颗粒检测系统及相关方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及颗粒检测系统和方法，W及颗粒检测系统中的颗粒检测事件分析。优 选的实施例设及吸气式烟气检测系统。
【背景技术】
[0002] 吸气式烟气检测（SAD)系统被广泛采用，最常见地是用在需要高灵敏度的颗粒检 测来保护贵重系统和基础设施W及生命的情况下。ASD系统通常包括连结至空气取样系统 的颗粒检测器，空气取样系统将空气样品从正被监视的位置传送到颗粒检测系统。运些吸 气式烟气检测系统具有高灵敏度和高可靠性的双重需求，运提出了某些工程挑战。
[0003] 高灵敏度检测要求颗粒检测系统在其寿命期间保持精确校准并且不被灰尘和碎 片弄脏。此外，系统优选地具有一些机构来避免由并不指示火灾存在的妨害和颗粒所引起 的误报警。在一定程度上，通过使用过滤器可W实现运两个目的，过滤器可W从样品空气中 除去任何灰尘，从而只留下烟气颗粒。然而，运未必是容易的任务，因为灰尘颗粒和烟气颗 粒具有重叠的尺寸分布。而且随着时间的推移，过滤器堵塞并且其过滤特性可能改变。运 导致需要将更换过滤器作为部分维护计划。此外，由于颗粒在颗粒检测系统的检测腔室内 部停留，随着时间的推移检测腔室变脏，运也降低了系统性能并影响可靠性。特别地，腔室 变脏致使检测腔室内的背景福射增加，运有效地增大了对所有生成的检测信号的噪音，并 且在极端情况下可能将背景福射水平增加至警报阔值水平。
[0004] 因此，需要一种颗粒检测系统，尤其是在吸气式烟气检测系统领域中，吸气式烟气 检测系统更好的处理它们所用于的真实世界情况，从而它们能够长期保持检测精确度、高 灵敏度并且运行时不出麻烦。
[0005] 本说明书中提到任何现有技术并非，且不应被视为承认或任何形式的暗示，运种 现有技术属于澳大利亚或任何其它辖区的公知常识的一部分，或运种现有技术可被合理地 期望本领域技术人员确定、理解、并视为相关的。
【发明内容】
[0006] 在一方面，公开了一种颗粒检测器，优选地为烟气检测器，颗粒检测器包括：
[0007] 检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；
[0008] 福射源，其经配置W发射福射光束，所述福射光束具有已知的偏振特性，所述光束 穿过至少部分所述腔室传播，并且所述光束经设置在感兴趣区横穿样品流；
[0009] 福射接收系统，其经配置W接收通过与样品流中携带的颗粒相互作用而从所述光 束散射的福射，所述福射接收系统进一步经配置W相对于所述光束的传播方向和已知偏振 而在多个散射角和多个偏振角处接收福射，并生成表示接收到的福射的至少一个输出信 号；
[0010] 控制器，其经配置W分析表示接收到的福射的所述至少一个输出信号，W确定样 品流中携带的颗粒的存在。
[0011] 最优选地，福射源包括一光学系统W聚焦光束。优选地，聚焦光束使其朝向感兴趣 区汇聚。
[0012] 优选地，所述福射接收系统包括多个福射接收传感器，每个福射接收传感器经配 置W在相应的散射角接收福射。优选地，每个传感器经设置W相对于所述光束的偏振角在 已知的偏振角处接收福射。优选地，所述福射接收系统包括第一多个福射接收传感器，所述 第一多个福射接收传感器经配置W相对于所述光束在第一偏振角处接收福射，其中每一个 所述第一多个福射传感器均经设置W在相应的散射角处接收。最优选地，所述福射接收系 统包括第二多个福射接收传感器，所述第二多个福射接收传感器均经配置W相对于所述光 束在（不同于所述第一偏振角的）第二偏振角处接收福射，其中所述第二多个福射传感器 中的每一个经设置W在相应的散射角处接收福射。
