一种颗粒物传感器和汽车空调总成

技术领域

本发明涉及空气中颗粒物的检测，特别涉及检测空气中颗粒物的颗粒物传感器和装有该颗粒物传感器的汽车空调总成。

背景技术

随着社会的发展，人们对生活环境质量的要求越来越高，空气中颗粒物的浓度也愈发引起重视。为了表征空气中的颗粒物，一些衡量指标，如PM2.5、PM10等应运而生，其中，PM2.5又名细颗粒物，具体指环境空气中粒径小于等于2.5微米的颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。PM10又名可吸入颗粒物，具体指指粒径在10微米以下的颗粒物。可吸入颗粒物在环境空气中持续的时间很长，对人体健康和大气能见度的影响都很大。

现有技术中存在两种对颗粒物进行测量的技术手段，分别是重量分析技术和光学技术。重量分析技术包括将颗粒积聚在过滤器上，然后通过直接或间接称重进行定量。光学技术依赖于使光束照射含有颗粒物的气流，从而使光束发生改变，例如使光束发生散射，然后通过感光器来检测光束改变的程度，从而表征颗粒物的粒径和浓度。WO2018211044A1公开了一种采用光学技术来检测空气中颗粒物的颗粒物传感器。

采用光学技术来检测空气中颗粒物的颗粒物传感器一般包括气流通道、光源和感光器，其中，气流通道容许含有颗粒物的气流在其中流动；光源用于产生光束，该光束照射该气流通道中的该气流并在气流中颗粒物的作用下发生改变；感光器用于检测发生改变的该光束，并根据该光束改变的程度产生相应的脉冲信号，进而表征颗粒物的粒径和浓度。

由于结构的限制，现有技术中的颗粒物传感器只能对空气中一处的颗粒物进行检测，但对于空气中不同位置的颗粒物，通常需要多个颗粒物传感器来分别进行检测，这增加了检测成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒物传感器，该颗粒物传感器能够对空气中不同位置的颗粒物进行检测，因而降低了检测成本。

本发明的目的还在于提供一种汽车空调总成，该汽车空调总成包括上述颗粒物传感器。

为实现所述目的的颗粒物传感器，用于检测空气中的颗粒物，包括光源，所述光源用于发出光束；所述颗粒物传感器还包括：分光组件，用于将所述光束至少分成第一子光束和第二子光束；感光器，用于检测照射所述空气的所述第一子光束和所述第二子光束。

在一个实施例中，所述颗粒物传感器还包括气流通道，所述气流通道被设置成容许所述空气通过而形成气流；所述感光器用于检测照射所述气流的所述第一子光束和所述第二子光束。

在一个实施例中，所述气流通道至少包括第一气流通道和第二气流通道；所述第一气流通道被设置成容许所述空气通过而形成第一气流；所述第二气流通道被设置成容许所述空气通过而形成第二气流；所述感光器用于检测分别照射所述第一气流和所述第二气流的所述第一子光束和所述第二子光束。

在一个实施例中，所述感光器至少包括第一感光器和第二感光器；所述第一感光器用于检测照射所述第一气流的所述第一子光束，所述第二感光器用于检测照射所述第二气流的所述第二子光束。

在一个实施例中，所述分光组件包括一个或者多个分光镜。

在一个实施例中，所述分光组件包括光纤分束器。

在一个实施例中，所述颗粒物传感器还包括管道件；所述管道件具有第一支流部、汇流部和第二支流部，所述汇流部分别与所述第一支流部和所述第二支流部连接，其中，所述第一支流部限定出所述第一气流通道，所述第二支流部限定出所述第二气流通道，所述汇流部具有汇流腔；所述汇流腔分别与所述第一气流通道和所述第二气流通道连通；所述汇流腔用于汇集所述第一气流通道内的所述第一气流和所述第二气流通道内的所述第二气流。

在一个实施例中，所述颗粒物传感器还包括风机，所述风机用于抽吸所述汇流腔中的气体，以在所述汇流腔内产生负压，从而使所述第一气流和所述第二气流朝向所述汇流腔内流动并汇集在所述汇流腔中。

