传感器组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于感测低浓度颗粒物的传感器组件。所述传感器组件包括：壳体，其具有前部和后部，该后部包括空气通道，设置成使抽样的粒子气溶胶从后部穿过到达所述前部；粒子传感器设备，其具有前表面和后表面，以及从其中穿过、从后表面贯穿至前表面的流道，粒子传感器设备的后表面处于壳体空气通道上，使得至少一部分抽样的粒子气溶胶流入所述粒子传感器设备的流道；微型鼓风机元件，其置于所述壳体的空气通道和所述粒子传感器设备的后表面之间，适于周期性地推动空气穿过粒子传感器的流道，以在后续读数前使粒子传感器归零；以及滤芯，其邻近所述微型鼓风机和壳体的空气通道，设置成过滤来自空气流体的颗粒。
【专利说明】传感器组件
[0001 ]优先权声明
[0002]本申请要求2014年12月2号提交的，申请号为62/086,414，发明名称为“SYSTEMAND METHOD OF CONDUCTING PARTICLE MONITORING USING LOW COST PARTICLE SENSORS”的美国临时专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合到本文中。
技术领域
[0003]本发明一般涉及粒子检测，并且更具体地涉及尘粒浓度和尺寸分布的测量。
【背景技术】
[0004]气溶胶粒子吸入后可沉积在呼吸道上，并且对健康造成不良影响。因此，行业和政府已经认识到测量和监测环境或工作场所中的气溶胶浓度、以便可以采取合适的措施以降低潜在的健康风险的重要性。相关的监测应用包括但不限于商业建筑或家庭空气质量监测、工业/职业卫生调查、室外环境/场地周边灰尘控制操作的监测，以及发动机排放研究。一些工业方法需要了解环境，包括颗粒稀少的环境(例如，半导体洁净室制造或制药加工)以及粒子群广泛存在(例如，干燥粉末制造过程)的环境中的颗粒。1987年，美国环境保护署(EPA)修订了国家环境空气质量标准(NAAQS)，并开始使用空气动力学直径小于约ΙΟμπι的粒子质量(以下简称“ΡΜ10”)作为颗粒物(PM)污染指数。PMlO是可以进入胸腔，并导致或加剧下呼吸道的疾病，如慢性支气管炎、哮喘、肺炎、肺癌，和肺气肿的PM的指数。后来确定，相比更粗糙的PMlO，以空气动力学直径小于约2.5ym( “ΡΜ2.5”)的粒子质量指数化的空气中PM浓度与每年的死亡率更加紧密相关。1997年，在NAAQS的下一次修订中，EPA颁布了ΡΜ2.5的规定。
[0005]美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)还建立了呼吸道、胸廓和可吸入气溶胶的抽样公约，分别定义为空气动力学直径小于4μπι、10μπι，和ΙΟΟμπι的粒子。可吸入的粒子是那些能够在呼吸过程中通过人的鼻子和/或嘴进入的那些粒子。胸廓粒子是可以渗透到喉下的肺的吸入粒子。呼吸道粒子是可以渗透到肺的肺泡区的吸入粒子。在美国联邦法规第50部分第I章的国家初级和二级环境空气质量标准(1997) [Nat1nal Primary and SecondaryAmbient Air Quality Standards,40 Code of US Federal Regulat1n,Chapter I,Part50(1997)]和Vincent,J.H.,Particle Size-Selective Sampling for Particulate AirContaminants Cincinnati，ACGIH( 1999)中讨论了各种抽样公约，除了包含在其中的明确定义之外，这两者都通过引用并入本文。
