TWI677677B - 懸浮粒子感測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種懸浮粒子感測裝置包括第一流道、懸浮粒子濃度感測器以及懸浮粒子過濾組件。第一流道具有第一入口端與第一出口端。懸浮粒子濃度感測器設置於第一流道內，且位於第一入口端與第一出口端之間。懸浮粒子過濾組件設置於第一流道的第一入口端，且包括殼體以及懸浮粒子過濾結構。殼體具有第一開口以及第二開口。第一開口連通於第一流道的第一入口端。懸浮粒子過濾結構覆蓋第二開口。
Description
本發明是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種懸浮粒子感測裝置。
空氣中的微小顆粒稱為懸浮粒子，其具有各種粒徑。舉例而言，粒徑小於或等於2.5 μm的懸浮粒子可稱為懸浮粒子2.5（particulate matter 2.5，PM 2.5）。懸浮粒子能夠在大氣中停留很長的時間，且可隨呼吸進入生物體內。如此一來，會對生物體的健康造成影響。為偵測空氣中懸浮粒子的濃度，市面上已出現各種懸浮粒子感測裝置。然而，目前的懸浮粒子感測裝置無法精確地判別懸浮粒子的粒徑，因此難以精確地感測具有特定粒徑範圍的懸浮粒子（例如是PM 2.5）的濃度。
本發明提供一種懸浮粒子感測裝置，可精確地感測對於具有特定粒徑範圍的懸浮粒子的懸浮粒子的濃度。
本揭露的一些實施例的懸浮粒子感測裝置包括第一流道、懸浮粒子濃度感測器以及懸浮粒子過濾組件。第一流道具有第一入口端與第一出口端。懸浮粒子濃度感測器設置於第一流道內，且位於第一入口端與第一出口端之間。懸浮粒子過濾組件設置於第一流道的第一入口端，且包括殼體以及懸浮粒子過濾結構。殼體具有第一開口以及第二開口。第一開口連通於第一流道的第一入口端。懸浮粒子過濾結構覆蓋第二開口。
本揭露的另一些實施例的懸浮粒子感測裝置包括第一流道、懸浮粒子濃度感測器、懸浮粒子過濾組件以及濃度補償系統。第一流道具有第一入口端與第一出口端。懸浮粒子濃度感測器設置於第一流道內，且位於第一入口端與第一出口端之間。懸浮粒子過濾組件設置於第一流道的第一入口端，且包括殼體以及懸浮粒子過濾結構。殼體具有第一開口以及第二開口。第一開口連通於第一流道的第一入口端。懸浮粒子過濾結構覆蓋第二開口。濃度補償系統經配置以依據第一流道內氣流的流速或懸浮粒子濃度計算懸浮粒子濃度補償係數。懸浮粒子濃度補償係數用以校正懸浮粒子濃度感測器得到的量測值。
基於上述，本揭露的懸浮粒子感測裝置包括設置於流道入口端的懸浮粒子過濾組件以及設置於流道內的懸浮粒子濃度感測器。懸浮粒子過濾組件包括具有多個穿孔的懸浮粒子過濾結構。懸浮粒子過濾結構可對即將進入流道的懸浮粒子做篩選，其中粒徑小於穿孔孔徑的懸浮粒子可進入流道內，而粒徑大於穿孔孔徑的懸浮粒子則無法經過穿孔而進入流道。如此一來，可控制流道內懸浮粒子的粒徑範圍，故可更精確地感測對於具有特定粒徑範圍的懸浮粒子的濃度。此外，懸浮粒子過濾組件更可包括震動器。藉由設置震動器，可有助於將累積在懸浮粒子過濾結構上的無法通過穿孔的較大懸浮粒子排除。因此，可避免因穿孔堵塞而造成懸浮粒子感測器對於懸浮粒子濃度感測的精準度下降之問題。在一些實施例中，懸浮粒子感測裝置更包括濃度補償系統。濃度補償系統經配置以依據流道內挾帶懸浮粒子的氣流的流速、流量、抽氣系統電流變化或懸浮粒子的濃度而計算出懸浮粒子濃度補償係數。此懸浮粒子濃度補償係數可用以校正懸浮粒子濃度感測器得到的量測值。因此，可取得更精準的懸浮粒子濃度值。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子感測裝置10的示意圖。圖1B是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子過濾組件的立體分解圖。圖1C是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子過濾結構的放大剖視圖。