在一个实施例中，所述第一感光器设置在所述第一气流通道内，所述第二感光器设置在所述第二气流通道内；所述第一支流部具有第一开口，所述第二支流部具有第二开口；所述第一开口容许所述第一子光束穿过；所述第二开口容许所述第二子光束穿过。

在一个实施例中，所述颗粒物传感器还包括安装板；所述安装板具有通孔；所述管道件固定在所述安装板上且位于所述安装板的一侧，其中所述汇流腔与所述通孔连通；所述风机固定在所述安装板上且位于所述安装板的另一侧，其中所述风机的进风口与所述通孔连通；所述通孔容许所述汇流腔中的气体穿过而进入所述风机。

在一个实施例中，所述光源、所述分光组件、所述第一感光器和所述第二感光器分别固定在所述安装板上，并且与所述管道件位于所述安装板的同一侧。

在一个实施例中，所述颗粒物传感器还包括壳体；所述壳体具有第一进气口、第二进气口和出气口；所述安装板固定在所述壳体上并位于所述壳体内部，所述第一进气口容许所述第一气流进入所述第一气流通道，所述第二进气口容许所述第二气流进入所述第二气流通道。

为实现所述目的的汽车空调总成，所述汽车空调总成包括如上所述的颗粒物传感器。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的颗粒物传感器包括分光组件，光源发出的光束能够被分光组件分成至少两束子光束，两束子光束能够照射空气中的不同位置，从而实现对空气中的不同位置的颗粒物进行检测，进而降低了检测成本。本发明提供的汽车空调总成包括颗粒物传感器，因此也具有成本低的优点。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为颗粒物传感器的示意图，显示了第一气流通道；

图2为颗粒物传感器的示意图，显示了第二气流通道；

图3为颗粒物传感器的示意图，显示了出气口；

图4为颗粒物传感器的内部结构的俯视图，显示了安装板的一侧；

图5为颗粒物传感器的内部结构的示意图，显示了第一开口和第二开口；

图6为颗粒物传感器的内部结构的示意图，显示了安装板的另一侧；

图7为颗粒物传感器的内部结构去除风机后的示意图，显示了安装板的一侧；

图8为颗粒物传感器的内部结构去除风机后的示意图，显示了安装板的另一侧；

图9为颗粒物传感器的壳体的示意图，显示了第一进气口；

图10为颗粒物传感器的壳体的示意图，显示了第二进气口；

图11为颗粒物传感器的光路图，其中分光组件包括两个分光镜；

图12为光纤分束器的光路图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征分布，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式分布的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是，图1至图12均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

汽车空调总成包括外壳、风机、蒸发器、暖风热交换器等结构。蒸发器和暖风热交换器均设置在外壳内部的风道中，风机用于使气流进入外壳内部的风道并流经蒸发器或暖风热交换器，从而使气流被冷却或者加热。在风机的作用下，这些被降温或者被加热的气流被送入车厢，从而使得车厢内的人员获得一个较为舒适的环境。

除了环境中温度和湿度的控制之外，舒适的环境离不开对空气中颗粒物的控制。由此，汽车空调总成还包括用来检测空气中颗粒物的颗粒物传感器900。具体地，可以使气流流过该颗粒物传感器900，来检测该气流中颗粒物的粒径和浓度。在本发明的实施例中，颗粒物传感器900为通过光学技术来测量颗粒物的粒径和浓度的传感器。

如图4所示，在一个实施例中，颗粒物传感器900包括光源1，光源1可以是激光光源或者红外线光源，其中激光光源可以是激光二极管，其在通电的状态下能够发出激光光束，红外线光源能够发出红外线光束。以激光光束为例，当激光光束照射在气流中的颗粒物上时，激光光束会发生改变，例如发生散射，其改变的程度与颗粒物的粒径和浓度相关。通过检测激光光束发生改变的程度，能够获得相应的颗粒物的粒径和浓度。

通过光散射测量颗粒物的粒径和浓度和浓度的更加具体的原理，可参考以下文献：

高波.基于光散射测量方法的粉尘传感器及应用[A].中国家用电器协会.2013年中国家用电器技术大会论文集[C].中国家用电器协会:《电器》杂志社,2013:5.

