借助热泳来保护光学颗粒传感器免受颗粒沉积制造技术

本发明专利技术提供了传感器设备，该传感器设备包括输入流通道(10)，其用于接收具有待感测的夹带物质的气体流。热泳装置(14a、14b)被用于诱导从输入流通道的第一较暖区域(16)向输入流通道(10)的第二较冷区域(18)的热泳颗粒运动。传感器(24)包括在输入流通道(10)的第一区域(16)处或者第一区域下游的颗粒传感器部件。本发明专利技术提供了预过滤的益处(例如移除大多数悬浮固体/液体)，而不需要可能变得阻塞的物理过滤器。

Protection of optical particle sensors from particle deposition with the help of thermo swimming

The present invention provides a sensor device, which includes an input stream channel (10) for receiving a gas flow with a material to be detected. Thermo swimmers (14a and 14b) are used to induce thermo particle motion from the first warmer region (16) to the second cooler region (18) of the input channel (10). The sensor (24) includes a particle sensor component at the first area (16) of the input stream channel (10) or the downstream of the first area. The invention provides the benefits of pre filtration, such as the removal of most suspended solids / liquids, without the need for a physical filter that may be blocked.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助热泳来保护光学颗粒传感器免受颗粒沉积
本专利技术涉及用于检测气体流内的目标(诸如颗粒物质)的传感器设备和方法。
技术介绍
DE102008041809公开了用于操作颗粒传感器的方法。在没有发生测量的阶段内，加热器被设置到某个温度以避免在用于颗粒测量的电极处的颗粒沉积。避免颗粒沉积可以例如基于热泳。空中颗粒污染，特别是小于2.5μm的直径范围(称为“PM2.5”)的颗粒物质尺寸，是如中国这样的国家的关注要点，在这些国家工业化的速度拉伸了监管要求的边界。由于越来越强的消费驱使，对与生活空间的空气质量有关的信息的需求在不断增加。特别是在中国，过量的PM2.5污染已经在过去的十年中成为了普遍问题。这一问题也被各个中国城市中的连续测量所证实。该数据可公开地获得，并且可以同时由移动电话应用或者通过网络来监测。这一数据的可获得性以及持续不断的国内和国际媒体关注已经建立了对该问题的强烈消费认知。官方的室外空气质量标准将颗粒物质浓度限定为每单位体积的质量浓度(例如，μg/m3)。基于卫星数据计算了中国大陆的平均PM2.5污染浓度，并且发现中国的大多数地区超过了10μg/m3的世界卫生组织限制，其中一些地区达到并且甚至超过了100μg/m3的PM2.5浓度。标准参考测量方法基于测量每空气采样体积沉积或捕获的颗粒的质量(例如使用石英晶体微量天平、锥形谐振器、冲击器、或者称重过滤器和筛)。除了(或者代替)测量颗粒浓度，还期望检测空气内的特定化学物质。对于很多传感器而言，操作原理造成了对除目标化合物之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例，如乙醇和清洁剂这样的化合物可能极大地影响输出，并且这些其它化合物在现实家庭条件下是常见的。已知的解决方案是在传感器前方放置物理过滤器以阻挡悬浮的固体和液体，然而，这一过滤器将随时间受到阻塞并且减少通过传感器的空气流。