[0006]虽然上述的标准和公约是基于粒子的空气动力学直径，应当理解，为了即时应用的目的，可以基于该光学粒径而不是空气动力学直径，进行以尺寸分隔的质量浓度分组(例如，PMl、PM2.5、PM10、呼吸性的、胸廓和可吸入)。也就是说，(例如)PM2.5为空气动力学直径小于约2.5μπι的粒子或光学直径小于约2.5μπι的粒子。如果气溶胶主要是细微气溶胶(约在0.Ιμπι和4μηι之间)，利用光度计可以实时实现粒子质量测量。光度计是产生随由粒子或在询问体积区中的全部粒子接收到的散射光的强度而变化的电信号的设备。光度计信号可以与粒子质量近似相关。光度计对粒子浓度广泛的动态范围还可以是灵敏的。例如，TSIModel8520 DUSTTRAK光度计在0.Ιμπι至ΙΟμπι的粒度范围上测得范围为0.0Ol至100mg/m3的粒子质量浓度。
[0007]许多国家存在需要监控的各种污染参数的政府规定。用于按规定测量这些参数的仪器往往是昂贵的，近似$15K-$100K，并且操作成本也可能是非常昂贵的。由于成本，在给定的地理区域很少有仪器指示空气质量。因为污染源可以局部化，因此在地理区域内的许多点进行测量有很大的好处。用于许多分布式测量的传感器必须是廉价的，但与高精密度仪器相比，依然给出相当准确的测量结果。存在给出粒子质量指示性测量结果的低成本技术，但其在准确度上非常有限。最常见的是光照度传感器(photometric sensor)，其测量从光源(通常是激光、LED或其它强光来源)散射并通过光电探测器(通常是光电二极管或其它敏感的光检测器)检测的全部光。最常见的低成本的选择是LED光源和光电二极管检测器。这类传感器结合将信号从散射光转化成电子信号的电子设备，其中该电子信号可以处理以在显示器上向用户指示粒子质量。
[0008]在其它例子中，使用计重法抽样，其由预称重的滤光器上在长时间段、比如24小时内收集的粒子组成。接着测量滤光器和粒子的重量。滤光器抽样前后之间的重量差异提供了对于给定的抽样体积在给定时间段内的粒子重量。滤光器抽样的一些优势包括:I)设立和实施，以及随后解释数据相对便宜；2)基于第一原则的测量概念更易于把握并与感兴趣的其它团体分享。另一方面，重力过滤的测量总成本更高，其包括使其非常昂贵的大量的劳动力成本、试图测量低粒子浓度可能是非常困难的，因为测量结果是2次重量状况之差(未使用和使用滤光器)，时间分辨率差，过程是劳动密集型的，并且可能有操作者错误，而且粒子可在称重之前消失。
[0009]由于传感器随温度、湿度或其它外部因素而漂移，光度计传感器往往需要频繁的零和跨度校准。各种光度计的一些缺点是:(I)仅测量总质量(不提供粒度分离的质量信息)；(2)光度计信号取决于粒子性质，比如，尺寸、形状和折射率，因而不同气溶胶需要不同的校准因子；(3)光度计对直径接近光源波长的粒子通常更灵敏，并且对于在该尺寸范围外的粒子，每单位质量的信号急剧下降；以及(4)如果抽样的气溶胶含有大于4μπι的粒子，光度计可低估颗粒质量。
[0010]—种依赖粒度实时测量数量浓度的仪器是光学粒子计数器(OPC)。在OPC中，单独的粒子穿过光束照射的询问容积。通过各个粒子散射的光收集在检测器上，以产生电脉冲。基于之前的校准由脉冲高度和/或脉冲面积(即，散射辐射的强度)可以推断粒度。因为由OPC推断的尺寸取决于粒子的光学性质，推断参数通常被称为“光学等效粒度” APC的一些优点是:(I)对于低粒子浓度，可以以高准确度计算粒子；(2)对于尺寸大于Uim的粒子，良好的信噪比；以及(3)低成本。但是，因为确定取决于粒子形状和折射率的假设，推断的粒子光学尺寸未必与实际或几何粒度相同。当粒度分布转换为质量浓度时，如果不正确地假定粒子密度，可能产生另外的误差。此外，当在询问容积区中存在多种粒子时，OPC通常低估粒子浓度(通常被称为“重叠误差”的情况)。因此，OPC通常只用在相对干净的环境中。一个例子是TSI Model 9306 0PC，其在约200个粒子/cm3的数量浓度或小于lmg/m3的质量浓度计算95%的粒子。在上述这些限制上，Model 9306的计算效率随浓度增加而迅速下降。
