具有气体检测功能的家居装置

【技术领域】

本案关于一种具有气体检测功能的家居装置，尤指一种结合空气信息的具有气体检测功能的家居装置。

【背景技术】

由于近日空污日渐严重，对于生活周遭的气体品质的要求愈来愈重视，例如一氧化碳、二氧化碳、挥发性有机物(Volatile Organic Compound，VOC)、PM2.5、一氧化氮、一氧化硫等等气体，甚至于气体中含有的微粒，都会在环境中暴露影响人体健康，严重的甚至危害到生命。因此环境气体品质好坏纷纷引起各国重视，目前急需要如何监测去避免远离，是当前重视的课题。

如何确认气体品质的好坏，利用一种气体传感器来监测周围环境气体是可行的，若又能即时提供监测信息，警示处在环境中的人，能够即时预防或逃离，避免遭受环境中的气体暴露造成人体健康影响及伤害，利用气体传感器来监测周围环境可说是非常好的应用，而如何家居装置以及空气品质检测装置结合，供使用者可确认即时监测家中空气品质，是本案所研发的主要课题。

【发明内容】

本案的主要目的是提供一种具有气体检测功能的家居装置，利用气体检测模块结合至家居装置上，来随时监测使用者其所在环境的空气品质。

本案的一广义实施态样为一种具有气体检测功能的家居装置，包含：一本体，具有至少一进气口及至少一出气口，且该进气口与该出气口之间设有一气体流道；一气体检测模块，设置于该本体的该气体流道中，包含有一压电致动器及至少一传感器，该压电致动器导引该本体外气体由该进气口进入该气体流道中，再由该出气口排出，且导入气体供该传感器检测以取得一气体信息。

【附图说明】

图1为本案具有气体检测功能的家居装置的立体示意图。

图2A为本案气体检测模块之外观立体示意图。

图2B为本案气体检测模块另一角度之外观立体示意图。

图2C为本案气体检测模块的分解立体示意图。

图3A为本案气体检测模块的基座立体示意图。

图3B为本案气体检测模块的基座另一角度立体示意图。

图4为本案气体检测模块的基座容置激光组件及微粒传感器立体示意图。

图5A为本案气体检测模块的压电致动器结合基座分解立体示意图。

图5B为本案气体检测模块的压电致动器结合基座立体示意图。

图6A为本案气体检测模块的压电致动器分解立体示意图。

图6B为本案气体检测模块的压电致动器另一角度分解立体示意图。

图7A为本案气体检测模块的压电致动器结合于导气组件承载区的剖面示意图。

图7B及图7C为图7A的压电致动器作动示意图。

图8A至图8C为气体检测模块的气体路径示意图。

图9所本案气体检测模块的激光组件发射光束路径示意图。

图10为具有气体检测功能的家居装置的控制电路单元与相关构件配置关系方块示意图。

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本案。

请参阅图1所示，本案提供一种具有气体检测功能的家居装置100，家居装置100可为一影音输出设备，包含一播放机、一收音机、一机器人、一音响、一时钟、一挂钟、一对讲机、一打印机、一投影机、蓝牙喇叭、智能音箱的其中之一；家居装置100亦可为一环境电器，包含一空气净化器、一空气清净机、一加湿机、一植物检测仪、一空气检测仪、一空调插座、一电暖器、一空调、一风扇、一温控器、一除湿器、负离子空气清净器的其中之一；家居装置100也可为一生活电器，包含一马桶、一洗衣机、一灭蚊灯、一扫地机器人、一热水器、一晾衣架、一拖地机、一饮水机、一智慧电动升降桌、一电毯、一吸尘器、一干衣机、一毛巾加热器架、温湿度量测器、自动调温控制器的其中之一；家居装置100或可为一厨房电器，包含一冰箱、一微波炉、一电水壶、一净水器、一咖啡机、一泡奶机、一电锅、一抽油烟机、一电磁炉、一压力锅、一洗碗机、一榨汁机、一蒸烤箱、一洗手槽、一硬水软化器、一烟雾感应器、一煤气传感器、一水感应器的其中之一；家居装置100可为一居家保全设备，包含一门锁、一视频门铃、一保险箱、一开窗器的其中之一；或，家居装置100可为一照明设备，包含一顶灯、一床头灯、一台灯、一灯泡、一风扇灯的其中之一；及家居装置100亦可为一电源转换设备，包含一插座、一插线板、一开关的其中之一；或是家居装置100可为一摄像保全设备，包含一摄影机、一相机的其中之一；家居装置100为一穿戴式装置，包含一智能口罩、一智能衣、一智能纺织、一智能皮带、一智能项链、一智能胸针、一手镯的其中之一；家居设备100为一婴幼儿用品，包含一婴儿监视器、一婴儿车、一婴儿床的其中之一。

