多感测环境监视设备与方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年6月24日、申请号为201180031381. 4、发明名称为"多 感测环境监视设备与方法"的发明专利申请的分案申请。
[0002] 对相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求于2010年6月25日提交的美国临时专利申请No. 61/358,729的优先 权。
技术领域
[0004] 本发明的实施方式总体上涉及环境监视设备。
【背景技术】
[0005] 在许多工业的工作环境中，工人处于暴露于多种危险性环境物质的危险之中，例 如有毒的或者高度易燃的气体、缺氧环境或者辐射等等，这些都对工人的安全构成严重的 威胁。为了保证工人安全，使用专门的环境监视设备来提醒工人其直接所处环境中的危险 变化。
[0006] 现行实践涉及使用监视其部署位置周围环境的固定点监视设备或者由工人携带 以便监视其直接所处的附近区域的便携式监视设备。固定点监视设备一般用在潜在危险的 地点（例如封闭的空间）周围，以在工人进入之前警告他们。便携式监视设备常常用于个 人保护。这些监视设备可以具有监视一种特定物质的单个传感器或者各自监视不同物质的 多个传感器（一般是两个至六个）。
[0007] 假定这些环境监视设备是生命攸关的，那么设备适当和准确地工作就很重要。目 前的实践涉及周期性的碰撞测试和监视设备校准，以保证正常工作。碰撞测试涉及把监视 设备暴露于测定的气体量并且验证设备如设计的那样作出响应，即，感测到气体并给出警 报。校准涉及把设备暴露于测定的气体量并且调整传感器的增益，使得其准确地读出气体 的量。校准的目的是维持监视设备随时间的精度。
[0008] 由领先的环境监视器制造商所遵循的最佳现行办法建议在每天工作之前碰撞测 试监视设备并且至少每三十天校准设备一次。尽管许多制造商出售当监视设备对接时自动 执行校准和碰撞测试的自动化对接站，但是现行实践还有许多缺点。
[0009] 固定的碰撞与校准策略，例如目前所实践的，不考虑传感器或环境监视设备的实 际状态。这种固定策略（每天的碰撞测试和每三十天的校准）就其本质而言是许多情况下 过于严格和许多其它情况下过于自由的折中。
[0010] 假定对接操作需要用户把监视器带到中央位置以便执行碰撞测试和校准，所述中 央位置通常在工作区域外面，那么在不危及安全的情况下尽可能多地最小化/优化这个操 就很有价值。
[0011] 阈限值（TLV)，即，对大多数人不会造成不利的健康影响的、随时间重复暴露于危 险性物质的最大暴露，随着科学认识和证据的增长及我们积累更多的经验而不断地被监管 机构减小。这些减小常常是相当惊人的，如在最近（2010年2月）由美国政府工业卫生学 家会议（ACGIH)所推荐的对H2S暴露的减小。ACGIH把针对H2S的对八个小时平均的TLV从 IOppm的时间加权平均值（TWA)减小到Ippm的TWA。这种减小的影响使得重视测量的准确 性。固定校准策略的现行实践，例如每三十天一次的校准，可能不足以保证准确性的水平满 足更严格的新兴TLV。尽管校准间隔频率全面减小，即，从三十天减小，将有助于提高准确 性，但是这将给环境监视设备的使用与维护增加显著的成本。
[0012] 由一些人推行的、对这个问题的一种解决方案是使用具有更高准确度和漂移容限 的更新更先进技术的传感器，最小化对校准与碰撞测试的需求。尽管这种方法当然有价值， 但是这些新兴传感器的成本常常阻碍其广泛的使用，尤其是在需要部署大量这些监视器的 个人监视应用中更是如此。
[0013] 出于以上所提到的所有原因，开发使用当前低成本传感器技术同时仍然满足新兴 TLV规则并且允许考虑传感器和监视设备状态的更自适应校准/碰撞策略的监视器就很有 价值。
【发明内容】
[0014] 在一个总的方面，本发明的实施方式总体上涉及具有用于每一种要检测的物质的 至少两个传感器、显示器、处理单元和报警器的监视设备。传感器可以设置在设备的多于一 个平面或表面上。处理单元可以自动或自校准传感器。另一种实施方式涉及监视设备的网 络。其它实施方式涉及利用具有针对物质的至少两个传感器的监视设备监视所述物质并且 自动或自校准传感器的方法。
[0015] 从示出其实施方式的以下描述和附图，本发明的那些及其它细节、目标和优点将 变得更好理解或者显而易见。
【附图说明】
[0016] 附图示出了本发明实施方式的例子。在这些图中：
[0017] 图1A、1B和IC示出了具有检测相同物质并且设置在设备的不同平面或表面上的 两个传感器的监视设备，而图ID示出了根据本发明各种实施方式、具有三个传感器的监视 设备；
[0018] 图2示出了示出根据本发明各种实施方式的监视设备的几个部件的框图；
[0019] 图3示出了根据本发明各种实施方式的示例AI逻辑的流程图；以及
[0020] 图4A示出了具有安置在多个外罩中并且连接到中央处理单元的多个传感器的监 视设备，而图4B示出了根据本发明各种实施方式的监视设备的网络。