[0011]总之，滤光器抽样提供第一原则质量测量，但时间分辨率差，并且其不提供粒度信息。获得尺寸分离的质量浓度的测量可能需要采购和维护多台仪器。光度计测量广泛的粒子浓度范围，但其不提供粒度信息，并且可能对直径大于约4μπι的粒子相对不灵敏。可以在范围广泛的质量浓度和广大地理区域上以有竞争力的成本和简单的远程校准实时提供尺寸分离的粒子质量浓度信息的仪器和系统将会是受欢迎的改进之处。
【发明内容】
[0012]本发明的各种实施例提供一种低成本的、外形非常紧凑的可现场校准的粒子传感器的解决方案。这使得低成本的传感器对低浓度的污染测量更精确，并降低了具有广泛的地理覆盖范围的污染测量系统的成本。
[0013]在相关的实施例中，本发明阐述了一种方法和系统，以针对可能或不可能与单独的传感器在物理上位于相同位置的参考仪器(比如，ΒΑΜ-β衰减监测器)远程地和自动地校准在此公布的一个或更多个低成本传感器以及其它市售传感器(比如，光学粒子计数器、光度计等等)。该方法可以要求最小的(或不要求)用户互动并且校准周期是可周期性地调节的(每小时，每天，每周等)。光学传感器的校准用于解释本发明的实施例。
[0014]光学传感器，比如，光学粒子计数器和光度计，通常用于气溶胶场。这些传感器测量粒子散射或消弱的光。光信号在很大程度上取决于气溶胶性质，即，折射率和形态。如果气溶胶的光学性质是已知的或针对测量参考校准仪器，通过进行理论散射建模可以将折射率和形态的影响考虑在内。如果针对非光学参考仪器校准光学传感器，那么使用这个方法有另外的好处:通过这些传感器测得的光信号将自动转换成另一有用的、感兴趣的气溶胶性质。例如，如果针对参考质量测量仪器校准光学传感器，而不是显示光信号，那么这些传感器可以提供气溶胶质量信息。如果参考仪器是空气动力学尺寸测量仪器，那么这些光学传感器在校准后可以用于测量气溶胶的空气动力学尺寸。理想情况下，每次气溶胶组成改变，应重新校准光学传感器。然而，在实践中，校准通常仅偶然进行，因为由于其大尺寸和高成本，参考仪器通常仅在实验室或在某些的固定位置可用。此外，校准过程通常是劳动密集型且昂贵的，因此现场频繁地进行校准是不切实际的。本发明的一个实施例提供一种方法和系统以易于校准这些位于远程的传感器并且不要求参考仪器与传感器在物理上位于相同位置。
[0015]在一个实施例中，提供一种用于感测低浓度颗粒物的传感器组件，该传感器组件包括具有前部和后部的壳体，其中所述后部包括空气通道，该空气通道设置成使抽样的粒子气溶胶从后部到达前部。所述组件还包括粒子传感器设备，该粒子传感器设备具有前表面和后表面以及从其中穿过，从后表面贯穿至前表面的流道，粒子传感器设备的后表面处于壳体的空气通道上，使得至少一部分抽样的粒子气溶胶流入所述粒子传感器设备的流道中。此外，微型鼓风机元件置于所述壳体的空气通道和粒子传感器设备的后表面之间，该微型鼓风机适于周期性地推动空气穿过粒子传感器设备的流道，使得在后续读数前将粒子传感器归零，并且，滤芯邻近微型鼓风机和空气通道，所述滤芯设置成过滤来自空气流体的颗粒。在相关的实施例中，该传感器组件形成空气质量监测系统的一部分，该空气质量监测系统具有至少一个可场地校准的传感器组件、至少一个与移动设备信息在通信上连通的传感器组件，与适于接收校准因子的服务器通信的移动设备，其中该校准因子由从参考仪器和从传输标准模块(其中之一远离待校准的至少一个传感器)接收的数据产生。
[0016]在另一实施例中，提供一种粒子传感器组件校准系统，该粒子传感器组件校准系统包括至少一个位于远程的粒子传感器组件，该粒子传感器组件结合至少一个参考仪器进行校准，其中所述至少一个参考仪器用于产生校准因子。此外，移动设备设置成与至少一个参考仪器和至少一个位于远程的粒子传感器组件通信。
[0017]在另一实施例中，提供一种粒子传感器组件校准系统，该系统包括至少一个位于远程的粒子传感器组件，该粒子传感器组件设置成结合至少一个参考仪器进行校准，其中所述至少一个参考仪器设置成产生校准因子。此外，控制设备设置成与至少一个参考仪器和至少一个位于远程的粒子传感器组件通信。
