[發(fā)明專利]傳感器系統(tǒng)和感測方法

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• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN106796207A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 柯銳;C·R·榮達
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 鄭立柱,潘聰

技術領域

本發(fā)明涉及流體中的物質的感測(例如，測量空氣中的污染物濃度)并且涉及一種用于感測流體中的物質的方法。

背景技術

空氣顆粒污染(尤其是顆粒物質尺寸小于2.5μm直徑范圍(被稱為“PM2.5”))對于消費者而言是個重大問題，尤其是在諸如中國之類的快速工業(yè)化的國家中。

作為增加消費者賦權的結果，對關于生活空間的空氣質量的信息的需求正在增加。在諸如中國之類的國家中，過度的PM2.5污染已經成為過去十年的常見問題。這個問題也通過在中國各個城市中的連續(xù)測量值得到驗證。數(shù)據(jù)是公眾可用的，并且可以由移動電話應用或通過web同時監(jiān)測。

該數(shù)據(jù)的可用性以及國家和國際媒體的持續(xù)關注使消費者對這個問題的認識更加強烈。

官方室外空氣質量標準將顆粒物質濃度定義為每單位體積的質量濃度(例如，μg/m³)。中國大陸的平均PM2.5污染濃度是基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)計算的，并且已經發(fā)現(xiàn)，該國大部分地區(qū)超過世界衛(wèi)生組織的10μg/m³的限值，其中一些地區(qū)達到甚至超過PM2.5濃度100μg/m³。

標準參考測量方法基于例如使用石英晶體微量天平、錐形諧振器、沖擊器、或稱重過濾器和濾網來測量每空氣取樣體積的沉積或捕獲的顆粒的質量。除了(或代替)測量顆粒濃度之外，還期望檢測空氣內的特定化學物質。

然而，已知的系統(tǒng)通常需要用于處理測量的手動部分(例如，稱重過濾器和濾網)的專業(yè)操作指南和/或用于清潔累積的質量、維持各種系統(tǒng)部件和校準的定期維護。

已經認識到，需要更低的成本并且更簡單地使用感測技術，以使不需要復雜和昂貴的科學儀器。

通常，例如可以應用于消費者使用的空氣凈化器中的低成本傳感器的靈敏度和可靠性的性能與昂貴得多的專業(yè)范圍傳感器相比較而言會降低。許多低成本傳感器僅響應于比期望的更高的污染物濃度。也可能是它們的響應在低濃度區(qū)域中不是線性的。

對于許多傳感器，操作原理產生對目標化合物以外的其它化合物的響應，從而當目標化合物和干擾化合物同時存在時導致不正確的讀數(shù)。

以電化學甲醛傳感器為示例，像醇和洗滌劑之類的化合物可以極大地影響輸出，并且這些其它化合物通常在真實的家庭條件下看到。傳感器污染是大多數(shù)現(xiàn)實生活中的另一個挑戰(zhàn)。在暴露于臟的環(huán)境一段時間后，傳感器趨于被像油性顆?；蚨拘詺怏w之類的物質污染，從而導致輸出衰減。環(huán)境的溫度改變也常常引起傳感器響應的偏移。錯誤的讀數(shù)幾乎是不可避免的，并且如果沒有執(zhí)行校準(重新校準)，則傳感器是不可靠的。

已知使用傳感器上游的預過濾器，以保護傳感器免受污染和干擾氣體的影響。

WO 2013/133872公開了使用蜂窩過濾器來篩選導致室內甲醛氣體或其它目標氣體的錯誤讀數(shù)的干擾化合物。這在干擾物質濃度非常低的情況下是有效的。然而，對于在空氣凈化器或其它器具中使用的傳感器，在日常生活(例如，在聚會期間或在烹飪期間)中經常排放的像洗滌劑、醇和油性氣霧劑之類的高濃度干擾和/或毒性物質可以使預過濾器快速和再次使得傳感器不可靠。

因此，例如在空氣凈化器中使用的常規(guī)感測系統(tǒng)使用一個傳感器，并且在傳感器運行一段時間之后變得不可靠。通過使用預過濾可以部分地緩解該問題，但是這種對策的功效仍然受到限制。由于預過濾器必須在單傳感器系統(tǒng)中繼續(xù)與傳感器一起工作，所以特別是當污染物濃度高時，其有用的操作壽命很快達到。這種情況也不容易被檢測到。

對于協(xié)作感測系統(tǒng)，已知使用不同類型的傳感器來進行互校準。例如，US 5 394 934公開了使用VOC(揮發(fā)性有機化合物)傳感器和CO2傳感器，并且使用一個傳感器來修改來自另一個傳感器的讀數(shù)。

因為不同傳感器對干擾物質的響應不相同，在執(zhí)行互校準時可能會導致不正確的基線校準。這意味著系統(tǒng)穩(wěn)定性可能惡化。

EP0764331A1公開了一種通過具有測量傳感器和校準傳感器來重新校準濕度傳感器的方法。在該系統(tǒng)中，傳感器直接暴露于進入的空氣，并且濕度傳感器例如不需要在感測之前過濾。

EP2762877A1公開了一種用于通過在檢測到兩個傳感器彼此接近時比較來自兩個傳感器的讀數(shù)來校準化學傳感器的系統(tǒng)。然而，該公開不涉及在將化學傳感器暴露于其之前處理空氣，其可能導致更短的傳感器壽命和/或干擾。

發(fā)明內容

減輕已知系統(tǒng)的至少一些缺點的本發(fā)明由權利要求限定。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種用于感測流體中的物質的傳感器系統(tǒng)，包括：

第一傳感器，用于感測流體中的物質；