光学颗粒传感器和感测方法技术

一种光学颗粒传感器，包括用于顺序操作的不同波长的至少第一光源和第二光源。光学检测器用于检测来自光源的、由待感测颗粒发出或散射的光。还提供了电流注入补偿信号，该电流注入补偿信号取决于光学装置的哪个光源在使用中。补偿信号意味着放大器不需要响应于与不同光源相关联的不同背景照明水平而重新稳定。以这种方式，可以从不同光源快速连续地获得检测信号。

Optical Particle Sensor and Sensing Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学颗粒传感器和感测方法
本专利技术涉及光学颗粒传感器和感测方法。
技术介绍
颗粒传感器例如用于测量空气中的污染水平。基于测量在颗粒处散射的光，低成本的系统是可用的，该颗粒与空气流一起通过传感器中的检测体积。这种空气流例如由风扇或加热器驱动。每个颗粒由连续的光源照射，并且产生光脉冲，该光脉冲具有由颗粒通过检测体积的通过时间确定的持续时间。这些脉冲在电子系统中被放大、滤波并且计数。除了指示颗粒浓度水平之外，这样的检测器还可以被用于驱动空气净化器装置的操作。颗粒物空气污染与呼吸道和心脏病的增加的发病率和死亡率以及与过敏反应相关联。对人类健康的确切影响取决于存在的颗粒类型。因此，除了提供浓度水平之外，还需要标识存在哪些颗粒类型。使用如上文所概述的现有技术，可以通过光学手段对大于约0.5μm的细颗粒单独进行计数。在大多数情况下，使用廉价且高效的LED或者具有红色或近红外波长的激光器。以这种方式操作的花粉检测器可商购得到。花粉检测器可以通常检测一种花粉类型并与灰尘的存在区别开来，但它不能区分更多的花粉类型或真菌孢子。为了标识存在哪种颗粒类型(灰尘或哪种花粉类型或真菌孢子)，可以用多种光源来照射颗粒，诸如可见光波长(400nm至760nm)、红外波长(760nm至3000nm)和UV波长(200nm至400nm)。UV照射可以产生荧光，而可见光和IR照射产生散射。这些不同效果之间的比率可以用于标识颗粒类型。这例如被公开于如下的文章中：“Classificationofpollenspeciesusingautofluorescenceimageanalysis”(JBiosciBioeng，2009Jan；107(1):90-4)或VitalAutofluorescence:“ApplicationtotheStudyofPlantLivingCells”(InternationalJournalofSpectroscopy，第2012(2012)卷，文章ID124672)。这些方法目前需要昂贵的专业设备。如果要找到成本较低的消费者解决方案，则要克服的问题之一是检测器和电子器件很慢。为了提高灵敏度，检测器通常是光电晶体管或光-达林顿晶体管电路，这些部件固有地很慢。为了降低放大器中的噪声，对信号进行滤波以仅放大具有对应于单个颗粒通过的时间尺度的频率的信号。为了标识颗粒，重要的是着眼于多个颗粒波长，如上文所解释的。一种方法是在单个颗粒通过期间接通不同的LED。通过以低占空比操作LED，LED操作期间的强度可以高于连续电流损伤阈值。然而，不同的LED将具有不同的背景散射水平。这将在检测器-放大器链中产生大的干扰，因为检测器和电子器件无法对新的背景散射水平做出足够快的响应：颗粒将在检测器-放大器再次稳定之前消失。US2009/0122311公开了一种光学检测器，其中使用多个光源来照射样品。采用一组光电倍增管。不同的光电倍增电压由不同的管并且针对不同的光源使用，以提供相同尺度的信号。这种重新缩放并未协助检测侧处的稳定化。仍然需要一种检测电路，其在不同光源之间实现快速切换，以实现颗粒表征以及浓度测量。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据基于本专利技术的一个方面的示例，提供了一种光学颗粒传感器，其包括：光学装置，其包括用于顺序操作的不同波长的至少第一光源和第二光源；光学检测器，其用于检测从待感测颗粒发出的光或来自光源的被待感测颗粒散射的光，以及用于产生检测电流；放大器电路，其用于放大从光学检测器输出的检测电流；以及补偿电路，其用于将电流注入补偿信号提供给放大器电路，该电流注入补偿信号与检测电流相组合；以及控制器，其中该控制器适于提供电流注入补偿信号，该电流注入补偿信号取决于光学装置的哪个光源在使用中。该电路包括用于放大器电路的补偿电路，使得放大器电路不需要响应于与不同光源相关联的不同背景照明水平而重新稳定。代替地，将电流形式的补偿信号与检测电流相组合，使得对于放大器电路，不同光源的背景照明水平看起来一样。因此，电流注入补偿信号复制光学检测器的响应，使得它们可以进行组合，并且然后在背景照明保持恒定的情况下产生本该由光学检测器产生的信号。以这种方式，可以从不同光源快速连续地获得检测信号。然后，可以在个别颗粒通过光学颗粒传感器期间获得不同波长下的光散射信号。补偿电路可以包括用于控制电流注入的水平的电压源。这可以容易快速地被控制，以调节命令信号(即，电压)，该命令信号然后导致提供期望的电流注入补偿信号，使得它与光源之间的转换同步。补偿电路可以包括延迟电路，以用于将来自电压源的电压耦合到放大器电路，以及用于从电压源电压产生电流注入信号。该延迟意味着补偿信号是以考虑到光学检测器(诸如，光电晶体管)的响应特性的方式被提供给放大器电路。