本申请要求2015年9月30日提交的美国临时专利申请62/235,190的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明涉及颗粒物(PM)传感器，并且具体地涉及借助于光散射技术来测量大气中的微米级颗粒物浓度的光学颗粒计数器。
背景技术：
PM是物理污染物，其由悬浮在空气中的微观固体或液体颗粒组成。例如，PM 2.5通常是指直径小于2.5μm的颗粒，并且PM 10通常是指直径小于10μm的颗粒。这些颗粒对人体特别有害，因为它们可渗透过呼吸系统的过滤器官并扩散到血流中，从而引发呼吸和心脏问题。
测定PM浓度的常用方法是借助于光学颗粒计数器(OPC)。通常，OPC由风扇或泵组成，所述风扇或泵可产生压力差，这允许收集明确限定的空气体积。收集的空气样本借助于高精度喷嘴和清洁气片(air sheet)成型，并且通过激光束。激光束通过一系列透镜和光学元件聚焦和成形。悬浮在气溶胶样本中的颗粒在由激光束击中时散射光。由颗粒散射的光击中光检测器，所述光检测器将散射光转换成电信号。通过分析信号，获得颗粒的计数浓度和尺寸分布。透镜、反射镜或其他光收集技术用于将最大量的散射光引入检测器中，以便检测直径可小至几十分之一微米的非常小的颗粒。
因为一些光学部件的高成本、对准和校准所有元件的劳动密集型过程以及各种组件的大尺寸等等使得传统的OPC系统昂贵且笨重。
技术实现要素：
因此，本发明的总体目的是提供一种克服上述缺点的光学颗粒计数器及其用途。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学颗粒计数器，所述光学颗粒计数器包括光源、积分球、光阑、光检测器、用于进气口的通道和用于出气口的通道。光源被布置来将光束聚焦在积分球的中心。光阑被布置来在光束离开积分球之后停止光束。用于进气口和出气口的通道被构造来允许气溶胶样本进入积分球、横穿光束并退出。优选的是，光检测器被布置来收集由悬浮在气溶胶样本中的颗粒在由光束击中时散射的光，并且将散射光转换成电信号。不一定所有气溶胶样本都需要由光束击中。在这种测量例如经由校准仍然提供有效结果的情况下可以是仅气溶胶样本的一部分被击中，所述校准例如将测量结果映射到完整的气溶胶样本。
在一个非常优选的实施方案中，光学颗粒计数器包括外壳，具体地包括注射模制外壳部分，优选地包括并且甚至更优选地由两个半部组成。优选的是，外壳包括优选地注射模制的单件底座部分和优选地注射模制的单件盖部分。底座部分和盖部分可最后例如借助于粘合剂或者通过夹紧、胶合、拧紧等中的一种或多种而彼此附接。在一个实施方案中，盖子可各自附接到每个注射模制部分，所述盖子不一定需要注射模制，或者可在不同的实施方案中被整合并注射模制。优选的是，外壳具有整合在其中的用于进气口的通道和用于出气口的通道以及各种接收部，以用于将部件插入对应的接收部中。在外壳包括两个注射模制半部的情况下，优选的是，每个接收部由两个凹陷部形成，一个在底座部分中，另一个在盖部分中，所述凹陷部响应于将半部彼此附接而形成接收部，且在附接之前将主体部件布置在接收部中。优选地，通道借助于凹陷部对称地构造在两个半部中。优选地，共用接收部或通道的凹陷部彼此对称。
这些实施方案不仅能够实现简单的制造过程，而且能够促进小型OPC，因为通过将部件插入对应的接收部中可完全填满外壳。外壳的注射模制部分被优选地设计成使得外壳的占有面积被最佳地使用：因此，外壳内部的壁限定了充当各种部件的保持件的各种通道和接收部。一些功能甚至可由外壳壁本身执行，例如像积分球或光阑。
优选地，在一个实施方案中，除了表示光阑的壁和/或加热器所附接到的壁之外，底座部分和盖部分表示对称的半部。