[0018]结合附图，从下文具体实施例的描述中将更好地理解本发明自身关于其结构和其操作方法的各种实施例的新特征，及其另外的优势。
【附图说明】
[0019]结合附图，本发明的其它重要优势将在本发明下面的详细描述中显现，其中:
[0020]图1A-1B分别为根据本发明的实施例的低成本粒子传感器组件的分解及嵌入视图；
[0021]图2A-2B为在此教导的粒子传感器组件的侧剖面和3-D视图以及根据本发明的实施例采用的气溶胶样品的流动方向；
[0022]图3A-3D为根据本发明的实施例的粒子传感器组件中使用的灰尘传感器设备的视图；
[0023]图4为展示了在各种情况下，根据在此教导的粒子传感器组件的性能的图；
[0024]图5为根据本发明的实施例，远程校准的粒子传感器的顶级系统图；
[0025]图6展示了根据本发明的实施例，使用因特网服务器校准粒子传感器的系统和方法；以及图7展示了根据本发明的实施例，使用因特网服务器和传输标准校准粒子传感器的系统和方法。
【具体实施方式】
[0026]下文更具体地描述了根据本发明的方法和装置的各种相关概念和实施例。应该意识到，由于主题不限于任何特定的实施方式，上述介绍的和下文更详细讨论的主题的各方面可以以许多方式实施。提供具体实施和应用的例子主要用于说明的目的。
[0027]在一个实施例中，公开一种廉价和非常紧凑的设备，该设备满足了低成本传感器的频繁零校准的要求。所述低成本粒子传感器并入了独特的和紧凑的压电微型鼓风机和过滤材料以使过滤的空气周期性地穿过光照度传感器，从而提供更准确的低浓度测量结果。在该实施例中，压电微型鼓风机比其它空气驱除器的优点在于，其能够提供足够的压力穿过滤光器以驱动大量的流体(约1LPM)，从而向非常小的包装中的灰尘或粒子传感器组件提供清洁的空气。该粒子传感器组件应用于PM2.5的室内或室外空气测量系统或其它空气污染测量。具体的设计整合了使这类微型鼓风机或微型栗适应该应用的若干设计特征。在相关的实施例中，由于用户的系统成本改进，这样的低成本粒子传感器促进跨越大地理区域的粒子总监测系统的实现。
[0028]现在参见附图，并且特别是图1A至图3D，图1A-1B分别示出根据本发明的实施例的低成本粒子传感器组件100的分解及嵌入视图。在本实施例中，粒子传感器组件100包括支持电路板103的壳体102、用于样品空气流动的孔104、灰尘传感器110、适于装配至孔104中的压电微型鼓风机130、用于微型鼓风机130的后部的过滤介质140，和将所有组件保持在一起的固定夹150。图1B的嵌入视图示出上述组装的各种组件。图2B示出完全组装的粒子传感器组件100的3D视图。在本实施例中，微型鼓风机130如在专利号为8，678，787的美国专利中详细所述，其全部内容通过引用结合到本文中。在相关实施例中，鼓风机130构造成其它设计，且可以构造成微型栗，如专利号为8，066，494的美国专利中所述，该美国专利的全部内容通过引用结合到本文中。
[0029]现在参见图2A，展示了在此教导的粒子传感器组件100的侧剖面视图，该粒子传感器组件100展示了在壳体102中的流道105，抽样的空气以流动方向106前进并且经由微型鼓风机130和灰尘传感器110的圆柱形通道114A移动。操作期间，待抽样的空气流经流道105沿壳体102的壁，接着通过圆柱形通道114A，在圆柱形通道114A，光与通过通道114A的流体垂直。在本实施例中，滤芯在壳体的外部，使得装载粒子的气溶胶流体通过滤光器，接着通过微型鼓风机，然后通过灰尘传感器。在本实施例中，鼓风机或栗130使用尺寸非常紧凑并且易于被电子设备驱动的压电晶体。压电微型鼓风机130供应大量的流体(约Ilpm)以向在非常小的包装中的灰尘或粒子传感器110提供干净的空气。该设计使过滤介质140易于安装和更换。该设计还使栗的高速输出扩散，因此可以在短时间清理出较大的传感器空间。该栗在不使用导管或O环的情况下给样品空气流规定线路。图4为展示在各种情况下，在此教导的粒子传感器组件100的性能的图，其中用干净空气清洗检测室(具有归零的栗的尖头4)以改进灰尘传感器在低浓度的准确度。