上述文献还记载了通用电气公司型号为SM-PWM-01A的粉尘传感器的工作原理、系统组成和特性参数，可供本领域技术人员在实施本发明实施例时作为参考。

本发明的实施例提供的颗粒物传感器900除了可以用在汽车空调总成中，实现对汽车座舱空气中的颗粒物检测之外，还可以用于其他环境中颗粒物的检测，例如建筑环境。本发明的实施例提供的颗粒物传感器900除了可以用于对气流中的颗粒物进行检测之外，还可以用于对静止的空气中的颗粒物进行检测。

由于结构的限制，常规的颗粒物传感器只能对空气中一处的颗粒物进行检测，但对于空气中不同位置的颗粒物，通常需要多个颗粒物传感器来分别进行检测，这增加了检测成本。

为了实现对空气中的不同位置的颗粒物进行检测，在本发明的一个实施例中，颗粒物传感器900包括光源1、分光组件3和感光器，其中，光源1用于发出光束L；分光组件3用于将光束L至少分成第一子光束L1和第二子光束L2；感光器用于检测照射空气的第一子光束L1和第二子光束L2。

由于光源发出的光束能够被分光组件分成至少两束子光束，两束子光束能够照射空气中的不同位置，从而实现对空气中的不同位置的颗粒物进行检测，进而降低了检测成本。在上述实施例中，空气中不同位置可以是静止的空气中的不同位置，或者是一股气流中的不同位置，还可以是流动的多股气流中的不同位置。

在另一个实施例中，颗粒物传感器900还包括气流通道，气流通道被设置成容许空气通过而形成气流；感光器用于检测照射气流的第一子光束L1和第二子光束L2。在这个实施例中，空气中不同位置是气流中的不同位置。

气流通道的数量可以是一个或者多个。当气流通道的数量是一个时(附图未示出)，形成的气流的数量为一股。第一子光束L1和第二子光束L2可以照射在该股气流的流动路径上的前后两个位置，对该两个位置的颗粒物进行检测。

在气流通道的数量为多个的实施例中，如图4、5、7所示，气流通道至少包括第一气流通道21a和第二气流通道22a；第一气流通道21a被设置成容许空气通过而形成第一气流A；第二气流通道22a被设置成容许空气通过而形成第二气流B；感光器用于检测分别照射第一气流A和第二气流B的第一子光束L1和第二子光束L2。

感光器的数量可以是一个或者多个。当感光器的数量为一个时(附图未示出)，感光器可以被设置成可移动的形式，来依次对第一子光束L1和第二子光束L2进行检测。

在感光器的数量为多个的实施例中，如图4、5、7所示，感光器至少包括第一感光器4和第二感光器5；第一感光器4用于检测照射第一气流A的第一子光束L1，第二感光器5用于检测照射第二气流B的第二子光束L2。

由于结构的限制，常规的颗粒物传感器在同一时刻只能检测一股气流中的颗粒物，而对于多股气流例如汽车空调系统中的新风气流和内循环气流中的颗粒物，通常需要多个颗粒物传感器来分别进行检测，这增加了检测成本。

为了实现对气流中颗粒物的粒径和浓度的检测，本发明的实施例提供了一种颗粒物传感器900。如图1、2、3、4、5、6所示，在一个实施例中，颗粒物传感器900包括壳体8、安装板7、管道件2、风机6、光源1、分光组件3、第一感光器4和第二传感器5，其中，安装板7、管道件2、风机6、光源1、分光组件3、第一感光器4和第二传感器5连接成一体，形成安装于壳体8内部的内部结构，该内部结构显示在图4、5、6中。