积分球优选地由外壳形成，即通过注射模制外壳本身而形成，并且因此置于外壳内部。积分球因此通过由注塑模具限定的外壳的内壁形成和成型。在两个半部组成外壳的情况下，优选的是，底座部分限定了积分球的半球，并且盖部分限定了积分球的另一个半球。
两个半球的表面优选地由漫反射涂层覆盖，以便反射由球体中的颗粒散射的光，以使颗粒最终到达光收集器以便收集在那里。
在将要嵌入这种外壳中的部件的数量最少的情况下，对于这种光学颗粒计数器可实现较小尺寸。在一个实施方案中，积分球的半径为1cm或更小。例如，OPC可实现80mm或更小的长度、40mm的宽度或者小于30mm或更小的高度的尺寸。具体地，避免了透镜和/或反射镜和/或滤光器，使得光学颗粒计数器不含此类部件。但是，优选地是容纳部件本身的光源可在其外壳中包含一个或多个光学元件，所述光学元件允许靠近光源整合，所述光学元件例如可为激光单元或LED单元。具体地，积分球内部不含任何孔和/或管和/或喷嘴。
在优选的实施方案中，用于进入积分球中的进气口的通道部分被设计成朝向积分球渐缩。所述渐缩形成进入积分球中的限定的气溶胶流，从而淘汰任何其他的流成形装置。用于进气口的通道的渐缩区段优选地正交于用于进气口的通道的其余区段定向，这促成了OPC的紧凑尺寸。优选地，光学颗粒计数器被实施成除了渐缩之外不含用于将气溶胶样本流成形到积分球中的装置。具体地，光学颗粒计数器不含用于提供鞘流的装置。
在本发明的优选实施方案中，除了任何反射涂层之外，外壳是黑色的。因此，外壳在很大程度上吸收任何入射光。通道(也称为端口或包括端口)优选地被布置来不允许阳光/光直接撞击到积分球中。
在一个实施方案中，独立于外壳(其是注射模制外壳)或者与注射模制外壳相结合的是，光检测器(优选地为单个光电二极管)被优选地布置在积分球中的位置处，其中距用于进气口的通道的距离小于距用于出气口的通道的距离。优选地，光检测器被靠近入口端口布置、并且优选地与出口端口相比更靠近入口端口布置，靠近入口端口布置是有益的，以便避免光检测器由气溶胶流污染。气溶胶流在球体的相对一半处被引导，然而只要可能由渐缩形状支撑的入口端口是不促进这种沉降的位置，靠近入口端口仅有很少颗粒可沉降。优选地，光检测器的位置相对于被限定为从积分球的中心到进入积分球中的进气口的通道的入口孔的线的轴线在45°或更小的角度内布置。如在图中所示的一些实施方案中所建议的，积分球中部的光检测器的位置应当仅仅表示在积分球的某个位置处的象征性布置。
在一个实施方案中，空气/气溶胶样本的供应可由诸如风扇或鼓风机的致动器支持。风扇或鼓风机可被实施为将要插入到外壳的对应接收部中的容纳部件。风扇或鼓风机被布置来以恒定的速率迫使气溶胶样本通过通道。一种不同的致动器可为加热器。所述加热器可被布置来将对流力施加到进入积分球中的气溶胶样本上，并且因此支持其通过积分球的运送。然而，在不同的实施方案中，可既不提供风扇或鼓风机也不提供加热器，使得OPC不含致动器。
在优选实施方案中，用于进气口的通道和用于出气口的通道中的一个或多个被布置成通过经过相应通道的空气来冷却光源。光源可自我加热。在通道被设计成使得通过的空气还在光源周围循环、或者经过将通道与光源分开的壁并且显示出足以允许冷却光源的热系数的情况下，光源可同时被冷却。
在除光源之外或替代光源的不同实施方案中，输入或输出通道之一中的空气或气溶胶流可用于冷却光阑。所述光阑优选地例如通过合适的表面(诸如锯齿表面)转换热能中的光能。同样，主体通道优选地被设计成使得通过的空气还在光阑周围循环、或者经过限定了光阑的壁并且显示出足以允许冷却光阑的热系数的情况下，光阑可同时被冷却。
优选地，一个或多个孔可以将要插入到外壳中的单独部件的形式来提供，其中一个或多个孔被布置成在光束进入积分球之前由光束穿过，并且优选地，其中一个或多个孔被构造来去除来自光模块的杂散光。