請參照圖1A，本揭露實施例的懸浮粒子感測裝置10包括第一流道CH1。第一流道CH1具有第一入口端EN1與第一出口端EX1。挾帶有懸浮粒子的氣流可由第一入口端EN1進入第一流道CH1，而由第一出口端EX1離開第一流道CH1。在一些實施例中，第一流道CH1可具有一或多個轉折處。在其他實施例中，第一流道CH1也可為直線形流道，或可為曲線形彎道。所屬領域中具有通常知識者可依據設計需求改變第一流道CH1的路線、形狀以及尺寸，本揭露並不以此為限。
懸浮粒子感測裝置10更包括懸浮粒子濃度感測器100。懸浮粒子濃度感測器100設置於第一流道CH1內，且位於第一入口端EN1與第一出口端EX1之間。在一些實施例中，懸浮粒子濃度感測器100為光學感測器。舉例而言，懸浮粒子濃度感測器100可包括光源模組102以及光電轉換元件104。在一些實施例中，懸浮粒子濃度感測器100更可包括其他構件（未繪示），例如是電源轉換模組、光電轉換電路以及微控制器。光源模組102可設置於第一流道CH1的一側，而光電轉換元件104設置於第一流道的相鄰之另一側。換言之，光源模組102與光電轉換元件104可不彼此面對。在一些實施例中，第一流道CH1的側壁可具有凹陷R，以容納光源模組102。光源模組102例如是雷射二極體（laser diode），而光電轉換元件104例如是光電二極體（photo diode）。光源模組102經配置以朝向第一流道CH1內投射光線。當此光線照射到第一流道CH1內的懸浮粒子時，會發生光散射效應。配置於光源模組102一側的光電轉換元件104可接收經懸浮粒子散射的光，且將光能轉換為電訊號。在一些實施例中，此電訊號可實質上為脈衝訊號。脈衝訊號的強度與第一流道CH1內懸浮粒子的粒徑有關，而單位時間內脈衝訊號出現的次數與第一流道CH1內懸浮粒子的懸浮粒子濃度有關。如此一來，可藉由演算法推算出空氣中懸浮粒子的濃度。在一些實施例中，上述的單位時間可以是每1秒，或其他特定週期，本揭露並不以此為限。
圖2A至圖2F是依照本揭露的一些實施例的光源模組102與光電轉換元件104的一些配置之示意圖。圖2A至圖2F所繪示的示意圖是面向第一流道CH1的出口端EX1的剖視圖。
在一些實施例中，第一流道CH1的剖面可為矩形。舉例而言，請參照圖2A至圖2F，光源模組102可設置於第一流道CH1的左側壁，而光電轉換元件104可設置於第一流道CH1的上壁或下壁。此外，所屬領域中具有通常知識者可依據實際需求調整光電轉換元件104與光源模組102之間的間距，以使光電轉換元件104可位於第一流道CH1的上壁或下壁的左側（圖2B與圖2E）、中間（圖2A與圖2D）、右側（圖2C與圖2F）或其他位置。在其他實施例中，第一流道CH1的剖面也可為其他形狀，例如是圓形、橢圓形、多邊形等，本揭露並不以此為限。
請參照圖1A至圖1C，懸浮粒子感測裝置10更包括懸浮粒子過濾組件110。為簡潔起見，圖1B僅繪示懸浮粒子過濾組件110的部分構件。懸浮粒子過濾組件110設置於第一流道CH1的第一入口端EN1。在一些實施例中，懸浮粒子過濾組件110包括殼體112。殼體112具有第一開口P1與第二開口P2。在一些實施例中，第一開口P1可與第二開口P2彼此相對。第一開口P1連通於第一流道CH1的第一入口端EN1，而第二開口P2則連通於外界環境。在一些實施例中，殼體112與第一流道CH1的第一入口端EN1之間更可設置有套管SL。殼體112的形狀可包括立方體、球體、多邊形體或其他形狀。所屬領域中具有通常知識者可依據設計需求選擇殼體112的尺寸、外形以及材質，本揭露並不以此為限。