家居装置100包含一本体1及一气体检测模块3。其中本体1具有至少一进气口11及至少一出气口12，于本实例中，为一进气口11及一出气口12，但不以此为限。进气口11与出气口12之间设有一气体流道13。气体检测模块3设置于气体流道13中，检测气体流道13内的空气，以获得一气体信息。

又如图2A至图2C、图3A至图3B、图4及图5A至图5B所示，上述气体检测模块3包含一基座31、一压电致动器32、一驱动电路板33、一激光组件34、一微粒传感器35及一外盖36。其中，基座31具有一第一表面311、一第二表面312、一激光设置区313、一进气沟槽314、一导气组件承载区315及一出气沟槽316。第一表面311及第二表面312为相对设置的两个表面。激光设置区313自第一表面311朝向第二表面312挖空形成。进气沟槽314自第二表面312凹陷形成，且邻近激光设置区313，并设有一进气通口314a，进气通口314a连通于基座31的外部，并与外盖36的进气框口361a对应，以及进气沟槽314两侧壁贯穿一透光窗口314b，与激光设置区313连通。因此，基座31的第一表面311被外盖36贴附封盖，第二表面312被驱动电路板33贴附封盖，致使进气沟槽314定义出一进气路径。

上述的导气组件承载区315由第二表面312凹陷形成，并连通进气沟槽314，且于底面贯通一通气孔315a。上述的出气沟槽316设有一出气通口316a，出气通口316a与外盖36的出气框口361b对应设置。出气沟槽316包含由第一表面311对应于导气组件承载区315的垂直投影区域凹陷形成的一第一区间316b，以及于非导气组件承载区315的垂直投影区域所延伸的区域，且由第一表面311至第二表面312挖空形成的第二区间316c，其中第一区间316b与第二区间316c相连以形成段差，且出气沟槽316的第一区间316b与导气组件承载区315的通气孔315a相通，出气沟槽316的第二区间316c与出气通口316a连通。因此，当基座31的第一表面311被外盖36贴附封盖，第二表面312被驱动电路板33贴附封盖时，致使出气沟槽316定义出一出气路径。

又如图4所示，上述的激光组件34及微粒传感器35皆设置于驱动电路板33上，且位于基座31内，为了明确说明激光组件34及微粒传感器35与基座31的位置，故特意于图4中省略驱动电路板33；再参阅图4，激光组件34将容设于基座31的激光设置区313内，微粒传感器35容设于基座31的进气沟槽314内，并与激光组件34对齐，此外，激光组件34对应到透光窗口314b，供以激光组件34所发射的激光光穿过，使激光光照射至进气沟槽314内，而激光组件34所发出射出的光束路径为穿过透光窗口314b且与进气沟槽314形成正交方向。

上述的激光组件34发射投射光束通过透光窗口314b进入进气沟槽314内，照射进气沟槽314内的气体中所含悬浮微粒，光束接触到悬浮微粒时，会散射并产生投射光点，微粒传感器35接收散射所产生的投射光点进行计算，来获取气体中所含悬浮微粒的粒径及浓度的相关信息。其中微粒传感器35为PM2.5传感器。

又如图5A及图5B所示，上述的压电致动器32容设于基座31的导气组件承载区315。导气组件承载区315呈一正方形，其四个角分别设有一定位缺口315b，压电致动器32通过四个定位缺口315b设置于导气组件承载区315内。此外，导气组件承载区315与进气沟槽314相通，当压电致动器32作动时，汲取进气沟槽314内的气体进入压电致动器32，并将气体通过导气组件承载区315的通气孔315a，进入至出气沟槽316。此外，通过压电致动器32的作动，可进一步导引装置本体1外的气体由进气口11进入气体流道13，再通过气体流道13的气体检测模块3，最后由出气口12排出，且导入气体供微粒传感器35检测以取得一气体信息。

又，上述的驱动电路板33封盖贴合于基座31的第二表面312(如图2C所示)。激光组件34设置于驱动电路板33上，并与驱动电路板33电性连接。微粒传感器35亦设置于驱动电路板33上，并与驱动电路板33电性连接。外盖36罩盖基座31，且贴附封盖于基座31的第一表面311上，并具有一侧板361。侧板361具有一进气框口361a及一出气框口361b。当外盖36罩盖基座31时，进气框口361a对应到基座31的进气通口314a，出气框口361b对应到基座31的出气通口316a。

以及参阅图6A及图6B所示，上述的压电致动器32包含一喷气孔片321、一腔体框架322、一致动体323、一绝缘框架324及一导电框架325。

上述的喷气孔片321为具有可挠性的材料制作，具有一悬浮片321a、一中空孔洞321b以及多个连接件321c。悬浮片321a为可弯曲振动的片状结构，其形状与尺寸大致对应导气组件承载区315的内缘，但不以此为限，悬浮片321a的形状亦可为方形、圆形、椭圆形、三角形及多角形其中之一。中空孔洞321b是贯穿于悬浮片321a的中心处，以供气体流通。本实施例中，连接件321c的数量为四个，其数量及型态主要与导气组件承载区315的定位缺口315b相互对应，各连接件321c与所对应的定位缺口315b会形成一卡扣结构借以相互卡合、固定，使压电致动器32得以设置于导气组件承载区315内。

