[发明专利]用于感测空气中颗粒的质量浓度的传感器系统

说明书

本申请涉及一种传感器系统(1)，用于感测空气流(4)中小于预定阈值的颗粒的质量浓度，所述传感器系统包括：入口(2)，用于接收带有颗粒的空气的总流，所述入口连接至第一分离器(3)，所述第一分离器用于将所述空气的总流分为主流(5)和次流(6)，所述主流包括小于所述预定阈值的颗粒，并且所述次流包括大于所述预定阈值的颗粒，并且所述第一分离器用于将所述主流引导至第一管道(7)并用于将所述次流引导至第二管道(8)；交汇部(9)，在所述交汇部中，所述第一管道与所述第二管道交汇到一起；出口(10)，所述出口耦接至所述交汇部；传感器(11)，所述传感器被安排在所述第一管道中，以用于测量所述主流中包括的小于所述预定阈值的颗粒的量。所述传感器系统进一步包括：第一流风扇(12)，用于将所述总流抽吸穿过所述系统；以及第二流风扇(13)，用于将所述主流抽吸穿过所述第一管道。

技术领域

本发明涉及一种用于感测空气中颗粒的质量浓度的传感器系统、一种传感器单元、以及一种用于操作所述传感器单元的方法。本发明还涉及一种包括传感器系统和传感器单元的交通工具。

背景技术

由于细颗粒物的排放增长及其对空气质量在健康方面的不利影响，这些颗粒在过去的数十年间已经受到了越来越多的关注。这些颗粒通常具有小于10μm的空气动力学直径(即，PM10)，其中，更小的颗粒(例如，小于或等于2.5μm或PM2.5、小于或等于1.0μm或PM1.0、以及小于或等于0.1μm或PM0.1)似乎对空气质量具有最不利的影响。通常在交通中，并且特别在交通拥堵中、在隧道中或在交通灯处，对空气质量的影响甚至可能进一步恶化，因为在这些情况下例如由于排放增长和/或通风有限而导致局部颗粒浓度增大。

用于实时感测包括固体物质和/或液体物质的颗粒的质量浓度的传感器系统在本领域中是已知的。大多数已知系统不适合用于条件(例如，震动、温度、湿度、压强)可变并且其他约束(例如，大小、重量、噪音)可适用的应用中，如对来自移动的交通工具中和周围的各种来源的空气(例如，环境空气、来自HVAC系统的空气、或者座舱空气)进行采样。

例如，WO2009/021123公开了一种用于测量按大小区分的颗粒质量浓度的传感器系统。此传感器系统可以通过测量脉冲高度和/或飞行时间来提供对需要测定的颗粒流的质量浓度、光学颗粒大小分布和空气动力学颗粒大小分布的同时且实时的指示。因此，所述传感器系统理想地适用于实验室和其他测试环境。然而，在大多数情况下，不必确定颗粒大小分布的完整谱。因此，如果仅对小于某个阈值的颗粒的聚集质量浓度感兴趣，则这种传感器系统比所需的更复杂。因此，其通常比各种情况中(例如，在交通工具中)所需并适合的更昂贵、更脆弱、更重并且更大。此外，此传感器系统使用能够产生高压强梯度的泵或风机来产生恒定流，所述泵或风机通常比在一些情况下可接受的体积更大、噪音更大并且消耗更多功率。

WO2015/008519描述了一种用于感测空气中颗粒的质量浓度的更简单的传感器系统。此传感器系统配备有单个风扇、虚拟撞击器以及两个管道，所述单个风扇、虚拟撞击器以及两个管道组合在一起以负责在需要测定的体积中产生通过基于惯性的分离而被剥夺大于某个阈值的颗粒的空气流。传感器系统可以由此在流中选择感兴趣的颗粒。此流中组合的所有颗粒的质量浓度可以被感测，并且指示小于某个阈值的颗粒(例如，PM2.5)的聚集质量浓度。此外，使用用于产生流的风扇的系统不会与使用产生高压强梯度的泵(例如，>100000Pa)或风机(例如，500Pa至1000Pa)的系统产生一样多的噪音或消耗一样多的功率。然而，所描述的传感器系统的缺点在于其是对小于单个(或小范围)阈值的颗粒进行连续实时测量而被优化的，因为虚拟撞击器的几何形状是固定的，并且改变总流将因此不仅改变颗粒大小阈值而且还会改变分离效率。

发明内容