一种粒子浓度检测系统的自校准方法与流程

本发明涉及空气传播粒子的检测，尤其涉及一种光学原理粒子浓度检测，属于空气质量监测技术领域。

背景技术：

近年来，空气传播粒子(airborneparticle)作为空气中重要的污染物之一备受关注。空气传播粒子对人类危害极大，尤其是小粒径粒子，能长时间飘浮于大气中，难以沉降到地面，易进入人体呼吸道，并且粒径越小，在人体呼吸道中的沉降位置越深，危害越大。《环境空气质量标准》将环境空气中空气动力学当量直径≤10μm的空气传播粒子称为可吸入颗粒物pm10，将环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm的粒子称为细颗粒物pm2.5。pm10易沉积在上呼吸道，引发各种疾病；pm2.5能够沉积在支气管和肺部，并且更易吸附有毒害的物质进入体内，危害人体健康。因此，对环境空气中空气传播粒子浓度的准确测量显得格外重要。基于光学原理的粒子检测方法目前在国内外被大量采用，由于光学粒子检测系统(例如，光学粒子传感器)具有小型化、实时感测和成本低等特点，被广泛应用于空气净化器、新风系统、空调、空气质量检测装置等设备。

光学粒子检测系统的光源单元、光接收单元、光路设计、信号处理以及粒子感测算法(particlesensingalgorithm)等方面的设计各有不同，例如，光发射单元主要有红外光和激光，粒子浓度感测原理包括光散射光度计法(lightscatteringphotometersmethod)和光散射粒子计数法(lightscatteringparticlecountermethod)，具有或者不具有引入受控气流的风扇。不同设计的光学粒子检测系统的系统特性各有不同，包括检测系统的粒径感度(particlesizesensitivity)、分辨率、量程、测量精度、响应时间、测量重复性及长期稳定性(measurementrepeatabilityandlong-termstability)、测量的漂移特性(measurementdriftcharacteristics)、使用寿命以及产品成本等方面的产品特性各有优缺点。

另一方面，光学粒子检测系统长期使用后光源单元的光强衰减、系统内部积灰和光路结构件发生形变等因素所造成的光路特性变化，系统其他部件的特性改变(例如，风扇的变化导致受控气流发生变化)，以及系统运行环境的温湿度变化等因素，均将引起检测系统的输出特性发生变化，由此导致光学粒子检测系统的测量输出产生较大的误差，或者说测量数据漂移。

技术实现要素：

在基本特征中，本发明利用光学粒子浓度检测系统应用设备的功能特性和空气传播粒子自然沉降的机理，提供了一种基于足够多的样本量来统计分析所检测到的环境空气测量值并依此来对光学粒子浓度检测系统进行自校准的方法，有效改善了该系统的测量数据漂移问题，提高了该系统的测量精度。由此，本方法允许将具有自校准功能的粒子浓度检测合并到光学粒子传感器、空气净化器、新风系统、空调、便携式空气质量检测装置等设备中。

在本发明的一个方面，所述的粒子浓度检测系统包括：信号处理单元，以及与该信号处理单元通信耦合的光传感器。其中，所述光传感器感测进入其粒子检测区域的环境空气并输出检测到的电信号；所述信号处理单元对从光传感器接收到的电信号进行滤波放大、采样及数字化处理后，形成与被感测粒子散射光强度直接相关的能力倾向(aptitude；例如，电压幅度、adc采样或者阈值电压截取的脉冲信号)值，然后记录、分析和计算该能力倾向值数据并参考存储的标定值来确定检测到的粒子浓度。所述标定值为信号处理单元中存储的预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系。

在一些实施例中，该系统还包括：与所述信号处理单元通信耦合的输出接口，其中，所述信号处理单元向所述输出接口发送检测到的粒子浓度信息。

在本发明的另一个方面，所述粒子浓度检测系统的自校准方法包括：所述信号处理单元以预定的样本量统计分析检测到的环境空气测量值，所述信号处理单元以所统计样本中最低的环境空气测量值与预定参考值的差异来判定所述系统的测量数据是否存在漂移以及测量数据的漂移程度，所述信号处理单元依据所述漂移程度来进行数据校准。

在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统依据外部设备的工作状态所确定的预定工作时间段内检测到的环境空气测量值。

在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统累计预定工作时间内检测到的环境空气测量值。在这些实施例中的一些实施例中，所述预定工作时间为一个≥12小时的确定时间。

在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的能力倾向值数据。在这些实施例中的一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。

在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的粒子浓度值。在这些实施例中的一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。

通过参考结合以下简要描述的附图的详细描述，将更好地理解本发明的上述方面和其他方面。当然，本发明由所附权利要求所限定。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状、比例尺寸和相互间的结构组成等仅为示例性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状、比例尺寸和相互间的结构组成。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状、比例尺寸和相互间的结构组成来实施本发明。

图1示出了本发明的具有自校准功能的粒子浓度检测系统的一种示例性结构示意图。

具体实施方式

图1示出了在本发明的一些实施例中的具有自校准功能的粒子浓度检测系统。例如，可以将该系统集成为应用于空气净化器、新风系统、空调、便携式空气质量检测装置中的光学粒子传感器。该系统包括：光传感器110，其内部光检测器117感测内部光源111发射的、经第一透镜112准直的检测光113投射至粒子感测区域114后被粒子散射所产生的散射光115且被第二透镜116所汇聚的光线并变换输出对应的电信号；通信地耦合在光传感器110和输出接口130之间的信号处理单元120。其中，光传感器110感测进入其粒子检测区域114的环境空气并输出检测到的电信号；信号处理单元120对从光传感器110接收到的电信号进行滤波放大、采样及数字化处理后，形成与被感测粒子散射光强度直接相关的能力倾向值，然后记录、分析和计算该能力倾向值数据并参考存储的标定值来确定检测到的粒子浓度。所述标定值为信号处理单元120中存储的预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系。

接下来，所述系统的自校准方法包括：信号处理单元120以预定的样本量统计分析检测到的环境空气测量值，信号处理单元120以所统计样本中最低的环境空气测量值与预定参考值的差异来判定所述系统的测量数据是否存在漂移以及测量数据的漂移程度，信号处理单元120依据所述漂移程度来进行数据校准。

在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统依据外部设备的工作状态所确定的预定工作时间段内检测到的环境空气测量值。

在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统累计预定工作时间内检测到的环境空气测量值。在这些实施例中的一些实施例中，所述预定工作时间为一个≥12小时的确定时间，例如，24小时、36小时、48小时或72小时等。

在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的能力倾向值数据。在这些实施例中的一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。

在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的粒子浓度值。在这些实施例中的一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。

可以将该系统构成部件分布于光学粒子传感器、空气质量检测装置及其所应用的空气净化器、新风系统或空调等设备中的一个或多个装置。

可以使用可在微处理器上执行的软件、定制电路或者其组合来执行由信号处理单元120执行的此处描述的功能。

本领域普通技术人员将意识到，在不背离本发明的精神和本质特征的情况下，可以通过其他特定的形式来实施本发明。因此，本描述在各个方面被视为示意性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求指示，并且旨在将其等效物的含义和范围中所伴有的所有改变包括在其中。