传感器系统和感测方法技术方案

一种传感器系统，用于感测流体(1)中的物质，包括相同类型的第一传感器(10)和第二传感器(12)。使用第一传感器(10)直到校准事件为止，在该校准事件期间，使用第二传感器(12)。第二传感器(12)仅在校准事件期间使用。使用来自第二传感器(12)的传感器信息来校准第一传感器(10)。

Sensor system and sensing method

A sensor system for sensing a substance in a fluid (1) includes a first sensor (10) of the same type and a second sensor (12). With the first sensor (10) until the calibration event, a second sensor (12) is used during the calibration event. The second sensor (12) is used only during calibration events. The first sensor (10) is calibrated using sensor information from the second sensor (12).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体中的物质的感测(例如，测量空气中的污染物浓度)并且涉及一种用于感测流体中的物质的方法。
技术介绍
空气颗粒污染(尤其是颗粒物质尺寸小于2.5μm直径范围(被称为“PM2.5”))对于消费者而言是个重大问题，尤其是在诸如中国之类的快速工业化的国家中。作为增加消费者赋权的结果，对关于生活空间的空气质量的信息的需求正在增加。在诸如中国之类的国家中，过度的PM2.5污染已经成为过去十年的常见问题。这个问题也通过在中国各个城市中的连续测量值得到验证。数据是公众可用的，并且可以由移动电话应用或通过web同时监测。该数据的可用性以及国家和国际媒体的持续关注使消费者对这个问题的认识更加强烈。官方室外空气质量标准将颗粒物质浓度定义为每单位体积的质量浓度(例如，μg/m3)。中国大陆的平均PM2.5污染浓度是基于卫星数据计算的，并且已经发现，该国大部分地区超过世界卫生组织的10μg/m3的限值，其中一些地区达到甚至超过PM2.5浓度100μg/m3。标准参考测量方法基于例如使用石英晶体微量天平、锥形谐振器、冲击器、或称重过滤器和滤网来测量每空气取样体积的沉积或捕获的颗粒的质量。除了(或代替)测量颗粒浓度之外，还期望检测空气内的特定化学物质。然而，已知的系统通常需要用于处理测量的手动部分(例如，称重过滤器和滤网)的专业操作指南和/或用于清洁累积的质量、维持各种系统部件和校准的定期维护。已经认识到，需要更低的成本并且更简单地使用感测技术，以使不需要复杂和昂贵的科学仪器。通常，例如可以应用于消费者使用的空气净化器中的低成本传感器的灵敏度和可靠性的性能与昂贵得多的专业范围传感器相比较而言会降低。许多低成本传感器仅响应于比期望的更高的污染物浓度。也可能是它们的响应在低浓度区域中不是线性的。对于许多传感器，操作原理产生对目标化合物以外的其它化合物的响应，从而当目标化合物和干扰化合物同时存在时导致不正确的读数。以电化学甲醛传感器为示例，像醇和洗涤剂之类的化合物可以极大地影响输出，并且这些其它化合物通常在真实的家庭条件下看到。传感器污染是大多数现实生活中的另一个挑战。在暴露于脏的环境一段时间后，传感器趋于被像油性颗粒或毒性气体之类的物质污染，从而导致输出衰减。环境的温度改变也常常引起传感器响应的偏移。错误的读数几乎是不可避免的，并且如果没有执行校准(重新校准)，则传感器是不可靠的。已知使用传感器上游的预过滤器，以保护传感器免受污染和干扰气体的影响。WO2013/133872公开了使用蜂窝过滤器来筛选导致室内甲醛气体或其它目标气体的错误读数的干扰化合物。这在干扰物质浓度非常低的情况下是有效的。然而，对于在空气净化器或其它器具中使用的传感器，在日常生活(例如，在聚会期间或在烹饪期间)中经常排放的像洗涤剂、醇和油性气雾剂之类的高浓度干扰和/或毒性物质可以使预过滤器快速和再次使得传感器不可靠。因此，例如在空气净化器中使用的常规感测系统使用一个传感器，并且在传感器运行一段时间之后变得不可靠。通过使用预过滤可以部分地缓解该问题，但是这种对策的功效仍然受到限制。由于预过滤器必须在单传感器系统中继续与传感器一起工作，所以特别是当污染物浓度高时，其有用的操作寿命很快达到。这种情况也不容易被检测到。对于协作感测系统，已知使用不同类型的传感器来进行互校准。例如，US5394934公开了使用VOC(挥发性有机化合物)传感器和CO2传感器，并且使用一个传感器来修改来自另一个传感器的读数。因为不同传感器对干扰物质的响应不相同，在执行互校准时可能会导致不正确的基线校准。这意味着系统稳定性可能恶化。EP0764331A1公开了一种通过具有测量传感器和校准传感器来重新校准湿度传感器的方法。在该系统中，传感器直接暴露于进入的空气，并且湿度传感器例如不需要在感测之前过滤。EP2762877A1公开了一种用于通过在检测到两个传感器彼此接近时比较来自两个传感器的读数来校准化学传感器的系统。然而，该公开不涉及在将化学传感器暴露于其之前处理空气，其可能导致更短的传感器寿命和/或干扰。
技术实现思路