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供预过滤的益处(例如，移除大多数悬浮的固体/液体)，而不需要可能变得阻塞的物理过滤器。这一预过滤功能还可以被用于选择性地保护传感器的关键部件。本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。根据依据了本专利技术的一个方面的示例，提供传感器设备，其包括：输入流通道，用于接收具有待感测的夹带物质的气体流；加热装置，用于诱导从输入流通道的第一较暖区域向输入流通道的第二较冷区域的热泳颗粒运动；传感器，包括在输入流通道的第一区域中或者第一区域下游的颗粒传感器部件。本设置利用了夹带物质(特别是颗粒)的热泳诱导的运动，以使物质转向离开颗粒传感器部件。以这一方式，可以控制哪些颗粒被颗粒传感器部件感测。加热装置可以包括珀耳帖(Peltier)加热器。这提供了高效并且低成本的实施方式。加热装置可以包括在被提供用于执行非加热功能的系统的现有热生成部件之间的热耦合。例如，光源除了其生成光的主功能之外还生成热量。这一热量可以耦合到待保护的部件，以便将颗粒物质驱走。备选地，有源热源可以被提供在该部件上或者邻近该部件。这可以例如是焦耳加热线栅格。设备可以进一步包括冷却装置，冷却装置与加热装置组合，以便诱导热泳颗粒运动。这实现了更活跃的热泳行为。冷却装置还可以包括珀耳帖设备，其作为冷却器工作。传感器可以包括光学传感器，并且传感器部件包括透镜或者透镜盖。因为光学检测可以是远程的，传感器不需要与夹带物质直接接触。加热装置可以例如与透镜集成。如果光学传感器的传感器部件包括透镜盖，则透镜盖可以是光学透明的并且导电的。例如，透镜盖可以由光学透明并且导电的材料制造。设备或者光学传感器可以进一步包括如下装置，该装置用于向透镜盖施加电压，使得透镜盖在操作期间升温。例如，电压供应单元适于递送所施加的合适电压。在一个设置中，输入流通道的第一区域耦合到第一输出流区域，并且输入流通道的第二区域耦合到第二输出流区域。传感器部件则可以位于第一输出流区域中。注意，例如语句“A耦合到B”中的术语“耦合”被用于意指B位于A的下游(当遵循占主导的总体流方向时)。因此，其不暗指任何特定的物理通道，而是仅可以利用部件的合适相对位置来实现。因此，根据本专利技术，传感器部件在输入流通道的较暖部分内，否则位于更下游，在输出流区域的对应的较暖部分处。夹带物质通过热泳从相对较暖的区域被移动到相对较冷的区域，并且传感器部件从而位于具有较低的夹带物质浓度的区域处。如果输入流通道大，则热泳作用可能降低。输入流通道则可以被分割成输入子通道，每个子通道具有相应的加热装置，从而生成输入子通道的相应的第一(较暖)和第二(较冷)区域。子通道第一区域则可以一起耦合到第一输出流区域，并且子通道第二区域则可以一起耦合到第二输出流区域。这使得夹带物质能够在输出流区域之间更有效地移动。根据本专利技术的一个实施例，在第一区域和传感器之间提供空间。该空间被提供在热泳装置之后的输入流通道的第一区域和传感器或者传感器部件所位于的第一输出流区域之间。这一空间使得在感测之前能够发生扩散。这一扩散依赖于颗粒尺寸，因此颗粒过滤在感测之前发生。根据本专利技术的一个实施例，存在用于改变传感器和输入流通道的第一区域之间的空间的长度的装置。根据本专利技术的一个特定实施例，热泳装置包括用于诱导热泳颗粒运动的分段加热装置。用于改变空间的长度的装置被配置为启动分段加热装置的一个或者多个分段，从而改变空间的长度。例如，通过向一个或者多个分段施加电压，传感器和输入流通道的第一区域之间的空间的长度根据多少分段被供应电压而改变。例如，用于改变空间的长度的装置可以包括用于启动适当分段的解复用逻辑。解复用逻辑可以由可以被用户编程的处理器驱动。根据本专利技术的另一特定实施例，传感器和热泳装置相对于彼此可移动。用于改变空间的长度的装置允许通过使热泳装置和传感器相对于彼此移动，来增加或者减少该空间。例如，可以提供机械结构，其特征在于传感器和热泳装置，并且其允许改变这两个元件之间的距离。设备可以例如被用于感测空气中的目标，并且除了颗粒传感器之外，传感器还可以例如包括挥发性有机化合物(VOC)传感器。因此，“夹带物质”可以是气态的或者颗粒的。