請參照圖1A至圖1C，懸浮粒子過濾組件110更包括懸浮粒子過濾結構120。懸浮粒子過濾結構120覆蓋殼體112的第二開口P2。如此一來，外界的空氣會先經過懸浮粒子過濾結構120再通過殼體112的第一開口P1而進入第一流道CH1中。在一些實施例中，殼體112更可具有除第一開口P1與第二開口P2以外的一或多個額外開口P（如圖1B所示），且懸浮粒子過濾組件110可包括多個懸浮粒子過濾結構120，以覆蓋第二開口P2以及上述的一或多個額外開口P。如此一來，可增加由外界進入殼體112的懸浮粒子的數量。
請參照圖1C，在一些實施例中，懸浮粒子過濾結構120可以是微機電系統（Microelectromechanical Systems，MEMS）。在懸浮粒子過濾結構120為微機電系統的實施例中，懸浮粒子過濾結構120包括半導體基底122以及設置於半導體基底122上的懸浮粒子過濾層124。在一些實施例中，半導體基底122可為半導體晶圓或絕緣體上覆半導體（semiconductor-on-insulator，SOI）晶圓的一部分。半導體基底122具有開口P3，且開口P3連通於殼體112的第二開口P2。半導體基底122可作為懸浮粒子過濾層124的支撐，以加強懸浮粒子過濾結構120的機械強度。在一些實施例中，半導體基底122的厚度範圍可為400 μm至480 μm。懸浮粒子過濾層124設置於半導體基底122上，且具有多個穿孔T。多個穿孔T連通於半導體基底122的開口P3。多個穿孔T可被配置以篩選進入第一流道CH1的懸浮粒子的尺寸。粒徑大於穿孔T的孔徑的懸浮粒子無法通過懸浮粒子過濾層124，而粒徑小於穿孔T的孔徑的懸浮粒子則可能通過懸浮粒子過濾層124以進入圖1A所示的第一流道CH1中。舉例而言，若欲感測粒徑小於或等於2.5 μm的懸浮微粒（亦即PM 2.5），則可將穿孔T的孔徑形成為例如是3 μm至5 μm。
在一些實施例中，多個穿孔T的形成方法可以是對懸浮粒子過濾層124進行微影製程與蝕刻製程，以在懸浮粒子過濾層124中形成。在另一些實施例中，也可使用電鑄、鑄造、放電加工、雷射等製程來形成多個穿孔T。如此一來，多個穿孔T可具有實質上相同的孔徑以及實質上相同的輪廓。因此，可提高粒徑篩選效果，亦即可更精準地控制進入第一流道CH1中的懸浮粒子的粒徑範圍，進而提高懸浮粒子感測裝置10對於懸浮粒子濃度感測的精準度。在一些實施例中，穿孔T的孔徑在穿孔T的延伸方向上為實質上固定，亦即穿孔T可經形成為直管狀。在另一些實施例中，穿孔T可朝向懸浮粒子過濾層124的靠近半導體基底122的一側漸擴，而可經形成為類似漏斗的形狀。在一些實施例中，懸浮粒子過濾層124的厚度（可等同於穿孔T的深度）範圍可為2 μm至25 μm。另一方面，穿孔T的輪廓（亦即上視圖案）可為圓形、矩形或其他多邊形。此外，多個穿孔T可陣列排列於懸浮粒子過濾層124的中心區域，而懸浮粒子過濾層124的邊緣區域則可不具有上述穿孔T。
在一些實施例中，半導體基底122的材料可包括元素半導體材料或化合物半導體材料。舉例而言，元素半導體材料可包括矽、鍺或其類似者。化合物半導體材料可包括砷化鎵、磷化銦鎵或其類似者。另一方面，懸浮粒子過濾層124的材料可包括半導體材料、金屬材料或絕緣材料。舉例而言，懸浮粒子過濾層124的材料可包括矽、氮化矽、聚醯亞胺、鎳鈷合金或鈀鎳合金。在一些實施例中，懸浮粒子過濾結構120的表面（例如是懸浮粒子過濾層124的表面）可經表面改質以具有疏水性或疏油性。換言之，懸浮粒子過濾結構120的表面（例如是懸浮粒子過濾層124的表面）上可塗覆有表面改質層。