减轻已知系统的至少一些缺点的本专利技术由权利要求限定。根据本专利技术的第一方面，一种用于感测流体中的物质的传感器系统，包括：第一传感器，用于感测流体中的物质；第二传感器，用于感测所述流体中的物质，该第二传感器与第一传感器具有相同的类型，并且用于感测相同的物质；和控制器，适于：控制第一传感器以感测流体中的物质，直到校准事件为止；在校准事件期间，使用第二传感器感测流体中的物质，该第二传感器仅在校准事件期间操作；和使用来自第二传感器的传感器信息校准第一传感器。流体可以是气溶胶，诸如空气、或夹带有颗粒或污染气体的任何其它气体。在其它实施例中，流体也可以是液体，诸如水、化学物质的水溶液等。优选地，第二传感器的操作的占空比低于第一传感器的操作的占空比。这样，第二传感器以较慢的速率老化，以使其可以用于校准更快速老化的第一传感器。该传感器系统使得能够使用第一传感器(其可以是低成本传感器而非昂贵的科学仪器(尽管甚至昂贵的科学设备可能需要定期校准))进行长时间(诸如连续)监测。来自第一传感器的输出信号中的漂移和/或非线性可以由与第一传感器类型相同但以较低占空比操作的第二传感器补偿。第二传感器执行离散校准测量，其然后可以用于调整来自第一传感器的输出信号被解释的方式。如果发现来自第一传感器的输出信号的漂移和/或非线性足够严重，还可以通过处理来自第一传感器和第二传感器的输出信号来指示第一传感器的寿命期满，并且不可能校准第一传感器。通过使用具有较低占空比的第二传感器，第二传感器经受比第一传感器更慢的输出漂移或其它老化效应，因此其可以用于使用校准途径来补偿这种漂移。第一传感器可以在校准事件期间停止操作，或者它可以继续监测。两个传感器使用相同的感测方法(例如，质量感测、光学散射检测、光学透射检测、在对颗粒充电之后测量的电荷、或化学感测等)。注意，该列表不是完整的，并且不意味着约束所使用的感测原理。传感器还被配置成用于检测相同的物质，(例如，相同的化学种类或相同的颗粒尺寸范围)，因此，术语“物质”应当被理解为涉及特定化学物质或化学物质的类别、或者特定的颗粒尺寸或颗粒尺寸范围，包括微生物、病毒、孢子等。再者，该列表并不完整，并且不意味着限制本专利技术。第一传感器和第二传感器可以是相同的，或者它们可以是按比例的等同物。通过具有相同类型的两个传感器，校准操作尽可能有效。传感器对当时条件具有相同的响应，以使可以有效地执行背景相关或减法。可以简单地周期性地执行校准事件，或者可以基于指示何时可能需要校准的信息来控制定时。第一传感器的感测历史例如可以用于例如基于目标物质的浓度有多高来确定何时应该执行校准。校准可以包括调整零点和/或灵敏度。灵敏度可以包括例如传感器响应的线性，诸如线性传感器响应函数的梯度。灵敏度校正例如还可以包括调整在光学传感器中使用的LED或激光二极管的光强度。在第一传感器的寿命结束时，可以在其位置使用第二传感器，并且可以安装新的校准传感器。传感器系统可以用于测量空气中的污染物数量或浓度，或感测流体(诸如空气)中的目标物质。在一个示例中，第一传感器和第二传感器各自包括机械传感器。机械传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测流体中的物质的传感器系统，包括：用于感测所述流体中的所述物质的第一传感器(10)；用于感测所述流体中的所述物质的第二传感器(12)，所述第二传感器与所述第一传感器具有相同的类型，并且用于感测相同的物质；和控制器(14)，适于：控制所述第一传感器以感测所述流体中的所述物质，直到校准事件为止；在所述校准事件期间，控制所述第二传感器以感测所述流体中的所述物质，所述第二传感器仅在所述校准事件期间操作；使用来自所述第二传感器的传感器信息来校准所述第一传感器；耦合到所述第一传感器(10)的第一过滤器(20)、以及耦合到所述第二传感器(12)的第二过滤器(22)；所述传感器系统被配置成将由所述第一过滤器(20)和所述第二过滤器(22)过滤的流体依次路由到所述第一传感器和所述第二传感器中的一个传感器，并且因而确定所述第一过滤器(20)的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.03 EP 15153626.5;2014.08.28 CN PCT/CN2014/1.一种用于感测流体中的物质的传感器系统，包括：用于感测所述流体中的所述物质的第一传感器(10)；用于感测所述流体中的所述物质的第二传感器(12)，所述第二传感器与所述第一传感器具有相同的类型，并且用于感测相同的物质；和控制器(14)，适于：控制所述第一传感器以感测所述流体中的所述物质，直到校准事件为止；在所述校准事件期间，控制所述第二传感器以感测所述流体中的所述物质，所述第二传感器仅在所述校准事件期间操作；使用来自所述第二传感器的传感器信息来校准所述第一传感器；耦合到所述第一传感器(10)的第一过滤器(20)、以及耦合到所述第二传感器(12)的第二过滤器(22)；所述传感器系统被配置成将由所述第一过滤器(20)和所述第二过滤器(22)过滤的流体依次路由到所述第一传感器和所述第二传感器中的一个传感器，并且因而确定所述第一过滤器(20)的状态。2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述传感器系统被配置用于感测流体中的目标物质的存在和/或数量。3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中，所述传感器系统被配置用于感测空气中的污染物数量或浓度。4.根据权利要求1、2或3所述的传感器系统，其中，所述第一传感器(10)和所述第二传感器(12)各自包括机械传感器。5.根据权利要求4所述的传感器系统，其中，所述机械传感器各自包括感测元件和换能器，所述换能器适于驱动所述感测元件为谐振并且适于检测所述感测元件的谐振频率，其中，所述谐振频率取决于沉积在所述感测元件上的大量颗粒。6.根据权利要求1、2或3所述的传感器系统，其中，所述第一传感器(10)和所述第二传感器(12)各自包括光散射光学传感器。7.根据权利要求1、2或3所述的传感器系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯锐，C·R·荣达，
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