[0030]现在参见图3A-3D，该图分别为传感器组件100中使用的光电灰尘传感器110的剖视图、正视图、底视图，和后视图。在主体壳体112的前面板113形成开口 113a，在主体壳体112的背面板114形成通孔114a，并且使灰尘和/或烟尘或烟雾能够通过的流道或灰尘通路设置在背面板114的通孔114a和前面板113的开口 113a之间。通孔114a用于将灰尘和/或烟尘引入灰尘通路。开口 113a，用于将灰尘和/或烟尘从所述灰尘通路排出，相比通孔114a是足够大的。在本实施例中，微型鼓风机位于传感器110的孔114a处或附近，以推动空气通过传感器110，从而通过定期启动微型鼓风机清除设备并将设备归零。为此目的，该微型鼓风机可以每小时或每周运行几分钟。在一个实施例中，流体(暂时性地)是连续的、通常无脉冲的空气流，并且在一个实施例中该流体连续打开2-5分钟。此外，该流体可以是周期性的，比如每分钟一次或每周一次。
[0031]此外，分别设置发光单元115和光接收单元116以指向灰尘或粒子通路。在本实施例中，多个光挡板117以酌情分布的方式设置，防止来自发光单元115的光直接入射在光接收单元116上并且形成光隔离区118。在本实施例中，发光单元115配备发光元件115a、透镜115b和狭缝115c;透镜115b使来自发光元件115a的光准直。通过狭缝115c使准直光束的横截面变窄和/或成形，并且此后从中退出，使得其对准灰尘通路。光接收单元116配备光接收元件116a、透镜116b和狭缝116c;并且来自灰尘通路的光通过狭缝116c和透镜116b会聚到光接收元件116a上。
[0032]在本实施例中，发光单元的透镜115b和狭缝115c使来自发光元件115a的光集中，其中来自发光元件115a的光可以在主体壳体112内分散并反射，从而使不想要的光入射到光接收单元116上。此外，光接收单元116的透镜116b和狭缝116c使光接收元件116a接收在灰尘通路中的灰尘和/或烟尘反射的光，从而预防光接收元件116a接收在主体壳体112内反射的不想要的光。在没有灰尘或烟尘通过灰尘通路的情况下，那么来自发光单元115的光会穿过灰尘通路并且到达光隔离区18，因此在光电灰尘传感器110会感测到光接收单元116接收的光的数量将极少。
[0033]相反，在灰尘和/或烟尘或烟雾穿过灰尘通路的情况下，因为来自发光单元115的一部分光将被在灰尘通路的灰尘和/或烟尘或烟雾反射并入射到光接收单元116上，在光接收单元116接收的光的数量将增加。因此，可以基于光接收单元116的光接收元件116a处接收的光输出的变化检测存在和/或不存在灰尘和/或烟雾穿过所述灰尘通路。此外，基于光接收元件116a处接收的光输出水平可以检测穿过所述灰尘通路的灰尘和/或烟雾的浓度。专利号为7，038，189的美国专利进一步描述了光电传感器110的操作和形成光电传感器110的电路，其全部内容通过引用结合到本文中现在参见图5-7，特别是图5展示了根据本发明的实施例，用于以一个或更多个无需与粒子传感器位于一处的参考仪器远程校准两个或更多个粒子传感器的系统200和方法的高层次视图。特别地，系统200包括连同一个或更多个参考仪器220和用于促进远程传感器校准进程的传输标准模块230部署现场中的多个粒子传感器210A-210D。所述传输标准模块230与控制设备280在通信上连通。为了确保良好的校准，该传输标准模块230优选为(但不限于):(1)与处于校准的粒子传感器类型相同的粒子传感器;或(2)与处于校准的粒子传感器相关性良好的传感器。参考仪器220和传输标准模块230的读数首先可以在因特网和其它一些通信网络上得到。这可以以若干方式完成，包括将数据上传至网页、通过短信(例如，社交媒体服务器推特)或文本发送信息。接着软件模块或固件从互联网将参考仪器220和传输标准模块230读数或数据下载到校准因子模块240。