参考图1、2、3、9、10，壳体8包括上盖81、圈围侧壁82和底盖83，圈围侧壁82的两侧分别开设有第一进气口82a和第二进气口82b，底盖83上开设有出气口83a，其中，上盖81和底盖83分别设置在圈围侧壁82轴向上的两侧，并与该圈围侧壁82限定出用于放置安装板7、管道件2、风机6、光源1、分光组件3、第一感光器4和第二传感器5的空间，该空间通过第一进气口82a、第二进气口82b和出气口83a与外界连通。

除上述实施例外，壳体8的结构还可以有其他实施方式，并不限于由上盖81、圈围侧壁82和底盖83围成。第一进气口82a、第二进气口82b和出气口83a的数量及位置也可以有其他变化。在一个具体的实施例中，上盖81、圈围侧壁82和底盖83可以由塑料来制造。

参考图4、5、6，管道件2、光源1、分光组件3、第一感光器4和第二感光器5分别固定在安装板7上，且位于安装板7的一侧；风机6固定在安装板7上，且位于安装板7的另一侧。这样的布置方式使得颗粒物传感器900的结构比较紧凑。

在一个实施例中，安装板7的四周边缘连接在圈围侧壁82的内壁上，以实现安装板7的固定，同时也使风机6、管道件2、光源1、分光组件3、第一感光器4和第二感光器5被固定在壳体8的内部。

如图4、5所示，在一个实施例中，管道件2具有第一支流部21、汇流部23和第二支流部22，汇流部23分别与第一支流部21和第二支流部22连接，其中，第一支流部21限定出第一气流通道21a，第二支流部22限定出第二气流通道22a，汇流部23具有汇流腔23a；汇流腔23a分别与第一气流通道21a和第二气流通道22a连通。汇流腔23a用于汇集第一气流通道21a内的第一气流A和第二气流通道22a内的第二气流B。第一进气口82a容许第一气流A穿过而进入第一气流通道21a，第二进气口82b容许第二气流B穿过而进入第二气流通道22a，出气口83a容许汇流腔23a汇集的气流穿过而流出壳体8。

在上述实施例中，第一气流A和第二气流B可以分别为汽车空调系统中的新风气流和内循环气流，也可以是同一股气流的两个支流，其中，第一气流A含有第一颗粒物a，第二气流B含有第二颗粒物b。在不同的实施例中，第一颗粒物a的粒径和浓度与第二颗粒物b的粒径和浓度可以相同，也可以不同。

在未图示的实施例中，管道件2具有的支流部的数量可以超过两个，相应地，气流通道的数量也可以超过两个。在未图示的实施例中，支流部的形状为在周向上闭合的管状，例如可以是圆管，也可以是方管，管的内壁限定出气流通道。在图5、6、7、8所示的实施例中，支流部包括平行且相对设置的两块板，该两块板之间限定出气流通道。

在一个具体的实施例中，第一支流部21、汇流部23和第二支流部22可以一体成型，且由塑料制造。更具体地，第一气流通道21a和第二气流通道22a为直条状管道，汇流腔23a为圆柱形腔体，第一气流通道21a和第二气流通道22a呈角度设置且关于汇流腔23a的横截面的一条直径对称设置。

继续参考图4，风机6用于抽吸汇流腔23a中的气体，以在汇流腔23a内产生负压，从而使第一气流通道21a中的第一气流A和第二气流通道22a中的第二气流B朝向汇流腔23a流动并汇集在汇流腔23a中。

在一个更具体的实施例中，如图6、7、8所示，安装板7具有通孔7a，汇流部23罩设在通孔7a上，以使汇流腔23a与通孔7a连通；通孔7a容许汇流腔23a中的气体穿过而进入风机6，并在从风机6排出后穿过出气口83a，进而排出壳体8。具体地，安装板7可以是PCB板。

继续参考图4，在颗粒物传感器900的工作过程中，风机6运转，使汇流腔23a内产生负压，从而使第一气流A通过第一进气口82a被吸入第一气流通道21a，最终流入汇流腔23a，还使第二气流B通过第二进气口82b被吸入第二气流通道22a，最终流入汇流腔23a。

