TWM562342U - 致動傳感模組 - Google Patents

Abstract

一種致動傳感模組，包含：主體，內部由隔板區隔出第一隔室及第二隔室，以及設有進氣口，連通第一隔室，設有出氣口，連通第二隔室，而隔板具有連通口，以連通第一隔室及第二隔室，使主體的內部由進氣口、第一隔室、連通口、第二隔室及出氣口構成氣體通道；致動器，封閉設置於第二隔室及隔板之間，以控制導送氣體，由進氣口快速導入第一隔室，並透過連通口連通而導送於第二隔室中，再由出氣口排出，構成該氣體通道之單一方向氣體快速導送；以及氣體感測器，設置於第一隔室中，並與致動器保持相互隔離，並對流通於表面之氣體進行監測。

Description

致動傳感模組

本案關於一種致動傳感模組，尤指一種組配於薄型可攜式裝置應用進行氣體監測的致動傳感模組。

現代人對於生活周遭的氣體品質的要求愈來愈重視，例如一氧化碳、二氧化碳、揮發性有機物(Volatile Organic Compound，VOC)、PM2.5、一氧化氮、一氧化硫等等氣體，環境中這些氣體暴露會影響人體健康，嚴重的甚至危害到生命。因此環境氣體品質好壞紛紛引起各國重視，為目前急需要去重視的課題。

如何確認氣體品質的好壞，利用一種氣體感測器來監測周圍環境氣體是可行的，若又能即時提供監測資訊，警示處在環境中的人，能夠即時預防或逃離，避免遭受環境中的氣體暴露造成人體健康影響及傷害，利用氣體感測器來監測周圍環境可說是非常好的應用。

目前的氣體感測器感測監測氣體是依據環境氣流而導送到氣體感測器表面做反應監測，若無致動器來導引氣體，增加氣體流速時，氣體移動至氣體感測器的時間過長，感測效率不彰；然而若加設致動器組成一致動傳感模組，又會因為致動器作動時，因其高速及持續的振動，因而產生熱能，這熱能將會不斷的傳遞至氣體感測器周邊，如此熱能進而導致氣體感測器周遭的待測氣體與致動傳感模組感測的外圍氣體有所差異，影響氣體感測器的監測結果。此外，當致動傳感模組應用於一裝置(如可攜式電子裝置)上結合後，裝置內電子元件(如電路板、處理器等)運作後，導致產生裝置內一些氣體汙染、熱源等干擾物質，這些干擾物質導入致動傳感模組內與待測氣體混合皆會影響到氣體感測器之監測品質，無法測量到致動傳感模組的外圍待測氣體特性與成份，造成測量結果產生誤差。

有鑑於此，要如何提升感測效率的同時，又要達到致動傳感模組真正監測到所需待測氣體，降低其他外在因素對於氣體感測器所造成的影響，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的係提供一種致動傳感模組，可組配於薄型可攜式裝置應用進行氣體監測，致動傳感模組包含一主體、一致動器及一氣體感測器，致動器之設置不僅加快氣體導送到氣體感測器之表面進行監測，提升氣體感測器感測效率，且主體具備有單向開口監測腔室，以提供一單向氣體導入導出之監測，共振片再透過致動器致動導送氣體，達到致動傳感模組真正導入薄型可攜式裝置外氣體進行監測，這致動傳感模組內所需監測氣體特性等同於薄型可攜式裝置外的氣體特性。

本案之一廣義實施態樣為一種致動傳感模組，包含：一主體，內部由一隔板區隔出一第一隔室及一第二隔室，以及設有一進氣口，連通該第一隔室，設有一出氣口，連通該第二隔室，而該隔板具有一連通口，以連通該第一隔室及該第二隔室，使該主體的內部由該進氣口、該第一隔室、該連通口、該第二隔室及該出氣口構成一氣體通道；一致動器，封閉設置於該第二隔室及該隔板之間，以致動導送氣體，由該進氣口快速導入該第一隔室，並透過該連通口連通而導送於該第二隔室中，再由該出氣口排出，構成該氣體通道之單一方向氣體快速導送；以及一氣體感測器，設置於該第一隔室中，並與該致動器保持相互隔離，並對流通於表面之氣體進行監測。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