在替代實施例中，懸浮粒子過濾結構120也可為多孔性薄膜。舉例而言，多孔性薄膜可包括鐵弗龍、聚丙烯、不鏽鋼或聚碳酸酯。多孔性薄膜也包括多個穿孔，惟此些穿孔可能是散亂分布，且此些穿孔的孔徑與輪廓（亦即上視圖案）可能彼此不同。除此之外，相較於圖1A至圖1C所示的懸浮粒子過濾層124，多孔性薄膜可具有較高的表面粗糙度。
此外，請參照圖1B與圖1C，在一些實施例中，懸浮粒子過濾組件110更可包括保護層PL。保護層PL覆蓋懸浮粒子過濾結構120，且具有開口以暴露出多個穿孔T。在一些實施例中，殼體112的位於第二開口P2周圍的部分可具有凹槽，以使懸浮粒子過濾結構120可放置於此凹槽的底面上。再者，在一些實施例中，懸浮粒子過濾結構120與此凹槽的底面之間及/或懸浮粒子過濾結構120與保護層PL之間可設置有接著層AD。舉例而言，接著層AD可為O形環（O-ring）。
請繼續參照圖1A與圖1B，懸浮粒子過濾組件110更包括震動器130。震動器130設置於殼體112的表面上。在一些實施例中，震動器130可設置於殼體112的不具有開口的表面上。震動器130可包括震動馬達、壓電致動電極、其類似者或其組合。藉由在懸浮粒子過濾組件110中設置震動器130，可有助於將累積在懸浮粒子過濾層124上的無法通過穿孔T的較大懸浮粒子排除。如此一來，可避免因穿孔T堵塞而造成懸浮粒子感測器10對於懸浮粒子濃度感測的精準度下降之問題。在一些實施例中，更可設置保護層PL1，以覆蓋且保護震動器130。
請參照圖1A，儘管可設置震動器130來輔助排除累積於懸浮粒子過濾結構120上的較大懸浮粒子，然而懸浮粒子感測裝置10經過一段時間的運作之後，懸浮粒子或空氣中的灰塵仍可能會逐漸地堵塞懸浮粒子過濾層124的穿孔T。如此一來，有可能會降低第一流道CH1內氣流的流速，且降低第一流道CH1內氣流所挾帶的懸浮粒子數量，進而使得懸浮粒子濃度感測器100得到的量測值低於空氣中實際的懸浮粒子濃度。在一些實施例中，可透過校正的懸浮粒子濃度來排除懸浮粒子過濾結構120堵塞所造成的誤差。校正的懸浮粒子濃度為當前懸浮粒子濃度感測器100量測到的量測值與懸浮粒子濃度補償係數之比值。懸浮粒子濃度補償係數為第一流道CH1內當前的氣流流速對於初始流速的比值。此初始流速定義為更換懸浮粒子過濾結構120後隨即量測到的第一流道CH1內的氣流流速。
在一些實施例中，可藉由濃度補償系統CS來校正懸浮粒子濃度感測器100得到的量測值。濃度補償系統CS經配置以依據第一流道CH1內挾帶懸浮粒子的氣流的流速而計算出懸浮粒子濃度補償係數。此懸浮粒子濃度補償係數可用以校正懸浮粒子濃度感測器100得到的量測值，以取得更精準的懸浮粒子濃度。
請參照圖1A，在一些實施例中，濃度補償系統CS包括流速計150。流速計150設置於第一流道CH1的第一入口端EN1與第一出口端EX1之間。流速計150經配置以在更換懸浮粒子過濾結構120之後隨時間量測並紀錄第一流道CH1內挾帶有懸浮粒子的氣流之流速。如此一來，可得到上述的初始流速與當前的流速，而可計算出懸浮粒子濃度補償係數。再者，此懸浮粒子濃度補償係數可校正懸浮粒子濃度感測器100測得的量測值。在一些實施例中，可藉由以下式（1）取得懸浮粒子濃度補償係數，且可藉由以下式（2）校正懸浮粒子濃度感測器100測得的量測值。
（1）
（2） 其中PDC代表懸浮粒子濃度補償係數，而V
P與V
0分別代表當前流速與初始流速。另外，V
C代表經校正後的懸浮粒子濃度值，而C
