[發明專利]光學顆粒傳感器和感測方法

有效

• 申請號: 201680034065.5
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN107735667B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: M·J·瓊格瑞斯;G·庫伊杰曼;K·卡拉卡亞;O·奧宇維爾特杰斯
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N15/06;G01N15/14
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱;李春輝

光學顆粒傳感器至少具有施加于光學傳感器(16)或傳感器信號的第一和第二閾限設置，以獲得第一和第二光學傳感器讀數。對它們進行處理(24)以確定取決于污染事件類型的參數。該參數用于根據第一和第二光學傳感器讀數中的至少一個來確定低于第一顆粒尺寸的所有顆粒的質量。以這種方式，即使光學傳感器不可以響應最小的顆粒，也可以評估低于期望尺寸的所有顆粒的質量。

技術領域

本發明涉及光學顆粒傳感器和感測方法。

背景技術

顆粒傳感器是例如用于測量空氣中的污染水平。

低成本的系統是可用的，基于測量在顆粒處散射的光，顆粒與空氣流一起通過傳感器中的檢測體積。這種空氣流例如由風扇或加熱器驅動。每個顆粒由連續的光源照射，并且產生光脈沖，該光脈沖具有由顆粒通過檢測體積的通行時間確定的持續時間。

這些脈沖在電子系統中被放大、濾波并且計數。除了指示顆粒濃度水平之外，這樣的檢測器可以用于驅動空氣凈化器設備的操作。

光學顆粒傳感器通常將顆粒計數作為傳感器輸出而給出，并且然后將這些數轉換成質量濃度。然而，這種轉換通常偏離現實，因為不同類型的氣溶膠具有不同的密度。這是所有光學顆粒傳感器的通有問題。

此外，低成本的光學傳感器通常僅對高于某個顆粒尺寸(例如700nm)的顆粒敏感。然而，所謂的PM2.5標準需要提供低于尺寸2.5μm的所有顆粒的質量。實際上，低于700nm的顆粒確實對這個質量有貢獻，但是它們不被傳感器檢測到。因此，由檢測器計數的顆粒數量轉換為總顆粒質量將受到這些小顆粒對于總體PM2.5水平的相對貢獻的影響。這個貢獻取決于空氣中顆粒尺寸的分布，空氣中顆粒尺寸的分布轉而取決于污染事件的類型。

發明內容

因此，需要一種顆粒傳感器，其可以使用低成本光學傳感器，但是其可以遞送低于特定顆粒尺寸(例如2.5μm)的總顆粒質量的準確讀數。本發明由獨立權利要求限定。從屬權利要求限定有利的實施例。

根據依據本發明的一方面的示例，提供了一種光學顆粒傳感器，其包括：

光學傳感器，光學傳感器生成傳感器信號，其中傳感器信號或傳感器信號的分析可通過施加閾限設置來控制，其中閾限設置決定由傳感器信號捕獲的顆粒尺寸檢測范圍；

控制器，適于：

至少施加不同的第一和第二閾限設置，并且接收對應的第一和第二光學傳感器讀數；

處理第一和第二光學傳感器讀數，以據此確定取決于污染事件的類型的參數；以及

使用該參數以根據第一和第二光學傳感器讀數中的至少一個，來確定低于第一顆粒尺寸的所有顆粒的質量。

通過至少在兩個不同的閾限設置下獲得光學傳感器讀數(作為單獨的感測信號，或者作為通過處理單一感測信號而得出的讀數)，獲得響應于至少兩個不同顆粒尺寸范圍的傳感器。然后，不同的光學傳感器讀數可以被處理，以確定由特定參數表征的污染事件的性質。例如，不同的污染事件具有不同的特征顆粒尺寸分布，這導致不同的傳感器信號對。通過示例的方式，污染事件(生成被感知為污染的氣溶膠的各種事件)可以是：在不同溫度下利用不同類型的原料的烹飪、香煙煙霧、城市空氣污染、燃燒的蠟燭等。用于不同類型的污染事件的已知的特征顆粒尺寸分布使得能夠重新縮放或者以其他方式處理光學傳感器讀數中的一個或兩個，使得可以獲得從高達第一顆粒尺寸的所有顆粒的光學傳感器讀數的準確質量轉換。該顆粒范圍包括低于光學傳感器的檢測下限的顆粒，針對這些顆粒不能測量顆粒分布。這可以例如對于PM2.5質量濃度值(諸如μg/m³)進行計算。

通過考慮污染事件的類型，對來自在光學傳感器的測量范圍之外的小顆粒的整體顆粒質量的貢獻，進行更準確的評估是可能的。因此，基于動態(即，隨時間的多水平)校準/校正方案，來確定準確的質量濃度，該方案用于將顆粒計數信息轉換到質量分布信息。