本案提供一種致動傳感模組，請同時參閱第1圖至第3圖，致動傳感模組包含一主體1、一致動器2、一氣體感測器3，主體1包含有一第一本體11a、一第二本體11b及一隔板11c，第一本體11a與第二本體11b相互對接，而隔板11c設置於第一本體11a與第二本體11b之間結合形成主體1，使主體1的第一本體11a與第二本體11b的內部空間藉由隔板11c定義出一第一隔室11d與第二隔室11e，又本體11a具有一進氣口11f及一出氣口11g，而進氣口11f設置於第一本體11a、隔板11c之間連通第一隔室11d，出氣口11g設置於第二本體11b、隔板11c之間連通第二隔室11e，此外，隔板11c具有一連通口11h，以連通第一隔室11d與第二隔室11e，使得主體1的內部由進氣口11f、第一隔室11d、連通口11h、第二隔室11e、出氣口11g構成一單向導送導出氣體之氣體通道(如第1圖箭頭所指方向之路徑)。

致動器2封閉設置於第二本體11b與隔板11c之間，於本實施例中，致動器2位於第二隔室11e，其一端固設於第二主體11b，另一端固設於隔板11c，已封閉第一隔室11e，透過致動器2的致動導送氣體之運作，得以使第二隔室11e內形成負壓，讓氣體由進氣口11f導入氣體至第一隔室11d中，再通過連通口11h進入第二隔室11e中，再透過致動器2的致動導送氣體之運作，推送第二隔室11e內導入氣體由出氣口11g排出，構成氣體通道之單一方向氣體導送。

氣體感測器3設置於第一隔室11d中，並且與致動器2保持相互隔離，氣體感測器3將對於流通於其表面之氣體進行監測。上述之隔板11c讓氣體感測器3與致動器2保持相互隔離，因此當致動器2的致動導送氣體之運作時，因其高速及持續的振動會產生熱源，隔板11c就能抑制這些熱源去影響氣體感測器3之監測。

上述之氣體感測器3可包含一氧氣感測器、一一氧化碳感測器、一二氧化碳感測器、一溫度感測器、一臭氧感測器及一揮發性有機物感測器之至少其中之一或其組合而成之群組；或，上述之氣體感測器可為監測細菌、病毒及微生物之至少其中之一或其任意組合而成之群組之氣體感測器。

請繼續參閱第1圖，致動傳感模組的第一本體11a具有一第一連接穿孔11i，以供一電性軟板5穿伸入連接氣體感測器3，並連接後封膠封閉第一連接穿孔11i，避免氣體導入第一隔室11d，而第二本體11b具有一第二連接穿孔11j，以供電性軟板5穿伸入連接致動器2，並連接後封膠封閉第二連接穿孔11j，避免氣體導入第二隔室11e。藉此，致動傳感模組構成為一單向開口監測腔室，且能單一方向氣體導送監測。

再請參閱第2圖及第3圖所示，上述致動傳感模可應用組配於一薄型可攜裝置10內，薄型可攜裝置10具有一通氣入口10a及一通氣出口10b，而致動傳感模組配於薄型可攜裝置10內，其進氣口11f對應到通氣入口10a，出氣口11g對應到通氣出口10b，如此薄型可攜裝置10外氣體可被導入薄型可攜裝置10進行監測，透過致動器2的致動運作將氣體由第一隔室11d經第二隔室11e導送至薄型可攜裝置10之外，得以使第一隔室11d內形成負壓，讓氣體由進氣口11f導入至第一隔室11d中，再通過連通口11h進入第二隔室11e中，再透過致動器2的致動推送第二隔室11e內導入氣體由出氣口11g排出，構成一單向氣體導送監測，本案致動傳感模組不僅能隔絕其他干擾因素(內部致動器熱源、薄型可攜裝置10內所產生一些氣體汙染、熱源等干擾物質)對於氣體感測器3所造成的影響，再透過致動器2之設置，以提供一單向氣體導入導出，且加快氣體導送到氣體感測器3之表面進行監測，提升氣體感測器3感測效率，並能達到致動傳感模組真正導入薄型可攜裝置10外氣體進行監測，這致動傳感模組內所需監測氣體特性等同於薄型可攜裝置10外的氣體特性。