[0013] 优选地，所述第一多个福射传感器和所述第二多个福射传感器经设置W使每个第 一多个福射传感器中的至少一个传感器W及每个第二多个福射传感器中的至少一个传感 器经设置W在同一相应的散射角处接收福射。
[0014] 优选地，每个福射传感器经配置W提供输出信号表示相应的接收到的福射水平。 在优选的实施例中，所述检测器能够经配置W将来自所述传感器的至少一个子集的输出信 号暂时相关联。优选地，暂时相关联的输出信号能够用于识别感兴趣颗粒与所述光束之间 的相互作用。最优选地，暂时相关联的输出信号用于识别颗粒特性，例如颗粒尺寸或颜色。
[0015] 在一些实施例中，选择或控制W下中的一项或多项：样品流速、光束横截面、光束 形状或相对于包括福射感测系统的多个传感器中的一个或两者的光束对准，从而使得针对 样品流中的预定的平均颗粒浓度，样品流中携带的颗粒与光束之间的相互作用在时间上大 致不重叠，所述光束W能被福射感测系统的传感器直接接收的方式散射福射。使用该方式 可检测到个别颗粒。
[0016] 可通过控制空气被吸取通过系统（例如由控制风扇速度）的位置处的速率来控制 样品流速。可替代地或结合地，对通过子流动路径而通向检测腔室的流速进行控制（例如 通过控制该流动路径中的风扇或改变流动路径的阻力，如通过打开或关闭阀或类似物）。对 于经过该检测的每个感兴趣的颗粒，能够确定颗粒尺寸或总亮度。可将用于多颗粒检测事 件的与颗粒尺寸或总亮度相关的数据进行存储。优选地，存储的颗粒尺寸或总表观颗粒亮 度数据用于确定样品流中的颗粒尺寸或总表观颗粒亮度分布。确定好的颗粒尺寸或总表观 颗粒亮度分布可用于确定检测到的颗粒是否表示感兴趣的颗粒（例如烟气颗粒）或公害颗 粒（例如灰尘）或两者的混合物。在已经确认感兴趣的颗粒的事件中可采取一动作，例如改 变报警状况或发送报警信号或颗粒检测信号。优选地，其可通过将颗粒尺寸分布与颗粒排 放事件类型所对应的颗粒尺寸分布标识相比较来执行。也可监视颗粒尺寸分布随时间的暂 时变化，并且与颗粒排放事件类型所对应的相应时间变化的颗粒尺寸分布标识相比较。针 对不同事件可依经验确定颗粒分布尺寸标识（不变的或变化的）。
[0017] 在第二方面，提供了一种颗粒检测器，优选地为烟气检测器，颗粒检测器包括：
[0018] 检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；
[0019] 福射源，其经配置W发射福射光束，所述光束穿过至少部分腔室传播，并且所述光 束经设置W在感兴趣区横穿所述样品流；
[0020] 成像系统，其经配置W捕捉感兴趣区的图像；
[0021] 控制器，其经配置W基于捕捉到的图像中所包含的散射所形成的福射来分析图 像，W确定在感兴趣区与所述光束相互作用的样品流中携带有颗粒。
[0022] 在优选的形式中，所述福射源发射福射光束，所述福射光束的波长足够短W便在 所述检测腔室中从空气散射到足够的范围，从而在样品流中没有携带任何颗粒的情况下， 所述成像系统能够捕捉到光束的图像。优选地，所述光束在电磁频谱的紫色或紫外区域内。
[0023] 最优选地，福射源包括一光学系统W聚焦光束。优选地，聚焦光束使其朝向感兴趣 区汇聚。
[0024] 所述控制器能够经配置W在捕捉到的图像上执行背景消除。优选地，背景消除设 及基于根据不含有所述光束的图像的至少一个区域而确定的有代表性的所接收到的背景 福射水平，对处于含有所述光束（集合区）的图像的区域中的所接收到的福射水平进行校 正集合。最优选地，背景消除设及从感兴趣区中的所接收到的福射水平减去背景福射水平， 所述背景福射水平从集合区之外的至少一个区域确定集合。其可包括从集合区内每个像素 的接收到的福射水平减去背景福射水平或执行等效计算。能够利用相应的分段所界定的背 景消除区，沿集合区W分段方式执行背景消除集合。