然后在校准因子模块240进行计算或处理这些数据/读数，以确定将在远程粒子传感器中使用的校准因子。由于不同位置或城市可能需要不同的校准因子，可以通过使用驻扎在特定位置/城市的参考仪器220和传输标准模块230确定某一位置/城市具体的校准因子。因而生成查找表，并且其由在各种位置或城市的校准因子的信息组成。然后，将该查找表上传到服务器250。这个查找表的内容可以在一定期限刷新，例如每小时、每天、每周等。所述校准因子模块240适于将所述校准因子传送至所述服务器模块，所述服务器模块设置成将所述校准因子传送至所述移动设备，以传送至至少一个待校准的传感器。
[0034]—旦该查找表生成并上传到服务器250，有两种方式来校准现场中的传感器。一种方式是使用移动设备260从因特网上下载查询表，然后基于存储在传感器的位置信息将校准因子传输或传送至粒子传感器210A。移动设备260和传感器210A之间的通信为有线或无线通信270。如果在此位置无法使用校准因子，用户能输入自定义校准因子，使用之前存储在所述粒子传感器的值，或基于待校准的粒子传感器的位置及其最近的参考仪器和传输标准使用插补值。之前存储的值也可以为工厂校准值。由于来自移动设备260的信号可能具有非常有限的传送范围，有可能一次只能校准一个粒子传感器。
[0035]在相关的实施例中，为了一次校准多个粒子传感器，使用控制设备280和广播模块290并集成于校准系统中。所述控制装置280可以是计算机或服务器，而广播模块290可以是W1-Fi路由器、蓝牙设备或无线电频率广播器。控制设备280从因特网或服务器250下载查找表，基于所述粒子传感器的物理位置确定校准因子，然后经由广播器将校准因子发送至所有粒子传感器210B-210D。通过控制设备280可设置传感器的校准频率。
[0036]现在参见图6，其示出了根据本发明的实施例，在不使用因特网服务器的情况下，校准粒子传感器310A-310D的系统300和方法。在本实施例中，通过移动设备360或控制设备380直接确定校准因子(如图6所示)。因此，这里不需要如之前的实施例一样保持查找表的因特网服务器。类似之前的实施例，通过一次一个传感器或一次多个传感器的方法将校准因子传递至传感器310A-310D。在这里公开的各种实施例中，参考仪器包括β衰减监视器(BAM)(其可从这些制造商，比如明尼苏达州明尼阿波里斯市的Thermo FisherScientific，Inc.在商业上获得)或包括一个或多个低成本的、如图1_3在此所述的传感器。在该实施例中，通过比较低成本传感器读数与在相同的通用区域的其它低成本传感器确定或生成校准因子。
[0037]现在参见图7，其示出了根据本发明的实施例，不使用因特网和传输标准校准粒子传感器410A-410C的系统400和方法。在本发明的此实施例中，在没有传输标准的情况下，通过比较来自参考仪器420和一个粒子传感器，例如传感器410A，的数据，确定或生成校准因子。不同于之前的实施例，该校准方案或设置使用双向通信470以针对标准或参考仪器完成远程传感器校准。当校准多个传感器时，控制设备480与参考仪器420并与一个或多个传感器410B-410C通信以得到校准因子并最终校准远程粒子传感器。
[0038]在此描述的远程校准方法和系统的一个应用是用于校准场地中部署的气溶胶光学传感器。光学传感器，如光学粒子计数器、光度计常用于气溶胶监测领域。这些传感器测量粒子散射的或消弱的光。光信号很大程度上取决于气溶胶性质，即，折射率和形态。如果气溶胶的光学性质是已知的或针对测量参考校准仪器，通过进行理论散射建模可以将折射率和形态的影响考虑在内。
