TWI668424B - 高精準度光學空氣微粒偵測裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明有關於一種高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其包含有一腔體，其一側係設置有一氣體入口，另一側則設置有一氣體出口；一紅外線發射器，係設置於腔體內；一紅外線CCD陣列，係設置於腔體內；以及一影像處理模組，係電性連接紅外線CCD陣列與一顯示面板；藉此，以紅外線發射器與紅外線CCD陣列偵測空氣中的懸浮微粒數量。
Description
本發明係有關於一種空氣微粒偵測裝置，尤其係指一種高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其藉由光學技術，將光線照射在懸浮微粒上，再使反射的光線透過CCD模組影像化，以判斷出環境中的懸浮微粒數量、尺寸與重量。
按，自從工業革命發生，世界上許多國家的經濟型態逐漸從農業社會轉變為工商社會，而工業與科技的發展確實對人類的生活有相當大的貢獻，但其中工廠大量排放的廢氣、廢水、廢料，讓環境累積了不少汙染物質，對自然環境、生態皆造成嚴重的影響，不僅影響到野外的動植物，亦逐漸影響到都市中居住的人民，大量的廢氣與煙霧讓空氣充滿對人體有害的汙染物質，當居住於該處的居民吸進大量的灰塵以及懸浮粒子時，會不斷地累積在氣管及肺部，造成了相當呼吸道的疾病，嚴重甚至可導致死亡。因此，積極追求工業及科技的發展，雖然能夠使人類的生活更加便利，但亦會對環境造成龐大的污染。
因此，對於空氣品質的要求，世界衛生組織以及各國皆有制定出一套標準，使空氣中的細懸浮微粒(particulate matter,PM)能夠減少，以減低對人體的危害。懸浮微粒通常由硫和氮的氧化物轉化而成，小於或等於10微米(μm)的懸浮微粒稱為懸浮微粒(PM10)；
直徑小於或等於2.5微米的懸浮微粒稱為細懸浮微粒(PM2.5)，而目前氣象單位也都會監測各地區的空氣品質，以提醒民眾今天是否適合戶外活動，其中，監測懸浮微粒，則需要知道懸浮微粒的尺寸與數量，藉此，以得知濃度。
中華民國專利公告號TW I588489「氣體感測裝置、系統及相關方法」提供了一種氣體感測裝置，包含有一測試氣體的內部腔室、一光子熱源，以及一壓力感測器，其功能性地耦接到內部腔室且可操作來檢測內部腔室中的壓力變化，首先，腔室經由泵而被氣體樣本填滿，且光子熱源被輸送到腔室中，加熱被選擇來測試的氣體樣本，從而增加腔室中的氣體樣本的壓力，壓力的變化會由壓力感測器所檢測，以壓力變化的大小作為氣體樣本中分析物之濃度的指標。前案專利透過壓力變化得知空氣中特定物質的濃度，然而，其係需要先加熱氣體樣本，提升氣體樣本之壓力後，才能判斷氣體樣本中特定物質的濃度，其過程繁複，又僅提供感測濃度之功能，無法知道氣體微粒之尺寸與數量等資訊。爰此，如何提供一種能夠分析出環境中氣體微粒尺寸與數量等資訊的裝置，即為本發明人所思及之方向
今，發明人即是鑑於上述現有之高精準度光學空氣微粒偵測裝置於實際實施使用時仍具有多處缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。
本發明主要目的為提供一種高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其使氣體通入一腔體內，腔體內的紅外線發射器會發射出光線，氣體中的懸浮微粒就會反射光線，使反射的光線被CCD模組感測到，經處理影像化後，即可得知氣體中懸浮微粒的數量、尺寸
與重量。
為了達到上述實施目的，本發明一種高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其包含有一腔體，其一側係設置有一氣體入口，另一側則設置有一氣體出口；一紅外線發射器，係設置於腔體內；一紅外線CCD陣列，係設置於腔體內；以及一影像處理模組，係電性連接紅外線CCD陣列與一顯示面板。
於本發明之一實施例中，影像處理模組係進一步電性連接之一轉換器。
於本發明之一實施例中，紅外線CCD陣列為1024*786 CCD陣列。
於本發明之一實施例中，氣體入口係通入一氣體，由氣體出口排出。
於本發明之一實施例中，紅外線發射器照射氣體，氣體所反射之光點係由紅外線CCD陣列所接收。
於本發明之一實施例中，影像處理模組係進行影像二值化運算。
於本發明之一實施例中，影像處理模組與顯示面板之間係透過無線傳輸單元互相電性連接。
(1)‧‧‧腔體
(11)‧‧‧氣體入口
(12)‧‧‧氣體出口
(2)‧‧‧待測氣體
(21)‧‧‧懸浮微粒
(3)‧‧‧紅外線發射器
(4)‧‧‧紅外線CCD陣列
(5)‧‧‧影像處理模組
(51)‧‧‧顯示面板
(52)‧‧‧轉換器
第一圖：本發明其較佳實施例之裝置架構示意圖。
第二圖：本發明其較佳實施例之懸浮微粒影像處理圖。
本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。
請參閱第一圖，本發明一種高精準度光學空氣微粒偵測裝