氣體了解上述之致動傳感模組之特點說明，以下就致動器之結構及作動方式作一說明:

請參閱第4A圖至第5A圖，上述之致動器2為一氣體泵浦，包含有依序堆疊的一進氣板21、一共振片22、一壓電致動器23、一絕緣片24、一導電片25；進氣板21具有至少一進氣孔21a、至少一匯流排孔21b及一匯流腔室21c，上述之進氣孔21a與匯流排孔21b其數量相同，於本實施例中，進氣孔21a與匯流排孔21b以數量4個作舉例說明，並不以此為限；4個進氣孔21a分別貫通4個匯流排孔21b，且4個匯流排孔21b匯流到匯流腔室21c。

上述之共振片22，可透過貼合方式組接於進氣板21上，且共振片22上具有一中空孔22a、一可動部22b及一固定部22c，中空孔22a位於共振片22的中心處，並與進氣板21的匯流腔室21c對應，而設置於中空孔22a的周圍且與匯流腔室21c相對的區域為可動部22b，而設置於共振片22的外周緣部分而貼固於進氣板21上則為固定部22c。

上述之壓電致動器23，包含有一懸浮板23a、一外框23b、至少一支架23c、一壓電元件23d、至少一間隙23e及一凸部23f；其中，懸浮板23a為一正方型懸浮板，具有第一表面231a及相對第一表面231a的一第二表面232a，外框23b環繞設置於懸浮板23a的周緣，且外框23b具有一組配表面231b及一下表面232b，並透過至少一支架23c連接於懸浮板23a與外框23b之間，以提供彈性支撐懸浮板23a的支撐力，其中，間隙23e為懸浮板23a、外框23b與支架23c之間的空隙，用以供氣體通過。

此外，懸浮板23a的第一表面231a具有凸部23f，凸部23f於本實施例中係將凸部23f的周緣且鄰接於支架23c的連接處透過蝕刻製程，使其下凹，來使懸浮板23a的凸部23f高於第一表面231a來形成階梯狀結構。

又如第5A圖所示，本實施例之懸浮板23a採以沖壓成形，使其向下凹陷，其下陷距離可由至少一支架23c成形於懸浮板23a與外框23b之間所調整，使在懸浮板23a上的凸部23f的凸部表面231f與外框23b的組配表面231b兩者形成非共平面，亦即凸部23f的凸部表面231f將低於外框23b的組配表面231b，且懸浮板23a的第二表面232a低於外框23b的下表面232b，又壓電元件23d貼附於懸浮板23a的第二表面232a，與凸部23f相對設置，壓電元件23d被施加驅動電壓後，由於壓電效應而產生形變，進而帶動懸浮板23a彎曲振動；利用於外框23b的組配表面231b上塗佈少量黏合劑，以熱壓方式使壓電致動器23貼合於共振片22的固定部22c，進而使得壓電致動器23得以與共振片22組配結合。

此外，絕緣片24及導電片25皆為框型的薄型片體，依序堆疊於壓電致動器23下。於本實施例中，絕緣片24貼附於壓電致動器23之外框23b的下表面232b。

請繼續參閱第5A圖，致動器2的進氣板21、共振片22、壓電致動器23、絕緣片24、導電片25依序堆疊結合後，其中懸浮板23a之第一表面231a與共振片22之間形成一腔室間距g，腔室間距g將會影響致動器2的傳輸效果，故維持一固定的腔室間距g對於致動器2提供穩定的傳輸效率是十分重要。本案之致動器2係對懸浮板23a使用沖壓方式，使其向下凹陷，讓懸浮板23a的第一表面231a與外框23b的組配表面231b兩者為非共平面，亦即懸浮板23a的第一表面231a將低於外框23b的組配表面231b，且懸浮板23a的第二表面232a低於外框23b的下表面232b，使得壓電致動器23之懸浮板23a凹陷形成一空間得與共振片22構成一可調整之腔室間距g，直接透過將上述壓電致動器23之懸浮板23a採以成形凹陷構成一腔室空間26的結構改良，如此一來，所需的腔室間距g得以透過調整壓電致動器23之懸浮板23a成形凹陷距離來完成，有效地簡化了調整腔室間距g的結構設計，同時也達成簡化製程，縮短製程時間等優點。