根据本发明的另一方面，提出了OPC的实施方案的不同用途：在一个实施方案中，OPC可在独立模式中使用或者用于与其他装置(具体地与智能手机)无线通信。OPC可用于空调机组、空气净化器、运输车辆、物联网传感器节点、移动手持设备或可穿戴设备中的一个中。
装置的实施方案显示出与复杂且昂贵的OPC高度一致的信号响应，同时维持小尺寸、低功率要求以及较低的部件和生产成本。由于这些特征，装置的实施方案可用作允许个人测量他们对PM的暴露的个人监视器。装置的实施方案也可嵌入到范围广泛的产品和系统中，包括但不限于空调机组、空气净化器、运输车辆、物联网(IoT)传感器节点、移动手持设备和可穿戴设备。装置的实施方案可在独立模式中记录空气质量数据，或者将空气质量数据无线地传送到其他装置，诸如智能手机和/或任何其他合适的装置。空气质量数据可与关于测量位置的信息相结合以创建密集的空气质量地图。
附图说明
当结合以下附图考虑时，参考以下对所公开的主题的详细描述，可更好地理解所公开实例的各种目的、特征和优点，其中相同的附图标记标识相同的元件。
图1示出根据本发明的实施方案的OPC。
图2示出根据本发明的实施方案的在不同时间检测颗粒的过程中OPC的操作。
图3示出根据本发明的实施方案的OPC。
图4示出根据本发明的实施方案的在不同时间检测颗粒的过程中OPC的操作。
图5示出根据本发明的实施方案的OPC。
图6示出根据本发明的实施方案的在不同的PM浓度环境下检测颗粒的过程中OPC的操作。
图7示出根据本发明的实施方案的OPC的信号处理的流程图。
图8示出根据本发明的实施方案的OPC的三维(3D)计算机辅助设计(CAD)模型，同时表示根据本发明的实施方案的OPC。
图9示出根据本发明的实施方案的图8的分解图。
图10示出根据本发明的实施方案的OPC的3D CAD模型，同时表示根据本发明的实施方案的OPC。
图11示出根据本发明的实施方案的OPC的3D CAD模型，同时表示根据本发明的实施方案的OPC。
图12示出根据本发明的实施方案的图11的分解图。
图13示出根据本发明的实施方案的OPC的分解图。
具体实施方式
为了提供对所公开的主题的透彻理解，阐述了关于所公开的主题的系统、方法和介质以及此类系统、方法和介质可在其中操作的环境的许多具体细节。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可在没有此类具体细节的情况下实践所公开的主题，并且未详细描述在本领域中众所周知的某些特征以便避免复杂化所公开的主题。此外，将理解的是，以下提供的实例是示例性的，并且预期存在在所公开的主题的范围内的其他系统、方法和介质。
本章节中描述的感测技术提供了简单有效的方法来收集和分析由微观颗粒散射的光，以推断空气中的PM浓度。这些感测技术允许创建具有成本效益且尺寸较小的装置的实施方案。具体地，实施方案的尺寸可缩小到毫米立方域或任何其他合适的尺寸。
图1示出根据本发明的实施方案的OPC 100。OPC 100包括：包含用于使激光束102成形的光学器件的激光模块101、一个或多个孔103、积分球104、光阑105、光检测器106、用于进气口的通道107、用于出气口的通道108以及风扇或鼓风机109。尽管图1包括九个部件，但是一个或多个部件可分成更多部件、组合成更少部件、重新布置、更改、添加和/或移除。在一些实施方案中，激光模块101可用其他合适的光源替换。作为非限制性实例，激光模块501可用发光二极管(LED)模块替换，并且激光束102可用LED光束替换。在一些实施方案中，积分球104可被修改成具有非球形以便于在小尺寸范围内进行产生并且为颗粒移动通过提供更好的流线型路径。
