[发明专利]PM2.5检测装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测装置及制造方法，尤其是一种PM2.5检测装置及其制造方法，具体地说是一种基于光学探测技术的PM2.5检测装置及其制造方法，属于MEMS和环境科学的技术领域。

背景技术

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，也称可入肺颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有着重要的影响。PM2.5粒径小，含有大量有毒、有害物质且在大气中停留时间长、输送距离远，因此对人体健康和大气环境质量的影响很大。

气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10μm以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面，粒径在2.5-10μm之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，此外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小。而粒径在2.5μm以下的细颗粒物，不易被阻挡，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

人体的生理结构决定了人体对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐渐暴露出其恐怖的一面。每个人平均每天要吸入约1万升的空气，进入肺泡的微尘会被迅速吸收、不经过肝脏解毒而直接进入血液循环分布到全身各处，进而损害血红蛋白输送氧的能力，造成血液丧失，对贫血和血液循环障碍的病人来说，这种情况可能会产生非常严重的后果，例如可能加重呼吸系统疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠状动脉等心脏疾病。这些颗粒还将通过支气管和肺泡进入血液，其中含有的有害气体、重金属等会溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。

为了使民众能精确地感知本地空气质量，以减少其在污染天气的外出活动或提醒其采取相应的保护措施，对PM2.5进行方便、快捷、实时的检测就成为了一项具有重大意义的工作。

目前，各国环保部门广泛采用的PM2.5检测分析方法主要分两类：手工分析和自动分析。手工分析主要采用重量法，而自动分析主要包括β射线法、微量振荡天平法。我国目前对PM2.5的测定主要采用重量法，其原理主要是抽取空气通过采样器，使环境空气中的PM2.5被截留在已知质量滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积计算出PM2.5的浓度。β射线法则是利用β射线衰减的原理，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，β射线能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。

可以看到，PM2.5的检测过程主要分为两部分：收集与分析。而上述三种方法的收集过程都依赖于PM2.5切割器、采样器以及滤膜，但是现有的设备普遍具有体积大、功耗大、价格高、不便携等缺点，且对不同粒径颗粒的过滤效果完全靠滤膜的孔隙尺寸决定。鉴于此，如何能够方便、快捷、便宜、高效地检测PM2.5就成为了一项具有重要意义的工作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种PM2.5检测装置及其制备方法，其结构紧凑合理，与常规MEMS工艺相兼容，工艺操作简单方便，可提高PM2.5检测的精度及有效性，小型化的结构使其具有便携性和实时检测的特点，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述PM2.5检测装置，包括用于将所需定量空气中大于2.5μm的颗粒过滤去除的颗粒分离机构以及用于对所述定量空气中PM2.5含量实施检测的PM2.5检测机构，所述颗粒分离机构的出口端与PM2.5检测机构的入口端连接，所述PM2.5检测机构包括检测腔体，所述检测腔体的外侧设置检测光源及光探测器，检测光源发出的光线通过检测腔体上的光入射窗口进入检测腔体内，光探测器通过检测腔体上的光出射窗口接收检测腔体内经PM2.5颗粒吸收、散射后的出射光线，所述光探测器根据出射光线的强度确定并输出PM2.5的浓度值。

所述检测光源包括红外光源、紫外光源和激光光源，光探测器包括红外探测器、紫外探测器和激光探测器。