P代表未經校正的當前懸浮粒子濃度值。
在一些實施例中，流速計150可每秒量測並紀錄一次第一流道CH1內的氣流流速。在其他實施例中，流速計150可每5分鐘或每1小時量測並紀錄一次第一流道CH1內的氣流流速。此外，在一些實施例中，當所得到的懸浮粒子濃度補償係數低於一預設的門檻值時，流速計150可發送警示通知，以通知使用者更換懸浮粒子過濾結構120。舉例而言，上述的警示通知可為燈光閃爍，或流速計150可藉由有線或無線的方式將警示訊息傳送至終端設備。
請參照圖1A，在一些實施例中，懸浮粒子感測裝置10更可包括抽氣系統140。抽氣系統140設置於第一流道CH1的第一出口端EX1。藉由調整抽氣系統140的抽氣速率，可有效地控制第一流道CH1內挾帶有懸浮粒子的氣流的流速，故可進一步提升懸浮粒子感測裝置10對於懸浮粒子濃度感測的精準度。
在一些實施例中，抽氣系統140為具有回授補償功能的抽氣系統，且濃度補償系統CS包括設置於此抽氣系統140上的電流感測計142。換言之，抽氣系統140能夠依據進氣壓力調整抽氣速率，而維持實質上固定的排氣量。當懸浮粒子或空氣中的灰塵逐漸地堵塞懸浮粒子過濾層124的穿孔T時，可能會降低第一流道CH1內氣流的流速，且降低第一流道CH1內氣流所挾帶的懸浮粒子數量。此時，具有回授補償功能的抽氣系統140可提高抽氣速度。當抽氣系統140提高抽氣速率時，需要更大的輸入電流。電流感測計142可在更換懸浮粒子過濾結構120之後隨時間量測並記錄抽氣系統140的輸入電流。另一方面，流速計150可在更換懸浮粒子過濾結構120之後隨時間量測並記錄第一流道CH1內的氣流流速。藉由整理輸入電流與氣流流速的數據，可得到第一流道CH1內氣流的流速與抽氣系統140的輸入電流的通式。如此一來，可以當前流速對應到的輸入電流（或稱為當前輸入電流）代入上述的通式，而計算出當前流速。
圖3是依照本發明一些實施例的設置於第一流道CH1的流速計150的電壓對抽氣系統140的輸入電流的關係圖。
請參照圖3，在一些實施例中，上述通式中的氣流流速是以流速計150的電壓來表示。換言之，上述的通式可由流速計150的電壓與抽氣系統140的輸入電流來表示。一般而言，流速計150的電壓正比於第一流道CH1內的氣流流速。一旦將當前輸入電流帶入此通式，則可得到對應的流速計150之電壓，從而得到當前流速。在一些實施例中，上述通式例如是多項式。
接著，可將初始流速與當前流速代入上述的式（1），而取得懸浮粒子濃度補償係數。接著，可將懸浮粒子濃度補償係數代入上述的式（2），以取得經校正後的懸浮粒子濃度值。
在一些實施例中，電流感測計142可每秒量測並紀錄一次抽氣系統140的輸入電流。在其他實施例中，電流感測計142可每5分鐘或每1小時量測並紀錄一次抽氣系統140的輸入電流。此外，在一些實施例中，當所得到的懸浮粒子濃度補償係數低於一預設的門檻值時，電流感測計142可發送警示通知，以通知使用者更換懸浮粒子過濾結構120。舉例而言，上述的警示通知可為燈光閃爍，或電流感測計142可藉由有線或無線的方式將警示訊息傳送至終端設備。
除上述校正懸浮粒子濃度的方法之外，在一些實施例中，可預先藉由已知懸浮粒子濃度的樣品進行測試，以藉由使用懸浮粒子濃度感測器100得到真實懸浮粒子濃度對於隨時間量測到的懸浮粒子濃度之間的關係。在此些實施例中，懸浮粒子濃度補償係數可定義為真實懸浮粒子濃度對於量測到的懸浮粒子濃度的比值。藉由上述關係，可得到隨時間的懸浮粒子濃度補償係數。此外，也可將隨時間的懸浮粒子濃度補償係數整理為隨時間加總的懸浮粒子濃度量測值對於懸浮粒子濃度補償係數的表格。如此一來，可藉由查表的方式找到直至當前加總的懸浮粒子濃度量測值所對應到的懸浮粒子濃度補償係數，亦即可得到當前的懸浮粒子濃度補償係數。藉由將當前量測到的懸浮粒子濃度除上當前的懸浮粒子濃度補償係數，即可得到經校正的懸浮粒子濃度。在此些實施例中，可藉由使用懸浮粒子濃度感測器100對已知懸浮粒子濃度的樣品進行預測試而進行懸浮粒子濃度的校正。換言之，在此些實施例中，濃度補償系統CS可包括懸浮粒子濃度感測器100。