第5B圖至第5D圖為第5A圖所示之致動器2的作動示意圖，請先參閱第5B圖，壓電致動器23的壓電元件23d被施加驅動電壓後產生形變帶動懸浮板23a向下位移，此時腔室空間26的容積提升，於腔室空間26內形成了負壓，便汲取匯流腔室21c內的氣體進入腔室空間26內，同時共振片22受到共振原理的影響被同步向下位移，連帶增加了匯流腔室21c的容積，且因匯流腔室21c內的氣體進入腔室空間26的關係，造成匯流腔室21c內同樣為負壓狀態，進而通過匯流排孔21b、進氣口21a來吸取氣體進入匯流腔室21c內；請再參閱第5C圖，壓電元件23d帶動懸浮板23c向上位移，壓縮腔室空間26，迫使腔室空間26內的氣體通過間隙23e向下傳輸，來達到傳輸氣體的效果，同一時間，共振片22同樣因懸浮板23a向上位移產生共振而向上位移，抑制進氣口21a之氣體再往匯流腔室21c內移動；最後請參閱第5D圖，當懸浮板23c再向下帶動時，共振片22也同時因共振帶動而向下位移，此時的共振片22將壓縮腔室空間26內的氣體向間隙23e移動，並且提升匯流腔室21c內的容積，讓氣體能夠持續地通過進氣口21a、匯流排孔21b來匯聚於匯流腔室21c內，透過不斷地重複上述步驟，使致動器2能夠連續將氣體自進氣口21a進入，再由間隙23e向下傳輸，達成傳輸氣體至氣體感測器3的功效，以加快導送氣體流動至氣體感測器3之表面感測，提升氣體感測器3感測效率。

上述致動器2為一氣體泵浦，當然本案之致動器3也可透過微機電製程的方式所製出的微機電系統氣體泵浦，其中，進氣板21、共振片22、壓電致動器23、絕緣片24、導電片25皆可透過面型微加工技術製成，以縮小致動器2的體積。

又請參閱第6圖，致動傳感模組的另一實施例，致動傳感模組可更進一步包含有至少一閥4，於本實施例中，閥4的數量為2個，分別設置於進氣口11f及出氣口11g，且利用閥4開啟及關閉進氣口11f及出氣口11g，特別是偵測揮發性有機物時，由於揮發性有機物的沸點較低，容易受外在環境因素影響，所以在偵測揮發性有機物時，利用閥4關閉進氣口11f與出氣口11g，再經由第一本體11a、第二本體11b隔離外在因素對於致動傳感模組內部的影響，且隔板11c也能阻隔致動器2所產生熱源對於氣體感測器3之干擾，使得氣體感測器3不受到環境因素的影響，真正偵測致動傳感模組內部中氣體所具有的揮發性有機物的含量。

上述之閥4實施結構，可請參閱第7A圖及第7B圖來說明，閥4為包含一保持件41、一密封件42以及一位移件43。位移件43設置於保持件41及密封件42之間並於兩者間位移，保持件41上分別具有複數個通孔411，而位移件43對應保持件41上通孔411位置也設通孔431，保持件41的通孔411及位移件43的通孔431，其位置相互對準，以及密封件42上設有複數個通孔421，且密封件42之通孔421與保持件41之通孔411之位置形成錯位而不對準。閥4之保持件41、密封件42以及位移件43透過電性軟板5連接一處理器(未圖示)來控制，以控制位移件43朝保持件41靠近，構成閥4之開啟。

上述之閥4之位移件43可為一帶電荷之材料，保持件41為一兩極性之導電材料，保持件41電性連接電性軟板5之處理器，用以控制保持件41之極性(正電極性或負電極性)。若位移件43為一帶負電荷之材料，當閥4須受控開啟時，控制保持件41形成一正電極，此時位移件43與保持件41維持不同極性，如此會使位移件43朝保持件41靠近，構成閥4之開啟(如第7B圖所示)。反之，若位移件43為一帶負電荷之材料，當閥4須受控關閉時，控制保持件41形成一負電極，此時位移件43與保持件41維持相同極性，使位移件43朝密封件42靠近，構成閥4之關閉(如第7A圖所示)。