在图1中，激光模块101将激光束102聚焦在积分球104的中心。在进入积分球之前，激光束102通过一个或多个孔103，所述孔103可去除来自激光模块101的杂散光。在离开积分球104之后，激光束由光阑105停止。用于进气口的通道107和出气口的通道108允许气溶胶样本进入积分球104、横穿激光束102并离开。风扇或鼓风机109以恒定的速率迫使气溶胶样本通过通道。通道107和108的设计不允许环境光进入球体104。作为光-电压转换器或任何其他合适部件的光检测器106可位于积分球的一个输出端口处或任何其他合适的位置。当没有气溶胶样本流过OPC 100时，没有来自激光模块101的光(或者最小量的光)击中积分球104或光检测器106的壁。
图8示出根据本发明的实施方案的OPC 100的3D CAD模型。图9示出根据本发明的实施方案的图8的分解图。图8和9中示出的3D CAD模型是非限制性的，并且其他合适的实施方案均落在本发明的精神和范围内。
图2示出根据本发明的实施方案的在不同时间检测颗粒的过程中OPC 100的操作。具体地，图2的左侧表示在时间t1、t2和t3处检测颗粒的过程中的OPC 100。在图2中，201表示装置中的气流；202表示颗粒；并且203表示由颗粒散射的光。图2的右侧表示来自光检测器的信号的时间演变。
由OPC 100使用的感测技术描述如下。当没有颗粒横穿激光束102时，来自光检测器106的信号保持恒定且较低，如时间t1处所示。当悬浮在气溶胶样本中的颗粒进入激光束102时，颗粒在所有方向上散射光。光由积分球104的表面反射。积分球表面104及其几何形状的漫反射率确保由颗粒散射的几乎全部的光通过其端口离开积分球104。因此，高百分率的散射光从光检测器106所在的端口离开。如时间t2处所示，光检测器106将所述光转换成高信号。当颗粒离开激光束时，不再有光击中光检测器106，并且信号回到低点，如时间t3处所示。结果是，颗粒通过激光束产生时间上的信号峰值。气溶胶样本中的颗粒的计数浓度(例如，#/cm3)是每秒峰值数(例如，#/s)和气溶胶样本通过装置的体积流速(例如，cm3/s)的函数。如由米氏散射理论所描述的，由颗粒散射的光的强度是其尺寸和入射光强度的函数。通过测量峰值的幅值来估计颗粒的尺寸。以这种方式，获得穿过装置的颗粒的尺寸分布。从这种尺寸分布，假设颗粒的质量密度，可获得PM质量浓度(例如，μg/cm3)。
图3示出根据本发明的实施方案的OPC 300。图3包括：包含用于使激光束302成形的光学器件的激光模块301、一个或多个孔303、两个积分球304和305、光阑306、两个光检测器307和308、用于进气口309的通道、用于出气口的通道310、风扇或鼓风机313、以及两个端口311和312(端口311和312是积分球的两个端口)。在图3中，一个或多个部件可分成更多部件、组合成更少部件、重新布置、更改、添加和/或移除。在一些实施方案中，激光模块301可用其他合适的光源替换。作为非限制性实例，激光模块301可用LED模块替换，并且激光束302可用LED光束替换。在一些实施方案中，积分球304和305可被修改成具有非球形以便于在小尺寸范围内进行产生并且为颗粒移动通过提供更好的流线型路径。当在测量颗粒的尺寸分布中需要高精度时，OPC 300的实施方案是有用的。在所述实施方案中，激光模块301将激光束302聚焦在两个积分球304和305的中心。在进入第一积分球之前，激光束穿过一个或多个孔303，所述一个或多个孔303除去来自激光模块的杂散光。在离开第二积分球305之后，激光束由光阑306停止。用于进气口309和出气口310的通道允许气溶胶样本进入两个积分球的两个端口之间的空间、横穿激光束并离开。风扇或鼓风机313以恒定的速率迫使气溶胶样本通过通道。通道的设计不允许环境光进入积分球。两个光-电压转换器、光检测器307和308分别位于积分球304和305中。光检测器307和308可位于积分球304和305的输出端口处或任何其他合适的位置。当没有气溶胶样本流过OPC 300时，没有来自激光器的光(或者最小量的光)击中光检测器或积分球的壁。