光源1发出光束L，光束L照射在分光组件3上，并被分光组件3至少分成第一子光束L1和第二子光束L2，其中，第一子光束L1用于照射第一气流A中的第一颗粒物a，第二子光束L2用于照射第二气流B中的第二颗粒物b。

分光组件3的形式和结构可以有多种。分光组件3可以包括一个或者多个分光镜3a。分光镜是将激光光束分成透过光和反射光的透明光学元件。图11示出了分光镜3a的数量为两个的实施例。在该实施例中，靠近光源1的分光镜3a将光束L分成第一子光束L1和第四子光束L4，第四子光束L4射向距离光源1较远的分光镜3a，被该距离光源1较远的分光镜3a分成第二子光束L2和第三子光束L3，其中，第一子光束L1和第二子光束L2被用于检测颗粒物。在这个实施例中，第一子光束L1是透过光，第四子光束L4是反射光，第二子光束L2是反射光，第三子光束L3是透过光。

在一个未图示的实施例中，分光组件3包括一个分光镜3a，该分光镜3a将光束L分成第一子光束L1和第二子光束L2，其中，第一子光束L1和第二子光束L2可以是等量的光，也可以是非等量的光。在这个实施例中，第一子光束L1和第二子光束L2的其中一束是反射光，另一束是透过光。

分光镜3a可采用西格玛光机株式会社的平板式或者立方体式的分光产品。

如图12所示，在另外的实施例中，分光组件3包括光纤分束器3b。光纤分束器3b包括由光纤形成的主通路和多个子通路，光束L射入主通路，再通过多个子通路射出，从而至少形成第一子光束L1和第二子光束L2。

第一感光器4和第二感光器5可以是利用颗粒物对光的散射作用进行分析的检测器。当某一波长的光照射在气流中的颗粒物上时，除一部分通过颗粒物或被颗粒物吸收外，大部分的光将以同样的波长向各个方向散射，散射光的强度是气流中颗粒物的浓度和颗粒物的粒径的函数。

在本发明的实施例中，第一感光器4用于检测照射第一气流A的第一子光束L1，以产生与第一颗粒物a对应的第一信号。具体地，第一子光束L1照射在第一气流A中的第一颗粒物a上后发生散射，产生散射光，该散射光的强度是第一颗粒物a在第一气流A中的浓度和第一颗粒物a的粒径的函数。第一感光器4通过检测第一子光束L1的散射光的强度，能够产生与第一颗粒物a的粒径和浓度相对应的第一信号。

在本发明的实施例中，第二感光器5用于检测照射第二气流B的第二子光束L2，以产生与第二颗粒物b对应的第二信号。具体地，第二子光束L2照射在第二气流B的第二颗粒物b上后发生散射，产生散射光，该散射光的强度是第一颗粒物a在第一气流A中的浓度和第一颗粒物a的粒径的函数。第二感光器5通过检测第二子光束L2的散射光的强度，能够产生与第二颗粒物b的粒径和浓度相对应的第二信号。

第一信号和/或第二信号可以为电子脉冲信号。第一信号和第二信号可以传输至颗粒物传感器900的控制模块(附图未示出)，该控制模块可以根据第一信号和第二信号的强度分别计算出第一颗粒物a和第二颗粒物b的粒径和浓度，并输出至汽车中控的显示屏上进行显示。上述控制模块(附图未示出)可以安装在安装板7上。

在一个更具体的实施例中，第一感光器4设置在第一气流通道21a内，第二感光器5设置在第二气流通道22a内，如此可以使颗粒物传感器900的结构更加紧凑，避免为第一感光器4和第二感光器5额外设置存放空间。

更具体地，为了使子光束能够射入相应的气流通道，第一支流部21具有第一开口210，第二支流部22具有第二开口220；第一开口210容许第一子光束L1穿过；第二开口220容许第二子光束L2穿过。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。