用于感测空气中颗粒的质量浓度的传感器系统技术方案

本申请涉及一种传感器系统(1)，用于感测空气流(4)中小于预定阈值的颗粒的质量浓度，所述传感器系统包括：入口(2)，用于接收带有颗粒的空气的总流，所述入口连接至第一分离器(3)，所述第一分离器用于将所述空气的总流分为主流(5)和次流(6)，所述主流包括小于所述预定阈值的颗粒，并且所述次流包括大于所述预定阈值的颗粒，并且所述第一分离器用于将所述主流引导至第一管道(7)并用于将所述次流引导至第二管道(8)；交汇部(9)，在所述交汇部中，所述第一管道与所述第二管道交汇到一起；出口(10)，所述出口耦接至所述交汇部；传感器(11)，所述传感器被安排在所述第一管道中，以用于测量所述主流中包括的小于所述预定阈值的颗粒的量。所述传感器系统进一步包括：第一流风扇(12)，用于将所述总流抽吸穿过所述系统；以及第二流风扇(13)，用于将所述主流抽吸穿过所述第一管道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测空气中颗粒的质量浓度的传感器系统
本专利技术涉及一种用于感测空气中颗粒的质量浓度的传感器系统、一种传感器单元、以及一种用于操作所述传感器单元的方法。本专利技术还涉及一种包括传感器系统和传感器单元的交通工具。
技术介绍
由于细颗粒物的排放增长及其对空气质量在健康方面的不利影响，这些颗粒在过去的数十年间已经受到了越来越多的关注。这些颗粒通常具有小于10μm的空气动力学直径(即，PM10)，其中，更小的颗粒(例如，小于或等于2.5μm或PM2.5、小于或等于1.0μm或PM1.0、以及小于或等于0.1μm或PM0.1)似乎对空气质量具有最不利的影响。通常在交通中，并且特别在交通拥堵中、在隧道中或在交通灯处，对空气质量的影响甚至可能进一步恶化，因为在这些情况下例如由于排放增长和/或通风有限而导致局部颗粒浓度增大。用于实时感测包括固体物质和/或液体物质的颗粒的质量浓度的传感器系统在本领域中是已知的。大多数已知系统不适合用于条件(例如，震动、温度、湿度、压强)可变并且其他约束(例如，大小、重量、噪音)可适用的应用中，如对来自移动的交通工具中和周围的各种来源的空气(例如，环境空气、来自HVAC系统的空气、或者座舱空气)进行采样。例如，WO2009/021123公开了一种用于测量按大小区分的颗粒质量浓度的传感器系统。此传感器系统可以通过测量脉冲高度和/或飞行时间来提供对需要测定的颗粒流的质量浓度、光学颗粒大小分布和空气动力学颗粒大小分布的同时且实时的指示。因此，所述传感器系统理想地适用于实验室和其他测试环境。然而，在大多数情况下，不必确定颗粒大小分布的完整谱。因此，如果仅对小于某个阈值的颗粒的聚集质量浓度感兴趣，则这种传感器系统比所需的更复杂。因此，其通常比各种情况中(例如，在交通工具中)所需并适合的更昂贵、更脆弱、更重并且更大。此外，此传感器系统使用能够产生高压强梯度的泵或风机来产生恒定流，所述泵或风机通常比在一些情况下可接受的体积更大、噪音更大并且消耗更多功率。WO2015/008519描述了一种用于感测空气中颗粒的质量浓度的更简单的传感器系统。此传感器系统配备有单个风扇、虚拟撞击器以及两个管道，所述单个风扇、虚拟撞击器以及两个管道组合在一起以负责在需要测定的体积中产生通过基于惯性的分离而被剥夺大于某个阈值的颗粒的空气流。传感器系统可以由此在流中选择感兴趣的颗粒。此流中组合的所有颗粒的质量浓度可以被感测，并且指示小于某个阈值的颗粒(例如，PM2.5)的聚集质量浓度。此外，使用用于产生流的风扇的系统不会与使用产生高压强梯度的泵(例如，>100000Pa)或风机(例如，500Pa至1000Pa)的系统产生一样多的噪音或消耗一样多的功率。然而，所描述的传感器系统的缺点在于其是对小于单个(或小范围)阈值的颗粒进行连续实时测量而被优化的，因为虚拟撞击器的几何形状是固定的，并且改变总流将因此不仅改变颗粒大小阈值而且还会改变分离效率。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于实时感测可以从环境、交通工具的座舱或通风(例如，HVAC)系统中提取的周围空气样本流中的颗粒(例如，PM2.5)的质量浓度的系统。此信息可以用于通知驾驶员颗粒的当前质量浓度水平。此外，所述信息可以用于决定或自动选择使用哪种空气来源对交通工具的座舱进行通风并因此提供给驾驶员。作为替换方案，所述信息可以用于指示过滤器性能或确定维护需求。为此，本专利技术提出了一种传感器系统，所述传感器系统用于感测空气流中小于预定阈值的颗粒的质量浓度，所述传感器系统包括：入口，用于接收带有颗粒的空气的总流，所述入口连接至第一分离器，所述第一分离器用于将所述空气的总流分为主流和次流，其中，所述主流包括小于所述预定阈值的颗粒，并且所述次流包括大于所述预定阈值的颗粒，并且所述第一分离器用于将所述主流引导至第一管道并用于将所述次流引导至第二管道；交汇部，在所述交汇部中，所述第一管道与所述第二管道交汇到一起；以及出口，所述出口耦接至所述交汇部；传感器，所述传感器被安排在所述第一管道中，以用于测量所述主流中包括的小于所述预定阈值的颗粒的量(例如，质量的量)；以及第一流风扇，用于将所述总流抽吸穿过所述系统。