图10示出根据本发明的实施方案的OPC 300的3D CAD模型。图10中示出的3D CAD模型是非限制性的，并且其他合适的实施方案落入本发明的精神和范围内。
图4示出根据本发明的实施方案的在不同时间检测颗粒的过程中OPC 300的操作。具体地，图4的左侧表示在时间t1、t2和t3处检测颗粒的过程中的OPC 300。图4重新标记OPC 300的部件。具体地，401表示OPC 300中的气流；402表示颗粒；403和406表示两个积分球；404和407表示两个光检测器；405和408表示积分球的两个端口；并且409和410表示由颗粒散射的光。图4的右侧表示来自光检测器404和407的信号的时间演变。
由OPC 300使用的感测技术描述如下。当没有颗粒横穿激光束时，来自光检测器404和光检测器407两者的信号保持恒定且较低，如时间t1处所示。当悬浮在气溶胶样本中的颗粒进入激光束时，所述颗粒在所有方向上散射光。光可散射并进入两个积分球中：作为相对于激光束的方向“向前”散射的光的前向散射波瓣410通过端口408进入积分球406，而作为相对于激光束的方向“向后”散射的光的后向散射波瓣409通过端口405进入积分球403。每个积分球的表面及其几何形状的漫反射率确保进入球体的几乎全部的光通过其端口离开。因此，高百分率的散射光从光检测器所在的端口离开。光检测器407接收来自前向散射波瓣410的光，并且光检测器404接收来自后向散射波瓣409的光。如由米氏散射理论所描述的，前向和后向散射波瓣可具有不同的强度，并且这种差异与颗粒尺寸成比例并且与入射光强度无关。两个光检测器404和407输出具有不同幅值的高信号，如时间t2处所示。当颗粒离开激光束时，不再有光击中光检测器，并且信号回到低点，如时间t3处所示。结果是，颗粒通过激光束从光检测器404产生时间上的信号峰值并且从光检测器407产生时间上的信号峰值。峰值是同步的但具有不同的幅值。通过获得两个峰值的幅值的比率，不依赖于击中颗粒的激光器的功率来获得关于颗粒尺寸的信息。
图5示出根据本发明的实施方案的OPC 500。图5包括：包含用于使激光束502成形的光学器件的激光模块501、一个或多个孔503、积分球504、光阑505、光检测器506、两个端口507和508以及加热器509。两个端口507和508可允许气溶胶样本进入积分球507和508。在一些实施方案中，不使用风扇或鼓风机来产生恒定气流。在图5中，一个或多个部件可分成更多部件、组合成更少部件、重新布置、更改、添加和/或移除。在一些实施方案中，激光模块501可用其他合适的光源替换。作为非限制性实例，激光模块501可用LED模块替换，并且激光束502可用LED光束替换。在一些实施方案中，积分球504可被修改成具有非球形以便于在小尺寸范围内进行产生并且为颗粒移动通过提供更好的流线型路径。
在图5中，激光模块501将激光束502聚焦在积分球504的中心。在进入积分球504之前，激光束502通过一个或多个孔503，所述一个或多个孔503可去除来自激光模块501的杂散光。在离开积分球504之后，激光束502由光阑505停止。端口507和508允许气溶胶样本进入积分球504、横穿激光束502并离开。加热器509被放置在端口507的前部。加热器509产生垂直于激光束502的温度梯度。热泳力作用于球体周围和球体中的气溶胶样本的悬浮颗粒。所述力推动颗粒横穿激光束502。作为光-电压转换器或任何其他合适部件的光检测器506位于积分球504的一个输出端口处或任何其他合适的位置。当在OPC 500中不存在气溶胶样本时，没有来自激光器的光(或者最小量的光)击中光检测器506或积分球504的壁。在一些实施方案中，激光器的波长和光检测器506的峰值检测波长处于红外区域中，从而减少来自环境光的干扰。在其他实施方案中，激光器的波长和光检测器的峰值检测波长处于可见光范围中，并且端口507和508前部的结构阻挡环境光进入积分球504。在一些实施方案中，端口507和508前部的结构防止外部气流对积分球504中和周围的气溶胶样本的速度产生影响。