上述之閥4之位移件43也可為一帶磁性之材料，而保持件41為一可受控變換極性之磁性材料。保持件41電性連接電性軟板5之處理器，用以控制保持件41之極性(正極或負極)。若位移件43為一帶負極之磁性材料，當閥4須受控開啟時，保持件41形成一正極之磁性，此時控制位移件43與保持件41維持不同極性，使位移件43朝保持件41靠近，構成閥4開啟(如第7B圖所示)。反之，若位移件43為一帶負極之磁性材料，當閥4須受控關閉時，控制保持件41形成一負極之磁性，此時控制位移件43與保持件41維持相同極性，使位移件43朝密封件42靠近，構成閥4之關閉(如第7A圖所示)。

綜上所述，本案所提供之致動傳感模組，可組配於薄型可攜式裝置應用進行氣體監測，致動傳感模組包含一主體、一致動器及一氣體感測器，致動器之設置不僅加快氣體導送到氣體感測器之表面進行監測，提升氣體感測器感測效率，且主體具備有單向開口監測腔室，以提供一單向氣體導入導出之監測，共振片再透過致動器致動導送氣體，達到致動傳感模組真正導入薄型可攜式裝置外氣體進行監測，致動傳感模組內所需監測氣體特性等同於薄型可攜式裝置外的氣體特性，極具產業利用性及進步性。

1‧‧‧主體
10a‧‧‧通氣入口
10b‧‧‧通氣出口
11a‧‧‧第一本體
11b‧‧‧第二本體
11c‧‧‧隔板
11d‧‧‧第一隔室
11e‧‧‧第二隔室
11f‧‧‧進氣口
11g‧‧‧出氣口
11h‧‧‧流通口
11i‧‧‧第一連接穿孔
11j‧‧‧第二連接穿孔
2‧‧‧致動器
21‧‧‧進氣板
21a‧‧‧進氣孔
21b‧‧‧匯流排孔
21c‧‧‧匯流腔室
22‧‧‧共振片
22a‧‧‧中空孔
22b‧‧‧可動部
22c‧‧‧固定部
23‧‧‧壓電致動器
23a‧‧‧懸浮板
231a‧‧‧第一表面
232a‧‧‧第二表面
23b‧‧‧外框
231b‧‧‧組配表面
232b‧‧‧下表面
23c‧‧‧支架
23d‧‧‧壓電元件
23e‧‧‧間隙
23f‧‧‧凸部
231f‧‧‧凸部表面
24‧‧‧絕緣片
25‧‧‧導電片
26‧‧‧腔室空間
3‧‧‧氣體感測器
4‧‧‧閥
5‧‧‧電性軟板
g‧‧‧腔室間距

第1圖為本案之致動傳感模組的剖面示意圖。 第2圖為本案之致動傳感模組應用於薄型可攜式裝置一實施例外觀示意圖。 第3圖為第2圖之致動傳感模組應用於薄型可攜式裝置一實施例的剖面示意圖。 第4A圖為本案致動傳感模組之致動器的分解示意圖。 第4B圖為本案致動傳感模組之致動器其另一角度的分解示意圖。 第5A圖為本案致動傳感模組之致動器的剖面示意圖。 第5B圖至第5D圖為本案致動傳感模組之致動器的作動示意圖。 第6圖為本案之致動傳感模組應用於薄型可攜式裝置的另一實施例之示意圖。 第7A圖為第6圖中閥之剖面示意圖。 第7B圖為第7A圖所示之閥作動示意圖。

Claims (13)