在一些實施例中，濃度補償系統CS可包括流速計150、設置於抽氣系統140上的電流感測計142以及懸浮粒子濃度感測器100中的任一者。在其他實施例中，濃度補償系統CS可包括流速計150、設置於抽氣系統140上的電流感測計142以及懸浮粒子濃度感測器100中的至少兩者的組合。在一些實例中，藉由設置濃度補償系統CS，對於PM 2.5的濃度感測精準度可由69.6%提升至89.3 %。
圖4是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子感測裝置20的示意圖。圖4所示的懸浮粒子感測裝置20相似於圖1所示的懸浮粒子感測裝置10，以下僅描述兩者的差異處，相同或相似處則不再贅述。此外，圖1A與圖4中相同或相似的元件符號代表相同或相似的構件。
請參照圖4，懸浮粒子感測裝置20更包括第二流道CH2。第二流道CH2具有第二入口端EN2與第二出口端EX2。第二流道CH2的介於第二入口端EN2與第二出口端EX2之間的部分具有開口P4。開口P4連通於第一流道CH1的第一入口端EN1。在此些實施例中，第一流道CH1的第一入口端EN1經由懸浮粒子過濾組件110而連通於第二流道CH2。挾帶有懸浮粒子的氣流可由第二流道CH2的第二入口端EN2進入懸浮粒子感測裝置20，粒徑小於懸浮粒子過濾結構120的穿孔T的孔徑的懸浮粒子可經由懸浮粒子過濾結構120而進入第一流道CH1，而粒徑大於懸浮粒子過濾結構120的穿孔T的孔徑的懸浮粒子可沿著第二流道CH2離開懸浮粒子感測裝置20。藉由設置第二流道CH2，可將具有大粒徑的懸浮粒子或空氣中的灰塵經由第二流道CH2帶離懸浮粒子過濾結構120，而可解決具有大粒徑的懸浮粒子或灰塵堵塞於懸浮粒子過濾結構120上的問題。如此一來，可更進一步地提高懸浮粒子感測裝置20對於懸浮粒子濃度感測的精準度。
在一些實施例中，懸浮粒子感測裝置20更可包括第一流道抽氣系統240與第二流道抽氣系統241。第一流道抽氣系統240可連通於第一流道CH1的第一出口端EX1。第二流道抽氣系統241可連通於第二流道CH1的第二出口端EX2。藉由分別調整第一流道抽氣系統240與第二流道抽氣系統241的抽氣速率，可有效地控制第一流道CH1內挾帶有懸浮粒子的氣流之流速，且可有效地將具有大粒徑的懸浮粒子或空氣中的灰塵經由第二流道CH2帶離懸浮粒子感測裝置20。在一些實施例中，第一流道抽氣系統240為具有回授補償功能的抽氣系統，且第一流道抽氣系統240上可設置有電流感測計242。在此些實施例中，第一流道CH1與第二流道CH2可以使用個別獨立的抽氣系統。
在一些實施例中，震動器130搭配第二流道抽氣系統241可進一步地輔助排除累積於懸浮粒子過濾結構120上的具有較大粒徑的懸浮粒子。在一些實施例中，每隔一段時間可暫停第一流道抽氣系統240，同時啟動震動器130且提高第二流道抽氣系統241的抽氣速率，以對懸浮粒子過濾結構120進行清潔。在其他實施例中，第一流道CH1與第二流道CH2也可連通於同一個抽氣系統。
圖5是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子感測裝置30的示意圖。圖5所示的懸浮粒子感測裝置30相似於圖4所示的懸浮粒子感測裝置20，以下僅描述兩者的差異處，相同或相似處則不再贅述。此外，圖5與圖4中相同或相似的元件符號代表相同或相似的構件。