[0025] 分析图像W确定颗粒的存在包括识别集合区图像中的所接收到的福射强度中的 峰值集合。在峰值高于阔值水平的事件中（例如基于最大接收强度，峰值中总的接收能量 或其它适合的测量值）能够确定颗粒与所述光束发生相互作用并因此检测到颗粒。峰值高 度（例如基于最大接收强度，峰值中总的接收能量或其它适合的测量值）也可用来推断颗 粒尺寸，并且会受到其它颗粒属性的影响，例如光吸收或偏振散射特性。
[0026] 在又一方面，提供了根据本发明的第一和第二方面的烟气检测器。最优选地，检测 器包括检测腔室和福射源，福射源发射单福射光束。福射接收系统和成像系统优选地经设 置W从共有的感兴趣去接收福射。本发明该方面的实施例可包括上述本发明的第一个第二 方面的任意一个或多个优选的或可选的特征。
[0027] 在优选实施例中，控制器使成像系统的输出与福射接收系统相关联。
[0028] 在又一方面，提供了颗粒检测器，优选地为烟气检测器，颗粒检测器包括：
[0029] 检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；
[0030] 福射源，其经配置W发射福射光束，所述光束穿过至少部分腔室传播，并且所述光 束经设置W在感兴趣区横穿样品流；
[0031] 福射接收系统，其经配置W接收通过与样品流中携带的颗粒相互作用而从所述光 束散射的福射，并且生成表示接收到的福射的至少一个输出信号，所述福射接收系统包括 成像系统和至少一个其它福射接收器，所述成像系统经配置W捕捉感兴趣区的图像；
[0032] 控制器，其经配置W分析表示接收到的福射的至少一个输出信号，W确定样品流 中携带的颗粒的存在。
[0033] 优选地，福射接收系统经配置W相对于所述光束的传播方向和已知偏振，在多个 散射角和多个偏振角接收福射。优选地，接收系统包括多个福射接收传感器，所述多个福射 接收传感器中的每一个均经配置W在相应的散射角接收福射。优选地，每个传感器经设置 W相对于光束的偏振角在已知的偏振角接收福射。
[0034] 最优选地，福射源包括一光学系统W聚焦所述光束。优选地，聚焦所述光束W使其 朝向感兴趣区会聚。
[0035] 在又一方面，提供了一种W颗粒检测器检测颗粒的颗粒源确定方法，该方法包 括：
[0036] 发射已知偏振的光，使其撞击到颗粒流上；
[0037] 接收由所述流中的颗粒从发射的所述光所散射的光，在多个已知散射角和偏振接 收散射的所述光；
[0038] 基于一时间段内从单个颗粒接收到的散射光确定至少一个单颗粒散射参数，其中 在所述时间段内从多个颗粒接收散射光；
[0039] 将在多个散射角和/或偏振接收到的光W及所述单颗粒散射参数与用于颗粒的 多个已知类型的一系列代表性数据进行比较；W及
[0040] 基于所述比较确定在颗粒流中存在至少一种所述已知类型的颗粒；
[0041] 利用已确定存在的一种或多种颗粒类型，从给定的颗粒源中确定存在于颗粒流中 的颗粒的水平。
[0042] 优选地，每种已知类型的颗粒表示根据W下多个特征中的至少一个特征进行分组 的颗粒：
[0043] 颗粒尺寸范围；
[0044] 形成所述颗粒的材料。
[0045] 基于所述比较确定在颗粒流中存在至少一种所述已知类型的颗粒的步骤包括：确 定属于至少一种已知类型的颗粒在所述流中的比例。最优选地，所述方法包括按照颗粒的 多种已知类型确定所述流中颗粒的比例组分。
[0046] 利用已确定存在的一种或多种颗粒类型，从给定的颗粒源中确定存在于颗粒流中 的颗粒的水平的步骤包括：确定相较于总颗粒水平的相对水平。该步骤可W包括根据给定 的源对应的一组权重值对已确定的比例组分进行加权，W确定可归因于给定源的颗粒的水 平。