[0039]如果针对非光学参考仪器校准光学传感器，另外的好处是通过这些传感器测得的光学信号将自动转换成感兴趣的另外的气溶胶性质。例如，如果针对参考质量测量仪器校准光学传感器，而非显示光信号，这些传感器可以提供气溶胶质量信息。如果参考仪器为空气动力学尺寸测量仪器，那么这些光学传感器在校准后可用于测量气溶胶空气动力学尺寸。理想情况下，每次气溶胶的组合物改变，应该重新校准光学传感器。但是，实际上，通常仅不频繁地进行校准，因为:I)由于其大尺寸和高成本，参考仪器通常仅可在实验室或某些固定位置中使用;或2)校准过程通常是劳动密集型的和昂贵的，因此，现场中频繁地进行校准是不切实际的。在此的教导提供一种在不要求参考仪器位于相同地点的情况下容易地校准这些光学传感器的方法。在本实施例中，将光学传感器校准以监测小于2.5μπι的颗粒物(PM)的质量。
[0040]该实施例中的参考仪器是β衰减监测(BAM)仪器。BAM通过比较抽样前后在滤光器或薄膜上收集的β辐射衰减确定颗粒物的质量。BAM通常被美国国家环境保护局(EPA)用于在不同的监测点监测ΡΜ2.5。该技术也广泛应用于其它国家。空气监测机构网站上的公众通常可获得BAM设备收集的大量信息。一些监测点甚至每小时使用社交媒体服务器推特将信息发送出去。在该实施例中使用的传输标准模块为位于全天候防护外壳中以防止其受元件之害的光学粒子计数器或光度计。可以在大城市部署几个这样的传递标准模块，其中BAM信息是可利用的并且由这些传递标准模块收集的数据被发送至云服务器。通过比较来自BAM和传递标准模块的数据/信息，可以生成在各个位置/城市的校准因子，并且可以生成查找表而且该查找表被上传到网络服务器或其它网络存储位置。通过使用移动设备，可以从服务器抽出查找表并且可以将合适的校准因子传输至位于室内或室外的一个或多个颗粒物传感器。使用在此描述的方法，可针对位于城市某处的参考仪器(在该情况下，为如本文所述的BAM或低成本传感器)每日校准在指定城市中的各种颗粒物传感器。每日校准确保这些传感器将当时该城市/地区中存在的气溶胶类型考虑在内，并由此提供有用的和可信的读数。
[0041 ] 通过引用结合下面的专利和公布的全部内容:专利号为5，121，988、7，111,496(8八1设备)、7，932，490、8，009，290，以及8，351，035(传感器校准)的美国专利在说明书中陈述的本发明的上述具体实施例仅为了说明的目的。在不脱离其主题的情况下，可以进行各种偏离和修改，其都在本发明的本质和范围内。
【主权项】
1.一种用于感测低浓度颗粒物的传感器组件，其包括: 壳体，所述壳体具有前部和后部，其中所述后部包括空气通道，所述空气通道设置成使抽样的粒子气溶胶从后部穿过到达所述前部； 粒子传感器设备，所述粒子传感器设备具有前表面和后表面，以及从其中穿过、从后表面贯穿至前表面的流道，所述粒子传感器设备的后表面处于壳体空气通道上，使得至少一部分抽样的粒子气溶胶流入所述粒子传感器设备的流道； 微型鼓风机元件，所述微型鼓风机元件置于所述壳体的空气通道和所述粒子传感器设备的后表面之间，所述微型鼓风机元件适于周期性地推动空气穿过粒子传感器设备的流道，以在后续读数前使粒子传感器设备归零;以及 滤芯，所述滤芯邻近所述微型鼓风机元件和壳体的空气通道，所述滤芯设置成过滤来自空气流体的颗粒。2.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述微型鼓风机元件为微型栗。3.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述传感器组件形成部分空气质量监测系统，所述空气质量监测系统具有至少一个可以现场校准的所述传感器组件、至少一个与移动设备在通信上连通的所述传感器组件、与适于接收校准因子的服务器通信的移动设备，其中该校准因子由从参考仪器和从传输标准模块接收的数据生成，参考仪器和传输标准模块其中之一远离至少一个待校准的所述传感器组件。
【文档编号】G01N15/06GK205506621SQ201520776902
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年9月30日
【发明人】韩熙秀, 詹姆斯·E·范斯沃斯, 罗伯特·卡尔多
【申请人】提赛环科仪器贸易（北京）有限公司