【具体实施方式】
[0021] 本发明的各种实施方式涉及用于对物质的环境监视的监视设备和方法，其中所述 物质例如但不限于气体、液体、核辐射等。
[0022] 在一种实施方式中，如图IA-C中所示出的，监视设备90具有检测相同物质的至少 两个传感器，200a和200b。传感器可以设置在设备90的多于一个平面或表面中。设备90 还具有显示器202 ;用户接口 102,例如但不限于，用于控制和数据输入的至少一个按键或 键盘、按钮或触摸屏；报警器203,在图IC和ID中示出，例如但不限于，音频、视觉或振动； 及外罩104。监视设备90可以具有允许用户触发报警机制的用户应急按钮106,在图IA和 IB中示出。在一个例子中，如在图IA和IB中所示出的，传感器200a和200b在设备90的 相对侧。在另一个例子中，如在图IC中所示出的，传感器200a在设备90的前面而传感器 200b在顶部。在又一个例子中，如在图ID中所示出的，设备90具有感测相同物质并且设置 在设备90的不同平面或表面中的三个传感器，200a-c。传感器200在不同且多个平面中的 设置大大减小了多于一个传感器发生故障的可能性，例如由于被设备90掉下来的碎片阻 塞所造成的故障。监视设备90可以具有用于每种要检测的物质的多于一个传感器200,即， 设备90可以检测多于一种物质。用于每种物质的传感器200可以设置在设备90的多于一 个的平面或表面上。例如，设备90可以具有设置在设备90不同表面或平面上的、用于H 2S 的两个传感器200a和200b，例如一个在顶部，一个在侧面，还有设置在设备90不同表面或 平面上的用于氧的两个传感器200c和200d，例如一个在顶部，一个在侧面。
[0023] 在另一种实施方式中，如图2中所示，监视设备90具有检测相同物质的多个传感 器200a-n。将多于一个传感器200用于要检测的每种物质的一个好处是监视设备的碰撞测 试与校准频率的减少。作为例子，在实践当中，基于现场分析数据已经发现，一般用于气体 检测的监视设备类型以每天〇. 3 %的比率发生故障，因此需要每天的碰撞测试；但是，利用 两个传感器，每周的碰撞测试就可以获得等效的安全性，由此，把碰撞测试减少了七倍。
[0024] 在进一步的实施方式中，如图2中所示，监视设备90具有处理单元201 ;感测相同 物质的多个传感器200a-n，所述物质例如但不限于气体；显示器202 ;将生成报警的报警器 203,例如但不限于音频、视觉和/或振动报警；及存储器204,用于存储例如但不限于历史 性传感器和校准/碰撞测试数据。处理单元201与传感器200a-n接口连接并且确定要显示 的实际读数。所述实际读数可以是，例如但不限于，传感器200a-n读数的最大值、最小值、 算术运算、平均值、中值或者模式。所述实际读数可以基于人工智能（Al)逻辑。为了确定实 际的读数，AI逻辑机制考虑，例如但不限于，来自多个传感器200a-n的读数、存储器204中 的历史性传感器性能数据、传感器200的跨度储备（span reserve)、传感器200的增益、温 度等。在另一个例子中，作为所显示实际读数为η个传感器200a-n集合的最大值的一种备 选方案，所显示的实际读数可以如下计算，其中R表示所显示的读数，而R 1表示由传感器i 感测到的读数：
$后，处理单元可以基于所得到的实际读数显示需要采取的 可能动作，例如但不限于，激活报警器、请求用户校准、在显示器上指示传感器不正常工作、 指示环境中气体或其它物质的当前读数、自动校准在校准范围之外的传感器，等等。
[0025] 人工智能逻辑方法的一个例子是把两个传感器200a和200b中较大的读数或者多 个传感器200a-n中较大的读数与一个阈值量进行比较，并且如果传感器超过了该阈值量， 就将生成报警机制。AI逻辑的另一个例子需要通过基于当前传感器200a-n的可靠性所指 定的权重，即，加权平均值，偏置传感器读数与阈值量之间的比较。这些权重可以，例如但不 限于，从历史性校准和碰撞测试性能来学习。标准的机器学习、AI和统计技术可以用于学 习目的。作为例子，传感器200的可靠性可以从传感器200的跨度储备或者可选地从其增 益来测量。增益越高或者跨度储备越低，则可以认为传感器200越不可靠。可以适当地指 定权重，朝着更可靠的传感器200a-n偏置集合物质浓度读数（或者所显示的读数）。考虑 R表示所显示的读数，R1表示由传感器i感测到的读数，而w i表示与传感器i关联的权重： W' ^ Rv ……J其中权重W1OKw彡1)与传感器i的跨度读数成正比或者与增益&成反比。 J 可选地,W1可以从增益W i与跨度储备或增益G 间关系的历史数据分析导出。在现场执行 的碰撞测试与校准测试的历史数据，例如但不限于，可以用于导出这种数据。
[0026] 此外，如图3中所示出的，如果任何两个或多个传感器200之间的读数差大于某个 阈值t。，那么监视设备90就将生成报警