請參照圖5，懸浮粒子感測裝置30的懸浮粒子過濾組件110a可設置於第一流道CH1內，且懸浮粒子過濾組件110a的表面可與第二流道CH2的側壁實質上齊平。在一些實施例中，第二流道為直通型。在此些實施例中，懸浮粒子過濾組件110a的尺寸可大於第一流道CH1的尺寸。此外，可省略套管SL，而在第一流道CH1的靠近第一入口端EN1的側壁形成凹槽R1，且將懸浮粒子過濾組件110a固定凹槽R1。再者，也可省略設置震動器130。藉由使懸浮粒子過濾組件110a的表面與第二流道CH2的表面實質上齊平，可使第二流道CH2的側壁更為平整。如此一來，可避免因第二流道CH2不平整而造成的擾流，且避免對排除大粒徑的懸浮粒子或粉塵的排除造成干擾。換言之，可提高懸浮粒子感測裝置30的量測準確性，且可使大粒徑的懸浮粒子或粉塵能夠順利經由第二流道CH2排出。當第二流道為直通型，可以避免外在風速變化時，影響第一流道風速，進而影響濃度偵測的準確度。
在一些實施例中，懸浮粒子過濾組件110a包括懸浮粒子過濾結構120a與殼體112a。殼體112a具有位於其中心區域之開口，且其本體可具有一夾層空間。懸浮粒子過濾結構120a可設置於殼體112a的夾層空間中，且可使懸浮粒子過濾結構120a的多個穿孔T位於殼體112a的中心開口中。如此一來，穿孔T連通第一流道CH1與第二流道CH2。在一些實施例中，殼體112a的開口之形狀可包括圓形、矩形、多邊形或其他形狀。所屬領域中具有通常知識者可依據設計需求改變殼體112a的尺寸、外形以及材質，本揭露並不以此為限。
綜上所述，本揭露的懸浮粒子感測裝置包括設置於流道入口端的懸浮粒子過濾組件以及設置於流道內的懸浮粒子濃度感測器。懸浮粒子過濾組件包括具有多個穿孔的懸浮粒子過濾結構。懸浮粒子過濾結構可對即將進入流道的懸浮粒子做篩選，其中粒徑小於穿孔孔徑的懸浮粒子可進入流道內，而粒徑大於穿孔孔徑的懸浮粒子則無法經過穿孔而進入流道。如此一來，可控制流道內懸浮粒子的粒徑範圍，故可更精確地感測對於具有特定粒徑範圍的懸浮粒子的濃度。此外，懸浮粒子過濾組件更可包括震動器。藉由設置震動器，可有助於將累積在懸浮粒子過濾結構上的無法通過穿孔的較大懸浮粒子排除。因此，可避免因穿孔堵塞而造成懸浮粒子感測器對於懸浮粒子濃度感測的精準度下降之問題。在一些實施例中，懸浮粒子感測裝置更包括濃度補償系統。濃度補償系統經配置以依據流道內挾帶懸浮粒子的氣流的流速或懸浮粒子的濃度而計算出懸浮粒子濃度補償係數。此懸浮粒子濃度補償係數可用以校正懸浮粒子濃度感測器得到的量測值。因此，可取得更精準的懸浮粒子濃度值。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30‧‧‧懸浮粒子感測裝置
100‧‧‧懸浮粒子濃度感測器
102‧‧‧光源模組
104‧‧‧光電轉換元件
110、110a‧‧‧懸浮粒子過濾組件
112、112a‧‧‧殼體
120、120a‧‧‧懸浮粒子過濾結構
122‧‧‧半導體基底
124‧‧‧懸浮粒子過濾層
130‧‧‧震動器
140‧‧‧抽氣系統
142、242‧‧‧電流感測計
150‧‧‧流速計
240‧‧‧第一流道抽氣系統
241‧‧‧第二流道抽氣系統
AD‧‧‧接著層
CS‧‧‧濃度補償系統
CH1‧‧‧第一流道
CH2‧‧‧第二流道
EN1‧‧‧第一入口端
EN2‧‧‧第二入口端
EX1‧‧‧第一出口端
EX2‧‧‧第二出口端
P1‧‧‧第一開口
P2‧‧‧第二開口
P、P3、P4‧‧‧開口