根据依据了本专利技术的另一方面的示例，提供感测方法，该方法包括：在输入流通道处接收气体流，该气体流具有待感测的夹带物质；通过诱导从输入流通道的第一较暖区域向输入流通道的第二较冷区域的热泳颗粒运动，预过滤气体流；以及使用传感器执行感测，该传感器包括在输入流通道的第一区域中或者第一区域下游的颗粒传感器部件。感测可以基于存在于第一区域中或者第一区域下游的物质。备选地，感测可以基于存在于第二区域中或者第二区域下游的物质，但是在第一区域中或者第一区域下游仍然存在传感器部件。方法可以包括在与加热不同的位置处冷却输入流通道中的气体流，其中加热和冷却组合以诱导热泳颗粒运动。方法可以被用于感测除了空气中的颗粒物质之外的VOC。本专利技术的这些方面和其它方面将通过下文描述的实施例而显而易见，并且参照下文描述的实施例进行解释。附图说明现在将参照附图详细地描述本专利技术的示例，其中：图1示出了气体传感器的一个示例；图2示出了热泳作用可以如何被用于使颗粒流提升离开传感器表面；图3示出了光学气体传感器；图4示出了流可以如何被分割到子通道中；图5示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒传感器，包括：输入流通道(10)，用于接收气体流，所述气体流具有待感测的夹带物质；热泳装置(14a、14b)，用于诱导从所述输入流通道(10)的第一区域(16)向所述输入流通道(10)的第二区域(18)的热泳颗粒运动，所述第一区域(16)比所述第二区域(18)更暖；以及传感器(24)，包括颗粒传感器部件，所述颗粒传感器部件位于所述输入流通道(10)的所述第一区域(16)或者在所述第一区域(16)下游。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.06 EP 15166494.3;2015.03.27 CN PCT/CN2015/1.一种颗粒传感器，包括：输入流通道(10)，用于接收气体流，所述气体流具有待感测的夹带物质；热泳装置(14a、14b)，用于诱导从所述输入流通道(10)的第一区域(16)向所述输入流通道(10)的第二区域(18)的热泳颗粒运动，所述第一区域(16)比所述第二区域(18)更暖；以及传感器(24)，包括颗粒传感器部件，所述颗粒传感器部件位于所述输入流通道(10)的所述第一区域(16)或者在所述第一区域(16)下游。2.根据权利要求1所述的颗粒传感器，其中所述热泳装置(14a、14b)包括珀耳帖加热器。3.根据权利要求1或者2所述的颗粒传感器，其中所述热泳装置(14a、14b)包括冷却装置(14b)，所述冷却装置与加热装置(14a)组合以诱导所述热泳颗粒运动，其中所述冷却装置(14b)包括珀耳帖冷却器。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的颗粒传感器，其中所述传感器(24)包括光学传感器(46)，其中所述光学传感器(46)的传感器部件包括透镜(50)或者透镜盖，并且其中所述热泳装置(14a)与所述透镜(50)或者透镜盖集成。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的颗粒传感器，其中所述传感器(24)包括光学传感器(46)，其中所述光学传感器(46)的传感器部件包括透镜(50)，其中所述透镜(50)被透镜盖覆盖，并且其中所述透镜盖是光学透明的并且导电的。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的颗粒传感器，其中所述输入流通道(10)的所述第一区域(16)耦合到第一输出流区域(20)，并且所述输入流通道(10)的所述第二区域(18)耦合到第二输出流区域(22)。7.根据权利要求6所述的颗粒传感器，其中所述输入流通道(10)被分割成输入子通道(60、62、64)，每个子通道(60、62、64)具有相应加热装置(66)，从而生成所述输入子通道(60、62、64)的相应的第一区域(16)和第二区域(18)，其中子通道第一区域一起耦合到...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·凯莉，M·M·舍雅，C·R·荣达，K·卡拉卡亚，J·F·萨伊杰弗，
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