所述第二通风装置包括风机。

15.根据权利要求1所述的颗粒检测仪，其中所述通风装置包括泵。