PL、PL1‧‧‧保護層
R、R1‧‧‧凹陷
SL‧‧‧套管
T‧‧‧穿孔
圖1A是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子感測裝置的示意圖。圖1B是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子過濾組件的立體分解圖。 圖1C是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子過濾結構的放大剖視圖。 圖2A至圖2F是依照本揭露的一些實施例的光源模組與光電轉換元件的一些配置之示意圖。 圖3是依照本發明一些實施例的設置於第一流道的流速計的電壓對抽氣系統的輸入電流的關係圖。 圖4是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子感測裝置的示意圖。 圖5是依照本揭露的一些實施例的懸浮粒子感測裝置的示意圖。
Claims (11)
- 一種懸浮粒子感測裝置，包括：第一流道，具有第一入口端與第一出口端；懸浮粒子濃度感測器，設置於所述第一流道內，且位於所述第一入口端與所述第一出口端之間；懸浮粒子過濾組件，設置於所述第一流道的所述第一入口端，且包括：殼體，具有第一開口以及第二開口，其中所述第一開口連通於所述第一流道的所述第一入口端；以及懸浮粒子過濾結構，覆蓋所述第二開口；以及第二流道，具有第二入口端與第二出口端，其中所述第一流道的所述第一入口端連通於所述第二流道的位於所述第二入口端與所述第二出口端之間的開口，其中所述懸浮粒子過濾組件的表面實質上齊平於所述第二流道的側壁。
- 如申請專利範圍第1項所述的懸浮粒子感測裝置，更包括震動器，設置於所述殼體的表面上。
- 如申請專利範圍第2項所述的懸浮粒子感測裝置，其中所述震動器包括震動馬達、壓電致動電極或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的懸浮粒子感測裝置，更包括抽氣系統，設置於所述第一流道的所述第一出口端。
- 如申請專利範圍第1項所述的懸浮粒子感測裝置，更包括連通於所述第一流道的第一流道抽氣系統與連通於所述第二流道的第二流道抽氣系統。
- 如申請專利範圍第1項所述的懸浮粒子感測裝置，其中所述懸浮粒子過濾結構包括：半導體基底，具有連通於所述殼體的所述第一開口的開口；以及懸浮粒子過濾層，設置於所述半導體基底上，且具有多個穿孔，其中所述多個穿孔連通於所述半導體基底的所述開口，且所述多個穿孔具有實質上相同的孔徑以及實質上相同的輪廓。
- 如申請專利範圍第6項所述的懸浮粒子感測裝置，其中每一穿孔的孔徑在每一穿孔的延伸方向上為實質上固定，或每一穿孔朝向所述懸浮粒子過濾層的靠近所述半導體基底的一側漸擴。
- 如申請專利範圍第6項所述的懸浮粒子感測裝置，其中所述懸浮粒子過濾結構的表面塗覆有表面改質層。
- 如申請專利範圍第1項所述的懸浮粒子感測裝置，其中所述懸浮粒子過濾結構的材料包括鐵弗龍、聚丙烯、不鏽鋼或聚碳酸酯，且所述懸浮粒子過濾結構包括多個穿孔。
- 如專利申請範圍第1項所述的懸浮粒子感測裝置，更包括設置於所述第一流道的所述第一入口端與所述第一出口端之間流速計，以隨時間記錄所述第一流道內氣流的流速。
- 如專利申請範圍第1項所述的懸浮粒子感測裝置，更包括濃度補償系統，經配置以依據所述第一流道內氣流的流速或懸浮粒子濃度計算懸浮粒子濃度補償係數，所述懸浮粒子濃度補償係數用以校正所述懸浮粒子濃度感測器得到的量測值。
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