本實(shí)用新型涉及汽車空調(diào)控制領(lǐng)域，涉及一種低成本的集成車內(nèi)PM2.5顆粒物及溫度檢測的傳感器技術(shù)開發(fā)。

背景技術(shù)：

目前檢測PM2.5顆粒物的傳感器從檢測光路原理上有紅外和激光兩種，紅外光波長較長，散射能力低，測試精度大約在±15％，其多用于家用空氣凈化器中，對室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)凈化功能；激光式傳感器波長短，散射能力較高，分辨率高，精度能達(dá)到±10％，但由于激光器成本高，衰減快，使用壽命短，應(yīng)用較少。對于在汽車中的特殊應(yīng)用環(huán)境，既要考慮精度、壽命耐久，同時(shí)也需控制零件成本，目前汽車應(yīng)用也較少。

車內(nèi)溫度傳感器是比較成熟的汽車零部件產(chǎn)品，作為單獨(dú)的零件相對成本較高，主要成本是出自集成在傳感器中的風(fēng)機(jī)，另外一種產(chǎn)品無需風(fēng)機(jī)，但成本基本相當(dāng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過紅外檢測PM2.5顆粒物并集成車內(nèi)溫度傳感器功能得到較高精度和穩(wěn)定性的傳感器技術(shù)方案，同時(shí)滿足汽車應(yīng)用對零件精度穩(wěn)定性及成本的要求。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，提供一種應(yīng)用于汽車車內(nèi)顆粒物及車內(nèi)溫度檢測的傳感器，包括外殼，外殼內(nèi)有空腔形成檢測通道，檢測通道的后部設(shè)置有風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)PCB板相連，檢測通道內(nèi)設(shè)置PM2.5檢測器和溫度傳感器，檢測通道入口處有可拆卸的海綿。

優(yōu)選的，PM2.5檢測器包括一個(gè)檢測光路，所述的檢測光路由一個(gè)紅外線LED燈，一個(gè)光敏器件及兩組透鏡組組成，紅外線LED的光路和光敏器件的光路光軸相交，成小于90°的夾角。

紅外線LED燈產(chǎn)生紅外脈沖光束照射到檢測通道中，遇到顆粒物后發(fā)生散射，另一個(gè)與其光軸相交的光敏器件檢測到紅外反射光，并通過電路將反射光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，從而計(jì)算得到顆粒物的濃度大小。

優(yōu)選的，所述的溫度傳感器固定于驅(qū)動(dòng)PCB板上。

優(yōu)選的，所述溫度傳感器的信號反饋至光敏器件驅(qū)動(dòng)芯片和空調(diào)。

優(yōu)選的，所述外殼的檢測通道入口處有前蓋，檢測通道出口處有后蓋，所述的前蓋上可拆卸地裝有海綿。

本實(shí)用新型的傳感器集成紅外光路、風(fēng)道、過濾海綿、風(fēng)機(jī)、溫度傳感器及控制驅(qū)動(dòng)電路，信號處理程序?qū)υ紳舛刃盘栠M(jìn)行無塵零位電壓和溫度補(bǔ)償以及移動(dòng)平滑濾波處理；傳感器安裝于車內(nèi)通風(fēng)良好的地方，例如儀表板、車頂及中控臺燈位置；該傳感器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)車內(nèi)PM2.5濃度和車內(nèi)溫度檢測，并且得到較高的精度和穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型的有益效果是采用了紅外光檢測PM2.5濃度且集成了車內(nèi)溫度傳感器功能，在PM2.5濃度檢測中進(jìn)行了無塵零位電壓和溫度補(bǔ)償，同時(shí)對輸出信號進(jìn)行濾波處理，最終得到精度較高、較為穩(wěn)定的檢測結(jié)果。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

1-后蓋 2-驅(qū)動(dòng)PCB板 3-溫度傳感器

4-風(fēng)機(jī) 5-外殼 6-PM2.5檢測器

7-前蓋 8-海綿

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

根據(jù)圖1所示的一種應(yīng)用于汽車車內(nèi)顆粒物及車內(nèi)溫度檢測的傳感器，包括外殼5，外殼5內(nèi)有空腔形成檢測通道，外殼5的檢測通道入口處有前蓋7，檢測通道出口處有后蓋1，所述的前蓋7上可拆卸地裝有海綿8；檢測通道的后部設(shè)置有風(fēng)機(jī)4，風(fēng)機(jī)4與驅(qū)動(dòng)PCB板2相連，溫度傳感器3固定于驅(qū)動(dòng)PCB板2上，檢測通道內(nèi)設(shè)置PM2.5檢測器6。PM2.5檢測器3包括一個(gè)檢測光路，所述的檢測光路由一個(gè)紅外線LED燈，一個(gè)光敏器件及兩組透鏡組組成，紅外線LED的光路和光敏器件的光路光軸相交，成小于90°的夾角。紅外線LED燈產(chǎn)生紅外脈沖光束照射到檢測通道中，遇到顆粒物后發(fā)生散射，另一個(gè)與其光軸相交的光敏器件檢測到紅外反射光，并通過電路將反射光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，從而計(jì)算得到顆粒物的濃度大小，所述溫度傳感器的信號反饋至光敏器件驅(qū)動(dòng)芯片和空調(diào)。

為了把達(dá)到汽車零件開發(fā)低成本、同時(shí)滿足精度及穩(wěn)定性的要求，本發(fā)明結(jié)構(gòu)上集成PM2.5檢測光路、風(fēng)機(jī)4、溫度傳感器3、驅(qū)動(dòng)PCB板和風(fēng)道，信號通過濾波和補(bǔ)償算法處理后得到精度較高且穩(wěn)定的輸出。