图11示出根据本发明的实施方案的OPC 500的3D CAD模型。图12示出根据本发明的实施方案的图11的分解图。图11和12中示出的3D CAD模型是非限制性的，并且其他合适的实施方案落入本发明的精神和范围内。
图6示出根据本发明的实施方案的在不同的PM浓度环境下检测颗粒的过程中OPC 500的操作。在图6中，601表示温度梯度；602表示颗粒；603表示信号基准面(例如，当积分球504中不存在气溶胶样本时的信号值)；604表示在低浓度下的传感器信号；605表示在中等浓度下的传感器信号；并且607表示在高浓度下的传感器信号。在图6中，由于由温度梯度601引起的热泳力，颗粒602移动通过积分球。图6的右侧示出在增加的(自上而下)PM浓度环境中的传感器信号的快照。
由OPC 500使用的感测技术描述如下。由于由加热器509产生的温度梯度601，颗粒602经受热泳力。积分球504外部的颗粒经受所述力并且在积分球504内部移动，其中它们穿过激光束502并在所有方向上散射光。凭借积分球504的扩散性，大百分率的散射光被由光检测器506收集，所述光检测器506输出信号峰值。由于缺少由风扇或鼓风机强迫的气流，与前述实施方案中所描述的相比，颗粒需要更长时间来穿过激光束，并且因此导致具有更长峰值宽度的峰值。峰值宽度随着移动通过积分球504的颗粒的速度而变化。在低PM浓度环境604中，信号峰值不同并且相距较远，并且可看到从信号基准面(如信号603所示)上升。然而，随着浓度的增加，峰值开始重叠，并且进而从信号基准面603升高信号基底。如由信号605和606所示，信号基底随着周围环境的PM浓度的增加而升高。这一观察结果使得信号下方的区域(信号随时间的积分)成为与空气中的PM浓度相关的重要参数。积分球504外部的空气的扰动可改变颗粒穿过积分球的速度。平均峰值宽度用于应对这种变化，使得可独立于空气的外部移动形成传感器的输出(PM浓度)。可替代地，信号的均方根误差(RMSE)用于应对外部空气扰动的影响。PM质量浓度最终根据信号随时间的积分和平均峰值宽度或RMSE来计算。在另一个实施方案中，根据信号随时间的积分来计算PM浓度，而一些外部物理结构将防止外部气流对积分球内部的流动产生影响。
图7示出根据本发明的实施方案的OPC的信号处理的流程图。在图7中，一个或多个步骤可分成更多步骤、组合成更少步骤、重新布置、更改、添加和/或移除。首先，使用带通滤波器对来自光检测器的信号进行滤波。随后，将信号放大。使用模数转换器(ADC)将放大的模拟信号转换成数字信号。ADC以足够高的采样率对模拟信号进行采样，以实时分辨峰值。数字信号处理器(DSP)运行算法来计算每秒的峰值，并且因此获得每秒的颗粒数量(例如，#/秒)以及峰值的幅值。计数浓度(例如，#/cm3)通过将每秒的峰值数(例如，#/秒)除以与气溶胶样本通过传感器的体积流速(例如，cm3/秒)成比例的校准常数而获得。由DSP使用这个数据，以基于幅值计算颗粒尺寸。在一个实施方案中，仅使用三个阈值。一个阈值使得其以下的峰值被作为电噪声而丢弃。第二个阈值使得其以下(并且高于第一阈值)的峰值被算作直径小于2.5微米(包括端值在内，例如PM 2.5)或者任何其他合适直径的颗粒。第三个阈值使得其以下(并且高于第一阈值)的峰值被算作直径小于10微米(包括端值在内，例如PM 10)或者任何其他合适直径的颗粒。在其他实施方案中，更多此类阈值被用来区分更多的颗粒尺寸。