1. 一種致動傳感模組，包含： 一主體，內部由一隔板區隔出一第一隔室及一第二隔室，以及設有一進氣口，連通該第一隔室，設有一出氣口，連通該第二隔室，而該隔板具有一連通口，以連通該第一隔室及該第二隔室，使該主體的內部由該進氣口、該第一隔室、該連通口、該第二隔室及該出氣口構成一氣體通道； 一致動器，封閉設置於該第二隔室及該隔板之間，以致動導送氣體，由該進氣口快速導入該第一隔室，並透過該連通口連通而導送於該第二隔室中，再由該出氣口排出，構成該氣體通道之單一方向氣體快速導送；以及 一氣體感測器，設置於該第一隔室中，並與該致動器保持相互隔離，並對流通於表面之氣體進行監測。
2. 如申請專利範圍第1項所述之致動傳感模組，其中該氣體感測器包含一氧氣感測器、一一氧化碳感測器及一二氧化碳感測器之至少其中之一或其任意組合而成之群組之氣體感測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之致動傳感模組，其中該氣體感測器包含一揮發性有機物氣體感測器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之致動傳感模組，其中該氣體感測器包含監測細菌、病毒及微生物之至少其中之一或其任意組合而成之群組之氣體感測器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之致動傳感模組，其中該致動器為一微機電系統氣體泵浦。
6. 如申請專利範圍第1項所述之致動傳感模組，其中該致動器為一氣體泵浦，其包含： 一進氣板，具有至少一進氣孔、至少一匯流排孔以及一匯流腔室，其中該至少一進氣孔供導入氣流，該匯流排孔對應該進氣孔，且引導該進氣孔之氣流匯流至該匯流腔室； 一共振片，具有一中空孔對應該匯流腔室，且該中空孔之周圍為一可動部；以及 一壓電致動器，與該共振片相對應設置； 其中，該進氣板、該共振片及該壓電致動器依序對應堆疊設置，該共振片與該壓電致動器之間具有一間隙形成一腔室，以使該壓電致動器受驅動時，使氣流由該進氣板之該至少一進氣孔導入，經該至少一匯流排孔匯集至該匯流腔室，再流經該共振片之該中空孔，以進入該腔室內，由該壓電致動器與該共振片之可動部產生共振傳輸氣流。
7. 如申請專利範圍第6項所述之致動傳感模組，其中該壓電致動器包含： 一懸浮板，具有一第一表面及一第二表面，且可彎曲振動； 一外框，環繞設置於該懸浮板之外側； 至少一支架，連接於該懸浮板與該外框之間，以提供彈性支撐；以及 一壓電元件，具有一邊長，該邊長係小於或等於該懸浮板之一邊長，且該壓電元件係貼附於該懸浮板之一第一表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動。
8. 如申請專利範圍第7項所述之致動傳感模組，其中該懸浮板為一正方形懸浮板，並具有一凸部。
9. 如申請專利範圍第6項所述之致動傳感模組，其中該致動器包括一導電片 以及一絕緣片，其中該進氣板、該共振片、該壓電致動器、該導電片、該絕緣片及依序堆疊設置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之致動傳感模組，其中該主體包括一第一本體及一第二本體，其中該第一本體及該第二本體相互對接，且該隔板設置於該第一本體、該第二本體之間，以使該第一本體、該隔板之間構成該第一隔室，該第二本體、該隔板之間構成第二隔室，而該進氣口設置於該第一本體、該隔板之間連通該第一隔室，該出氣口設置於該第二本體、該隔板之間連通該第二隔室。
11. 如申請專利範圍第10項所述之致動傳感模組，其中該第一本體具有一第一連接穿孔，以供電性軟板穿伸入連接該氣體感測器，並連接後封膠封閉該第一連接穿孔，避免該氣體由該第一連接穿孔導入該第一隔室。
12. 如申請專利範圍第10項所述之致動傳感模組，其中該第二本體具有一第二連接穿孔，以供電性軟板穿伸入連接該致動器，並連接後封膠封閉該第二連接穿孔，避免該氣體該第二連接穿孔導入該第二隔室。
13. 如申請專利範圍第1項所述之致動傳感模組，其中該進氣口及該出氣口分別設有一閥，該閥包含一保持件、一密封件及一位移件，其中該位移件設置於該保持件及該密封件之間，以及該保持件、該密封件及該位移件上分別具有複數個通孔，而該保持件及該位移件上複數個通孔位置係相互對準，且該密封件與該保持件之複數個通孔位置為相互錯位不對準，其中該位移件透過電性軟板連接一處理器來控制，以控制位移件朝該保持件靠近，構成該閥之開啟。