[0047] 该方法可包括显示归因于至少一种给定源的颗粒的水平。采用能够与其它给定源 或总颗粒水平相比较的方式，可W显示归因于给定源的颗粒的水平的显示。该方法也可包 括处理已确定的可归因于给定源的颗粒的水平W及如果所述水平满足一个或多个预定判 据则生成通知。
[0048] 优选地，确定颗粒的总表观颗粒亮度不取决于在所述多个散射角和/或偏振接收 到的光的水平。最优选地，从颗粒检测腔室的图像捕捉装置的输出确定所述总表观颗粒亮 度。同样优选地，在相应的多个光敏二极管处接收所述在所述多个散射角和/或偏振接收 到的光。优选地，颗粒的总表观颗粒亮度基于由图像捕捉装置接收到的从颗粒散射的光的 总量。
[0049] 在一些实施例中，单颗粒散射参数是一时间段内所做的单颗粒散射测量的中屯、趋 势的测量值。生成多个单颗粒散射参数，用于那些与具有不同散射特性（如尺寸范围，吸收 等）的颗粒相对应的具有落入不同范围的单颗粒散射参数的颗粒与不同散射特性颗粒所 对应的不同范围的单颗粒散射参数的颗粒。
[0050] 该方法可包括将表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的数据传输到至少一 个远程数据处理系统，用于执行方法的多个后续步骤。该方法还可包括将那些从中确定单 颗粒散射参数的数据传输到至少一个远程数据处理服务器。
[0051] 在又一方面，提供了一种用于确定颗粒材料存在的方法，其中基于由烟气检测腔 室中的多个传感器接收到的散射光，所述颗粒材料在气体样品中由至少一种给定颗粒源产 生，该方法包括；
[0052] 将利用多个传感器在多个散射角和/或偏振接收到的散射光W及单颗粒散射参 数与用于多个已知类型的颗粒的代表性数据相比较；化及
[0053] 基于所述比较确定至少一种所述已知类型的颗粒存在于颗粒流中；
[0054] 利用已确定存在的一种或多种颗粒类型确定来自给定颗粒源的颗粒流中存在的 颗粒的水平。
[00巧]在一个优选的形式中，该方法确定由一根或多根过热电线产生的颗粒材料的出 现。
[0056] 在另一优选的形式中，该方法确定由柴油机产生并排放到大气的废气排放物中的 颗粒材料的出现。
[0057] 优选地，所述方法确定由给定源产生的颗粒的水平。优选地，所述水平优选地相对 于检测到的总颗粒水平来确定。
[0058] 优选地，使用本发明的上述方面的实施例来执行所述方法。
[0059] 在又一方面，提供了一种用于对颗粒检测系统的输出进行分析的系统，该系统包 括：
[0060] 数据处理系统，其经配置W接收至少散射数据，所述散射数据表示由颗粒检测系 统接收到散射光并且指示由所述颗粒检测系统分析的颗粒的存在；所述数据处理系统经配 置W处理：接收到的所述数据；多个已知类型的颗粒的数据；W及表示由至少一种给定的 颗粒源引起的颗粒物质的组分的数据；W便生成表示由所述颗粒检测系统从所述源中检测 到的颗粒水平的输出。
[0061] 数据处理系统能够接收表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的数据W及那 些能够从中确定单颗粒散射参数的散射光数据。。优选地，不同于那些能够从中确定单颗粒 散射参数的所述数据，从不同的光接收部件获得表示在多个散射角和/或偏振接收到的光 的所述数据。
[0062] 优选地，数据处理系统适用于执行数据处理步骤W形成部分根据本发明前述任一 个方面的方法。
[0063] 在优选形式中，数据处理系统的定位远离所述颗粒检测系统。数据处理系统可与 多个颗粒检测系统相连接，从而能够分析每个系统的输出。
[0064] 在又一方面，提供了一种用于颗粒检测器中散射源的光束强度的调制方法。该方 法