其目的是，在使用不同光源的同时并且当在光源之间进行切换时提供连续背景。例如，延迟电路包括低通滤波器。这提供了一种实施RC延迟的简单方式。电流注入补偿信号从低通滤波器的输出被提供给光学检测器的输出。因此，对于放大器链的其余部分，要放大的信号的背景水平似乎没有改变，并且就放大器电路而言，电流注入补偿信号可以被认为已由光学检测器产生。光学装置可以包括可见光光源、红外光源和紫外光源。然后，这三个对应的信号测量值可以进行组合，以提供颗粒类型确定。放大器电路例如包括运算放大器。传感器优选地还包括控制器，该控制器适于控制光学装置的光源的操作的定时、和补偿信号的随时间的推移的水平。控制器还可以适于在激活光学装置的不同光源期间基于对放大器输出的分析来提供对颗粒类型的标识。放大器电路可以包括高通滤波器，以用于信号偏移消除。本专利技术还提供一种光学颗粒感测方法，其包括：按一定顺序操作光学装置的不同波长的至少第一光源和第二光源；检测从待感测颗粒发出的光或来自光源的被待感测颗粒散射的光，由此产生检测电流；放大检测电流；以及提供补偿信号，该补偿信号与检测电流相组合，以与检测电流一起放大，该补偿信号的水平和定时取决于光学装置的哪个光源在使用中。该方法针对一系列光源实现对从颗粒反射或散射的光的无缝或近乎无缝检测。背景信号消除例如包括高通滤波。补偿信号例如由控制电流注入的水平的电压产生，并且它可以设有与光学传感器的时间响应相匹配的延迟。可以按一定顺序(以任何次序)提供红外光输出和紫外光输出，或者可以按一定顺序(以任何次序)提供红外光输出、紫外光输出和可见光输出。光学颗粒感测方法可以是一种用于在不同颗粒类型进行区分(例如，在不同花粉类型之间进行区分)的方法。本专利技术可以至少部分地通过软件来实施。附图说明现将参考附图来详细描述本专利技术的示例，在附图中：图1示出了光学颗粒传感器；图2示出了在颗粒沿检测通道通过时从该颗粒捕获的信号；图3示出了针对常规放大器当光源中发生变化时的放大信号；图4示出了供用于图1的传感器中的放大器电路；图5示出了当光源中发生变化并且使用图4的放大器电路时在检测器处的、与在常规放大器的情况下的信号相比的信号；图6示出了当光源中发生变化并且使用图4的放大器电路时的、与在常规放大器的情况下的信号相比的放大信号；图7示出了光学颗粒感测方法。具体实施方式本专利技术提供了一种光学颗粒传感器，其包括用于顺序操作的不同波长的至少第一光源和第二光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学颗粒传感器，包括：光学装置(14)，包括用于顺序操作的不同波长的至少第一光源和第二光源；光学检测器(40)，用于检测从待感测颗粒发出的光、或来自所述光源的被待感测颗粒散射的光，以及用于产生检测电流；放大器电路(44、46)，用于放大从所述光学检测器输出的所述检测电流；补偿电路(50)，用于将电流注入补偿信号提供给所述放大器电路，所述电流注入补偿信号与所述检测电流相组合；以及控制器(24)，其中所述控制器适于提供电流注入补偿信号，所述电流注入补偿信号取决于所述光学装置的哪个光源在使用中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.09 EP 17155387.81.一种光学颗粒传感器，包括：光学装置(14)，包括用于顺序操作的不同波长的至少第一光源和第二光源；光学检测器(40)，用于检测从待感测颗粒发出的光、或来自所述光源的被待感测颗粒散射的光，以及用于产生检测电流；放大器电路(44、46)，用于放大从所述光学检测器输出的所述检测电流；补偿电路(50)，用于将电流注入补偿信号提供给所述放大器电路，所述电流注入补偿信号与所述检测电流相组合；以及控制器(24)，其中所述控制器适于提供电流注入补偿信号，所述电流注入补偿信号取决于所述光学装置的哪个光源在使用中。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述补偿电路(50)包括用于控制电流注入的水平的电压源(53)。3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述补偿电路(50)包括延迟电路(54)，用于将来自所述电压源的所述电压耦合到所述放大器电路，以及用于产生所述电流注入补偿信号。4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述延迟电路(54)包括低通滤波器，其中所述电流注入补偿信号从所述低通滤波器的输出被提供给所述光学检测器的输出。5.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中所述光学装置(14)包括红外光源和紫外光源，以及可选地还包括可见光光源。6.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中所述放大器电路(44、46)包括运算放大器(46)。7.根据任一前述权利要求所述的传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·范德斯卢斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL