[发明专利]颗粒传感器和方法

说明书

提供了一种颗粒传感器，以用于感测特定颗粒尺寸范围内的颗粒的数量或质量浓度，颗粒具有颗粒尺寸分布。传感器包括光源(14)，用于提供由颗粒散射以生成散射光的光；光检测器(16、18)，用于检测散射光以提供光检测器信号；以及控制器(24)，用于分析光检测器信号以确定与颗粒尺寸分布相关的信息。基于上述与颗粒尺寸分布相关的信息，控制器选择颗粒传感器的操作模式，以感测仅在特定尺寸范围内的颗粒。

技术领域

本发明涉及一种用于表征颗粒的方法和设备。

背景技术

低成本颗粒传感器广泛用于家用电器和颗粒物(PM)相关空气质量测量用集成传感器盒。传感器捕获由悬浮颗粒散射的光的强度，并根据工厂校准参数将传感器光电流转换为颗粒数量和/或质量浓度。

大多数低成本颗粒传感器仅能报告整个工厂设定尺寸范围内的颗粒数量和/或质量浓度(例如PM₁₀＜10μm)。然而，在一些情况下，尤其是对于污染模式识别和污染源确定，更重要的是进一步了解整个尺寸范围内(例如PM₁₀整个范围内的子范围2.5-5μm和5-10μm)的尺寸分辨颗粒数量/质量分布。不幸的是，几乎没有可用的低成本PM传感器可以动态地调整有效尺寸范围，更不用说提供尺寸分辨颗粒分布。

悬浮颗粒中小颗粒(例如小于1μm)的数量通常明显大于大颗粒(例如5-10μm和花粉)。由于低成本颗粒传感器通常具有大入射光斑和对颗粒流的最小控制，它们无法保证每个颗粒均单独地横穿测量区，并且因此，所捕获的散射信号将由细颗粒集合所贡献的背景和由个体大颗粒所贡献的可区分峰组成。

因此，大多数低成本PM传感器对照标准校准读数来校准所测量的散射强度，以获得存在的颗粒质量浓度。然而，如果实际颗粒尺寸分布与校准方案不同，这些校准参数可能潜在地导致传感器读数与真实值之间的偏差。另外，光谱平均数/质量浓度也不能提供用于深度污染模式分析的尺寸分辨颗粒信息。

已经努力提供测量特定尺寸范围内(例如花粉感测＞20μm)的颗粒浓度的颗粒传感器。通常，级联冲击器、颗粒尺寸分离器或虚拟冲击器用于在测量颗粒之前(根据颗粒的空气动力学直径)物理地预分离颗粒。然而，颗粒分离器通常体积很大，并且需要专业操作和仔细维护以进行精确的颗粒尺寸分离。此外，此类传感器需要对低成本颗粒传感器进行大量额外硬件投资。

20070165225A1公开了用于确定颗粒尺寸和形状的方法和设备。20070165225A1描述了一种两级系统，其中第一系统执行预测量以确定第二系统中感测部件的设置。进一步描述了一种确定颗粒尺寸和形状分布的系统。

发明内容

因此，仍然需要一种低成本的颗粒传感器，其中代替预先物理地分离不同尺寸的颗粒，传感器与模式调节电子器件一起测量所有颗粒，并且继而电子地分离这些颗粒并输出尺寸分辨颗粒数量或质量浓度。

本发明由权利要求书限定。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于感测特定颗粒尺寸范围内的颗粒的颗粒传感器，包括：

光源，用于提供由颗粒散射以生成散射光的光；

准直器，其耦合至光源以将入射光聚焦在足够小的检测区域内，以用于个体颗粒检测；

光检测器，用于检测散射光以提供光检测器信号；

控制器，其中控制器适于分析光检测器信号以确定与颗粒尺寸分布相关的信息，并基于该信息选择颗粒传感器的操作模式，以感测仅在特定尺寸范围内的颗粒。

颗粒传感器确定与样品的颗粒尺寸分布相关的信息，并基于该信息为传感器自动选择仅检测特定尺寸范围内的颗粒的操作条件，例如花粉模式(例如10μm)、粗略模式(2.5-10μm)、精细模式(1-2.5μm)或超细模式(＜1μm)。操作模式可以根据传感器的嵌入算法而被切换。因此，传感器操作自动适应被分析的空气中存在的污染物。