上述的腔体框架322叠设于喷气孔片321，且其外型与喷气孔片321对应。致动体323叠设于腔体框架322上，并于腔体框架322、悬浮片321a之间定义一共振腔室326。绝缘框架324叠设于致动体323，其外观与腔体框架322近似。导电框架325叠设于绝缘框架324，其外观与绝缘框架324近似，且导电框架325具有一导电接脚325a及一导电电极325b。导电接脚325a自导电框架325的外缘向外延伸，导电电极325b自导电框架325内缘向内延伸。此外，致动体323更包含一压电载板323a、一调整共振板323b及一压电板323c，压电载板323a承载叠置于腔体框架322上，调整共振板323b承载叠置于压电载板323a上，压电板323c承载叠置于调整共振板323b上，而调整共振板323b及压电板323c容设于绝缘框架324内，并由导电框架325的导电电极325b电连接压电板323c。其中，压电载板323a、调整共振板323b皆为可导电的材料所制成，压电载板323a具有一压电接脚323d，压电接脚323d与导电接脚325a连接驱动电路板33上的驱动电路(未图示)，以接收驱动信号(驱动频率及驱动电压)。驱动信号得以由压电接脚323d、压电载板323a、调整共振板323b、压电板323c、导电电极325b、导电框架325、导电接脚325a形成一回路，并由绝缘框架324将导电框架325与致动体323之间阻隔，避免短路发生，使驱动信号得以传递至压电板323c，压电板323c接受驱动信号(驱动频率及驱动电压)后，因压电效应产生形变，来进一步驱动压电载板323a及调整共振板323b产生往复式地弯曲振动。

承上所述，调整共振板323b位于压电板323c与压电载板323a之间，作为两者之间的缓冲物，可调整压电载板323a的振动频率。基本上，调整共振板323b的厚度大于压电载板323a的厚度，且调整共振板323b的厚度可变动，借此调整致动体323的振动频率。

请同时参阅图6A、图6B及图7A所示，多个连接件321c在悬浮片321a及导气组件承载区315的内缘之间定义出多个空隙321d，以供气体流通。

请先参阅图7A所示，上述的喷气孔片321、腔体框架322、致动体323、绝缘框架324及导电框架325依序对应堆叠并设置于导气组件承载区315。喷气孔片321与导气组件承载区315的底面(未标示)之间形成一气流腔室327。气流腔室327通过喷气孔片321的中空孔洞321b，连通致动体323、腔体框架322及悬浮片321a之间的共振腔室326。通过控制共振腔室326中气体的振动频率，使其与悬浮片321a的振动频率趋近于相同，可使共振腔室326与悬浮片321a产生亥姆霍兹共振效应(Helmholtz resonance)，俾使气体传输效率提高。

又，图7B及图7C为图7A的压电致动器作动示意图，请先参阅图7B所示，当压电板323c向远离导气组件承载区315的底面移动时，带动喷气孔片321的悬浮片321a以远离导气组件承载区315的底面方向移动，使气流腔室327的容积急遽扩张，其内部压力下降形成负压，吸引压电致动器32外部的气体由多个空隙321d流入，并经由中空孔洞321b进入共振腔室326，使共振腔室326内的气压增加而产生一压力梯度。再如图7C所示，当压电板323c带动喷气孔片321的悬浮片321a朝向导气组件承载区315的底面移动时，共振腔室326中的气体经中空孔洞321b快速流出，挤压气流腔室327内的气体，并使汇聚后的气体以接近白努利定律的理想气体状态快速且大量地喷出。依据惯性原理，排气后的共振腔室326内部气压低于平衡气压，会导引气体再次进入共振腔室326中。是以，通过重复图7B及图7C的动作后，得以压电板323c往复式地振动，以及控制共振腔室326中气体的振动频率与压电板323c的振动频率趋近于相同，以产生亥姆霍兹共振效应，俾实现气体高速且大量的传输。

