[发明专利]传感器系统和感测方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体中的物质的感测(例如，测量空气中的污染物浓度)并且涉及一种用于感测流体中的物质的方法。

背景技术

空气颗粒污染(尤其是颗粒物质尺寸小于2.5μm直径范围(被称为“PM2.5”))对于消费者而言是个重大问题，尤其是在诸如中国之类的快速工业化的国家中。

作为增加消费者赋权的结果，对关于生活空间的空气质量的信息的需求正在增加。在诸如中国之类的国家中，过度的PM2.5污染已经成为过去十年的常见问题。这个问题也通过在中国各个城市中的连续测量值得到验证。数据是公众可用的，并且可以由移动电话应用或通过web同时监测。

该数据的可用性以及国家和国际媒体的持续关注使消费者对这个问题的认识更加强烈。

官方室外空气质量标准将颗粒物质浓度定义为每单位体积的质量浓度(例如，μg/m³)。中国大陆的平均PM2.5污染浓度是基于卫星数据计算的，并且已经发现，该国大部分地区超过世界卫生组织的10μg/m³的限值，其中一些地区达到甚至超过PM2.5浓度100μg/m³。

标准参考测量方法基于例如使用石英晶体微量天平、锥形谐振器、冲击器、或称重过滤器和滤网来测量每空气取样体积的沉积或捕获的颗粒的质量。除了(或代替)测量颗粒浓度之外，还期望检测空气内的特定化学物质。

然而，已知的系统通常需要用于处理测量的手动部分(例如，称重过滤器和滤网)的专业操作指南和/或用于清洁累积的质量、维持各种系统部件和校准的定期维护。

已经认识到，需要更低的成本并且更简单地使用感测技术，以使不需要复杂和昂贵的科学仪器。

通常，例如可以应用于消费者使用的空气净化器中的低成本传感器的灵敏度和可靠性的性能与昂贵得多的专业范围传感器相比较而言会降低。许多低成本传感器仅响应于比期望的更高的污染物浓度。也可能是它们的响应在低浓度区域中不是线性的。

对于许多传感器，操作原理产生对目标化合物以外的其它化合物的响应，从而当目标化合物和干扰化合物同时存在时导致不正确的读数。

以电化学甲醛传感器为示例，像醇和洗涤剂之类的化合物可以极大地影响输出，并且这些其它化合物通常在真实的家庭条件下看到。传感器污染是大多数现实生活中的另一个挑战。在暴露于脏的环境一段时间后，传感器趋于被像油性颗粒或毒性气体之类的物质污染，从而导致输出衰减。环境的温度改变也常常引起传感器响应的偏移。错误的读数几乎是不可避免的，并且如果没有执行校准(重新校准)，则传感器是不可靠的。

已知使用传感器上游的预过滤器，以保护传感器免受污染和干扰气体的影响。

WO 2013/133872公开了使用蜂窝过滤器来筛选导致室内甲醛气体或其它目标气体的错误读数的干扰化合物。这在干扰物质浓度非常低的情况下是有效的。然而，对于在空气净化器或其它器具中使用的传感器，在日常生活(例如，在聚会期间或在烹饪期间)中经常排放的像洗涤剂、醇和油性气雾剂之类的高浓度干扰和/或毒性物质可以使预过滤器快速和再次使得传感器不可靠。

因此，例如在空气净化器中使用的常规感测系统使用一个传感器，并且在传感器运行一段时间之后变得不可靠。通过使用预过滤可以部分地缓解该问题，但是这种对策的功效仍然受到限制。由于预过滤器必须在单传感器系统中继续与传感器一起工作，所以特别是当污染物浓度高时，其有用的操作寿命很快达到。这种情况也不容易被检测到。

对于协作感测系统，已知使用不同类型的传感器来进行互校准。例如，US 5 394 934公开了使用VOC(挥发性有机化合物)传感器和CO2传感器，并且使用一个传感器来修改来自另一个传感器的读数。

因为不同传感器对干扰物质的响应不相同，在执行互校准时可能会导致不正确的基线校准。这意味着系统稳定性可能恶化。

EP0764331A1公开了一种通过具有测量传感器和校准传感器来重新校准湿度传感器的方法。在该系统中，传感器直接暴露于进入的空气，并且湿度传感器例如不需要在感测之前过滤。

EP2762877A1公开了一种用于通过在检测到两个传感器彼此接近时比较来自两个传感器的读数来校准化学传感器的系统。然而，该公开不涉及在将化学传感器暴露于其之前处理空气，其可能导致更短的传感器寿命和/或干扰。

发明内容

减轻已知系统的至少一些缺点的本发明由权利要求限定。

根据本发明的第一方面，一种用于感测流体中的物质的传感器系统，包括：

第一传感器，用于感测流体中的物质；