置，其包含有：一腔體(1)，其一側係設置有一氣體入口(11)，另一側則設置有一氣體出口(12)，其中氣體入口(11)係通入一待測氣體(2)，而待測氣體(2)再由氣體出口(12)排出；一紅外線發射器(3)，係設置於腔體(1)內；一1024*786之紅外線CCD陣列(4)，係設置於腔體(1)內；以及一影像處理模組(5)，係電性連接紅外線CCD陣列(4)、一顯示面板(51)與一轉換器(52)，係以無線傳輸單元電性連接影像處理模組(5)。
其中，紅外線發射器(3)所發出之光線會照射到待測氣體(2)，待測氣體(2)中的懸浮微粒(21)所反射之光點係由紅外線CCD陣列(4)所接收，再透過影像處理模組(5)係進行影像二值化運算，處理計算後，即可獲得待測氣體(2)中懸浮微粒(21)的數量、尺寸與重量，並將資訊顯示於顯示面板(51)上。
此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍。
請繼續參閱第一圖，本發明高精準度光學空氣微粒偵測裝置係具有一腔體(1)，腔體(1)之一側係設置有一氣體入口(11)，另一側則設置有一氣體出口(12)，待測氣體(2)會從氣體入口(11)被吸入，均勻分布於腔體(1)中，再由氣體出口(12)排出，可例如氣體入口(11)設置於腔體(1)之上側，氣體出口(12)設置於腔體(1)之底側，待測氣體(2)由腔體(1)上側之氣體入口(11)進入，並順勢向下流動至腔體(1)底側的氣體出口(12)，但本發明並未限定氣體入口(11)與氣體出口(12)之設置位置，僅要搭配風機裝置，即可引導待測氣體(2)的流向。
在待測氣體(2)流動途中，設置於腔體(1)內的紅外線發射器(3)會發射出波長760nm~1mm的紅外線，紅外線照射在待測氣體(2)上，待測氣體(2)中的懸浮微粒(21)會反射紅外線，反射之紅外
線光點會被紅外線CCD陣列(4)所感測到，係以影像擷取的方式擷取該等被懸浮微粒(21)反射的紅外線光點，其擷取之影像即如第二圖所示，此影像資料會由紅外線CCD陣列(4)傳輸給影像處理模組(5)，影像處理模組(5)係進行影像二值化運算，其係將影像轉換為邊際差異較明顯之黑白影像，將所需的影像保留下來，而將不需要的影像作為背景，換言之，即是保留待測氣體(2)中懸浮微粒(21)的影像，而將非懸浮微粒(21)的部分忽略，如此，透過光學反射以及影像處理的方式，即可看見待測氣體(2)中的懸浮微粒(21)數量，且由影像中亦可得知懸浮微粒(21)之尺寸與重量，並換算成濃度。
或是由轉換器(52)將紅外線CCD陣列(4)所接收之資料由類比轉換為數位，再傳輸給影像處理模組(5)進行運算處理，同樣能獲得懸浮微粒(21)之尺寸與重量，並換算成濃度。
影像處理模組(5)處理後，即可將懸浮微粒(21)之尺寸、重量、數量以及濃度資訊傳輸給顯示面板(51)，於顯示面板(51)上顯示懸浮微粒(21)之相關資訊，可直接使用建置於影像處理模組(5)內的顯示面板(51)，或是透過無線傳輸單元另外電性連接顯示面板(51)，藉此，使用者就能知道目前環境分佈之懸浮微粒(21)的粒徑多大，並知道懸浮微粒(21)於環境中之濃度，以判斷說當下環境是否適合活動。
由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：
1.本發明高精準度光學空氣微粒偵測裝置係提供一腔體給氣體流通，於腔體中均勻分佈的氣體會被紅外線發射器所發出之紅外線照射，氣體中之懸浮微粒會反射紅外線，反射之光點則被紅外線CCD陣列感測，將光點轉換為影像，即可計算出環境中懸浮微粒的尺寸、重量、數量以及濃度。
2.本發明高精準度光學空氣微粒偵測裝置之影像處理模組透過影像二值化計算，係僅保留紅外線CCD陣列所感測到的懸浮微粒，將其他不相關之物質排除，以精確計算出環境中懸浮微粒的相關資訊，以達到高精準度的偵測成果。
綜上所述，本發明之高精準度光學空氣微粒偵測裝置，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。
Claims (5)
- 一種高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其包含有：一腔體，其一側係設置有一氣體入口，另一側則設置有一氣體出口；一紅外線發射器，係設置於該腔體內；一紅外線CCD陣列，係設置於該腔體內，其中該紅外線CCD陣列為1024*786 CCD陣列；以及一影像處理模組，係進行影像二值化運算並電性連接該紅外線CCD陣列與一顯示面板。
- 如申請專利範圍第1項所述高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其中該影像處理模組係進一步電性連接一轉換器。
- 如申請專利範圍第1項所述高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其中該氣體入口係通入一氣體，由該氣體出口排出。
- 如申請專利範圍第3項所述高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其中該紅外線發射器照射該氣體，該氣體所反射之光點係由該紅外線CCD陣列所接收。
- 如申請專利範圍第1項所述高精準度光學空氣微粒偵測裝置，其中該影像處理模組與該顯示面板之間係透過無線傳輸單元互相電性連接。
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