图8A至图8C所示为气体检测模块3的气体路径示意图，首先参阅图8A所示，气体皆由外盖36的进气框口361a进入，通过进气通口314a进入至基座31的进气沟槽314，并流至微粒传感器35的位置。再如图8B所示，压电致动器32持续驱动会吸取进气路径的气体，以利外部气体快速导入且稳定流通，并通过微粒传感器35上方，此时激光组件34发射投射光束通过透光窗口314b进入进气沟槽314内，照射进气沟槽314通过微粒传感器35上方的气体中所含悬浮微粒，光束接触到悬浮微粒时，会散射并产生投射光点，微粒传感器35接收散射所产生的投射光点进行计算，来获取气体中所含悬浮微粒的粒径及浓度的相关信息，而微粒传感器35上方的气体也持续受压电致动器32驱动传输而导入导气组件承载区315的通气孔315a中，进入出气沟槽316的第一区间316b(可回头搭配图3A来做参考)。最后如图8C所示，气体进入出气沟槽316的第一区间316b后，由于压电致动器32会不断输送气体进入第一区间316b，于第一区间316b的气体将会被推引至第二区间316c，最后通过出气通口316a及出气框口361b向外排出。

再参阅图9所示，基座31更包含一光陷阱区317。光陷阱区317自第一表面311至第二表面312挖空形成，并对应至激光设置区313，且光陷阱区317经过透光窗口314b而使激光组件34所发射的光束能投射到其中。光陷阱区317设有一斜椎面的光陷阱结构317a，光陷阱结构317a对应到激光组件34所发射的光束的路径。此外，光陷阱结构317a使激光组件34所发射的投射光束在斜椎面结构反射至光陷阱区317内，避免光束反射至微粒传感器35的位置，且光陷阱结构317a所接收的投射光束的位置与透光窗口314b之间保持有一光陷阱距离D，此光陷阱距离D需大于3mm以上，当光陷阱距离D小于3mm时会导致投射在光陷阱结构317a上投射光束反射后因过多杂散光直接反射回微粒传感器35的位置，造成检测精度的失真。

请继续参阅图9及图2C所示，本案的气体检测模块3不仅可针对气体中微粒进行检测，更可进一步针对导入气体的特性做检测，例如气体为甲醛、氨气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、臭氧等。因此本案的气体检测模块3更包含第一挥发性有机物传感器37a，定位设置于驱动电路板33上并与其电性连接，容设于出气沟槽316中，对出气路径所导出的气体做检测，用以检测出气路径的气体中所含有的挥发性有机物的浓度或特性。或者本案的气体检测模块3更包含一第二挥发性有机物传感器37b，定位设置于驱动电路板33上并与其电性连接，而第二挥发性有机物传感器37b容设于光陷阱区317，对于通过进气沟槽314的进气路径且经过透光窗口314b而导入光陷阱区317内的气体中所含有挥发性有机物的浓度或特性。

又再请参阅图1及图10所示，上述家居装置100进一步包含一控制电路单元4，控制电路单元4上并设有一微处理器4a及一通信器4b，而该气体检测模块3与其作电性连接。其中微处理器4a能够控制气体检测模块3的驱动信号而检测启动运作，并将气体检测模块3的检测数据转换成一检测数据储存，以及该微处理器4a能够控制压电致动器32的驱动信号及启动运作，并依据检测数据去控制启动整个装置的运作，让压电致动器32的自动启动及风量自动控制调整。通信器4b能够接收微处理器4a所输出检测数据，并能将检测数据对外通过通信传输至一外部装置5予以储存，促使外部装置5产生一气体检测的信息及一通报警示。上述之外部装置5可为一云端系统、一可携式行动装置、一电脑系统等；上述的通信传输可以是通过有线的通信传输，例如：USB连接通信传输，或者是通过无线的通信传输，例如：Wi-Fi通信传输、蓝牙通信传输、无线射频辨识通信传输、一近场通讯传输等。

综上所述，本案所提供的家居装置，利用气体检测模块结合家居装置，来随时监测使用者于家中的空气信息，以便使用者可得知周遭空气品质信息，能即时取得环境信息，以警示告知使用者，能够即时做预防的措施，极具产业利用性。

本案得由熟知此技术之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

1：本体

100：家居装置

11：进气口

12：出气口

13：气体流道

3：气体检测模块

31：基座

311：第一表面

312：第二表面

313：激光设置区

314：进气沟槽

314a：进气通口

314b：透光窗口

315：导气组件承载区

315a：通气孔

315b：定位缺口

316：出气沟槽

316a：出气通口

316b：第一区间

316c：第二区间

317：光陷阱区

317a：光陷阱结构

32：压电致动器

321：喷气孔片

321a：悬浮片

321b：中空孔洞

321c：连接件

321d：空隙

322：腔体框架

323：致动体

323a：压电载板

323b：调整共振板

323c：压电板

323d：压电接脚

324：绝缘框架

325：导电框架

325a：导电接脚

325b：导电电极

326：共振腔室

327：气流腔室

33：驱动电路板

34：激光组件

35：微粒传感器

36：外盖

361：侧板

361a：进气框口

361b：出气框口

37a：第一挥发性有机物传感器

37b：第二挥发性有机物传感器

4：控制电路单元

4a：微处理器

4b：通信器

5：外部装置

D：光陷阱距离