對于車內(nèi)PM2.5傳感器這類探測空氣狀態(tài)的傳感器，為了保證所測量值真實(shí)反映車內(nèi)狀態(tài)，需要滿足兩個(gè)條件：一是傳感器處于空氣流通較好的區(qū)域，即對傳感器安裝位置及安裝空間有很大限制；二是傳感器檢測通道需要能產(chǎn)生氣流，氣流的產(chǎn)生有兩種方式，通過風(fēng)機(jī)或加熱電阻主動(dòng)產(chǎn)生氣流和通過空調(diào)風(fēng)道負(fù)壓被動(dòng)產(chǎn)生氣流，兩種方式各有優(yōu)劣，主動(dòng)產(chǎn)生氣流的方式需要增加成本，但精度和穩(wěn)定性高，被動(dòng)產(chǎn)生氣流的方式成本較低，但受結(jié)構(gòu)限制大，氣流穩(wěn)定性差，受空調(diào)開關(guān)狀態(tài)影響，檢測精度和穩(wěn)定性低。綜合兩方面的考慮，本方案集成小型風(fēng)機(jī)，用于在檢測通道產(chǎn)生氣流，同時(shí)盡可能壓縮總成的尺寸大小，從而使得傳感器可以安裝于中控或儀表板內(nèi)部區(qū)域；同時(shí)在進(jìn)風(fēng)口增加厚度為1mm的可拆卸海綿8以防止大顆粒物進(jìn)入檢測通道影響探測精度，結(jié)構(gòu)如附圖1所示。

PM2.5檢測光路由一個(gè)紅外LED燈，一個(gè)光敏器件及兩組透鏡組組成，其中紅外LED燈光路和光敏器件光路光軸相交，成小于90°的夾角，紅外LED燈產(chǎn)生紅外脈沖光束照射到檢測通道中，遇到顆粒物后發(fā)生散射，另一個(gè)與其光軸相交的光敏器件檢測到紅外反射光，并通過電路將反射光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，從而計(jì)算得到顆粒物的濃度大小。

由于紅外LED燈和光敏器件本身存在個(gè)體差異性，因此即使相同PM2.5濃度環(huán)境下兩個(gè)傳感器中紅外LED燈發(fā)出的紅外脈沖光束與光敏器件檢測到的電壓都有差異，這就導(dǎo)致了檢測精度低，這一差異體現(xiàn)在PM2.5濃度為0的環(huán)境中光敏器件檢測到的電壓值不同，所以通過對該電壓值進(jìn)行試驗(yàn)矯正能夠提高PM2.5濃度的檢測精度。具體方式是：

在PM2.5濃度為0的無塵環(huán)境中，對傳感器進(jìn)行測試，檢測其輸出電壓V0，由于輸出電壓本身與PM2.5濃度基本成線性關(guān)系，表示為V＝a·P+b，P代表PM2.5濃度，a表示PM2.5顆粒物對紅外光強(qiáng)在特定角度的散射比例系數(shù)，b則表示PM2.5濃度為0時(shí)的電壓輸出即V0，修正輸出電壓V，從而得到更為準(zhǔn)確的PM2.5濃度P＝(V–V0)/a。

通過裝在風(fēng)道中的溫度傳感器3可以檢測進(jìn)風(fēng)溫度，一方面溫度信號可以用于自動(dòng)空調(diào)的控制參數(shù)，另一方面可以用于PM2.5傳感器對溫度的補(bǔ)償?？紤]到溫度對紅外LED燈及光敏器件輸入輸出特性的影響，大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，溫度與紅外LED燈及光敏器件輸入輸出特性的關(guān)系可表示為 V0-T＝V0-25°-c·T，其中V0-25°表示25°時(shí)傳感器輸出的無塵電壓， V0-T表示溫度為T時(shí)的無塵電壓，c表示溫度對無塵電壓的影響系數(shù)，T 表示進(jìn)風(fēng)溫度，這里溫度傳感器就起到了它的另一個(gè)作用，通過檢測到傳感器的進(jìn)風(fēng)溫度，對該溫度下的無塵電壓進(jìn)行修正，從而進(jìn)一步提高PM2.5 濃度測量精度。

對于PM2.5傳感器的輸出信號，由于空氣中PM2.5顆粒物的分布并不均勻，在流經(jīng)傳感器檢測通道的過程中，輸出信號總是在不斷變化過程中，若以此反應(yīng)給用戶，可能造成用戶困擾。針對此問題，若提高傳感器采樣頻率，則其輸出信號變化越快，若降低采樣頻率，傳感器的輸出信號可能偏離真實(shí)值，為了解決這一矛盾，在傳感器信號輸出前，對所檢測到的PM2.5 濃度值信號進(jìn)行濾波，從而得到穩(wěn)定的信號輸出，同時(shí)保證較為真實(shí)的反應(yīng)PM2.5的濃度情況，這里所采用的濾波方法是移動(dòng)平滑濾波，算法簡單可以在最簡單的單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)，同時(shí)能得到較為穩(wěn)定的輸出信號，當(dāng)移動(dòng)濾波窗口選擇為10時(shí)得到的信號輸出與原始信號對比，可以看出濾波后信號波動(dòng)明顯減小，達(dá)到不錯(cuò)的效果。

以上已對本實(shí)用新型創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本實(shí)用新型創(chuàng)造并不限于所述的實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型創(chuàng)造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。