从穿过传感器的颗粒的颗粒尺寸和假定的质量密度实现了PM质量浓度(例如，μg/cm3)。空气质量指数(AQI)按照由例如世界卫生组织(WHO)提供的指导方针从PM质量浓度来计算。每秒的颗粒数量、计数浓度、气溶胶样本流的质量浓度以及AQI构成PM数据。在一些实施方案中，来自诸如湿度、温度和各种化学传感器的其他传感器的数据被馈送到DSP并且聚合到PM数据。来自其他传感器的数据可用于提高PM数据的准确性。在一个实施方案中，PM数据通过Wi-Fi或其他无线通信协议(例如ZigBee、蜂窝网络等)直接传输到云服务。在另一个实施方案中，使用诸如SPI、I2C等的有线通信协议将PM数据传输到诸如空气净化器、空调系统等的终端应用。所述终端应用负责将PM数据上传到云服务。在另一个实施方案中，PM数据通过蓝牙低功耗(BLE)传输到智能装置应用。智能装置应用随后使用智能装置的无线功能将数据上传到云服务。前述云服务收集并分析来自全球多个传感器的数据、生成密集的空气质量地图、并且提供有用的信息，以用于对已部署的传感器进行实时校准，以便提高其可靠性、准确性和使用寿命。在一些实施方案中，校准数据可经由空中(OTA)固件升级而应用到传感器的数字信号处理器。算法改进和新特征也可经由OTA固件升级推送到所有传感器。
图13示出根据本发明的实施方案的OPC 100的分解图。OPC 100包括外壳，所述外壳包括两个半部，即底座部分11和盖部分12。部分11和12两者都通过注射模制来制造，并且因此由塑料制成。在部分1和12两者的准中心位置中，半球各自由相应的部分11和12的对应的壁形成。每个半球涂覆有光学漫反射涂层。响应于将底座部分11附接到盖部分12或反之亦然，两个半球形成积分球104，诸如环境空气的气溶胶样本被供应到所述积分球104中。目前，附图标记107代表用于进气口的通道，所述通道具有与稍后被引入的光束平行的部分1072，而部分1071被布置成与部分1072正交并且与积分球104连通，即通向积分球104。所述部分1071具有渐缩形状，从而使得任何特定的喷嘴变得冗余，并且使进入积分球104的气溶胶流成形。激光模块101被布置在底座部分11的对应凹陷部中，并且当被夹在一起时将被接收在盖部分11的对应凹陷部中。在这个实施方案中，孔103不被实现为如图8和9的实施方案中所示的单独部件，而是以具有小孔的壁的形式整合在底座部分11和盖部分12中。光检测器106被靠近渐缩入口通道部分1071的入口布置，即靠近进入积分球104的入口端口布置，以便不暴露于颗粒并导致污染。积分球104的出气口的通道108与其入口端口107相对而离开积分球104，并且包括与部分1082正交的部分1081和与部分1081平行的部分1083。
在激光模块101中产生的激光束穿过孔103、横穿积分球104、并且在从积分球104离开之后遇到光阑105。光阑105被实现为吸收入射光的外壳壁的锯齿形表面。
从图13的布置可得出，用于出气口108的通道经过限定了光阑105的壁。因此，经过用于出气口的通道的空气支持冷却响应于吸收激光而加热的光阑。
应当理解，所公开的主题在其应用中不限于在以下描述中阐述或者在附图中展示的构造的细节和部件的布置。所公开的主题能够具有其他实施方案并且能够以各种方式实践或执行。另外，应当理解，本文采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。
因此，本领域技术人员将理解，本公开所基于的概念可容易地用作用于设计用于执行所公开主题的多个目的的其他结构、系统、方法和介质的基础。
虽然已在前述示例性实施方案中描述和展示了所公开的主题，但是应当理解，已仅通过实例实现本公开，并且可在不脱离所公开主题的精神和范围的情况下进行所公开的主题的实现方式的细节的许多变化。