由传感器感测的量可以与待感测的质量浓度相关。传感器有利地是被配置用于利用光束照射主流的光学传感器。传感器有利地被配置用于测量由在主流中流动的颗粒所散射的光。根据一方面，所述传感器系统包括：第二流风扇，用于将所述主流抽吸穿过所述第一管道。包括用于将所述主流抽吸穿过所述第一管道的第二流风扇的传感器系统具有如下益处：可以调整所有流速(即，总流、次流和主流)，这使得能够对于宽得多的颗粒大小范围优化分离效率。例如，1)可以增加总流同时保持主流与次流之间的比率恒定(参见图6中的S0→S1)，从而带来颗粒大小阈值的更急剧的截止以及降低，或者2)可以保持总流恒定同时降低主流中的流速，因此增大次流中的流速(参见图6中的S0→S2)，从而引起颗粒大小阈值降低以及第一管道中对小于此阈值的颗粒的分离效率下降。根据这些示例可以清楚看出，可以实现各种各样的流速，因此可以针对各种颗粒大小阈值增强过滤性能。另外，包括用于将所述主流抽吸穿过所述第一管道的第二流风扇的传感器系统具有如下益处：入口、第一管道和第二管道中的流速在很大程度上独立于非静止环境状况并且进一步允许更准确地控制流速。因此，这种传感器系统理想地适合于在所采样的空气不是静止的环境中(如在移动的交通工具中、或者在交通工具的HVAC系统中)准确地感测质量浓度。根据本专利技术的传感器系统的惊人益处在于可以通过改变第一管道和第二管道中的流速来调整阈值颗粒大小。此外，通过为第一管道配备风扇，可以产生限制传感器污染的鞘流，从而延长其使用寿命而不像现有技术中所述那样在管道中需要附加风扇来提供鞘流。本专利技术因此提供了一种特别适合在汽车中使用的传感器系统。在此，感测气溶胶的质量浓度是特别相关的。第一流风扇可以被安排在各种位置，例如在入口与第一分离器之间、或者在交汇部与出口之间、或者在第二管道中，即，在第一分离器与交汇部之间。第二流风扇有利地被安排在第一管道中，即，在第一分离器与交汇部之间，并且可以被安排在传感器的上游或下游。使用风扇来产生空气流的优点在于其与产生高压强梯度的泵或风机相比更小、耗能更少并且产生更少噪音。所有类型的风扇(例如，轴向、径向)都可以用作第一风扇或第二风扇。优选地，使用径向风扇，因为其通常产生与轴向风扇相比更高的压强梯度(例如，≤150Pa)，从而产生更稳定的流。通常，具有适当尺寸形状(formfactor)并且符合其他要求(例如，噪音产生)的径向风扇产生60Pa到120Pa之间的压强梯度。具体地，产生100Pa的径向风扇是很适合的。总流包含具有未知物理性质(诸如任意直径)的颗粒。目标是测量具有小于预定阈值的空气动力学直径的颗粒，所述颗粒例如可以为PM2.5。这通过首先借助于第一分离器将总流分成次流和主流来实现。第一分离器有利地被配置用于分离总流，以使得总流中大于所述阈值的颗粒基本上全都被引导至次流，并且总流中小于所述阈值的颗粒基本上全都被引导至主流。随后，测量主流中的颗粒以确定例如PM2.5的浓度。使用第一分离器具有以下优点：到达传感器并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器系统(1)，用于感测空气流中小于预定阈值的颗粒的质量浓度，所述传感器系统包括：入口(2)，用于接收带有颗粒的空气的总流(4)，所述入口连接到：第一分离器(3)，用于将所述空气的总流分为主流(5)和次流(6)；所述主流包括小于所述预定阈值的颗粒；所述次流包括大于所述预定阈值的颗粒；以及用于将所述主流引导至第一管道(7)；以及用于将所述次流引导至第二管道(8)；交汇部(9)，在所述交汇部中，所述第一管道与所述第二管道交汇到一起，以及出口(10)，所述出口耦接至所述交汇部；传感器(11)，所述传感器被安排在所述第一管道中以用于测量所述主流中包括的小于所述预定阈值的颗粒的量；以及第一流风扇(12)，用于将所述总流抽吸穿过所述系统；其特征在于：第二流风扇(13)，用于将所述主流抽吸穿过所述第一管道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.20 NL 20170011.一种传感器系统(1)，用于感测空气流中小于预定阈值的颗粒的质量浓度，所述传感器系统包括：入口(2)，用于接收带有颗粒的空气的总流(4)，所述入口连接到：第一分离器(3)，用于将所述空气的总流分为主流(5)和次流(6)；所述主流包括小于所述预定阈值的颗粒；所述次流包括大于所述预定阈值的颗粒；以及用于将所述主流引导至第一管道(7)；以及用于将所述次流引导至第二管道(8)；交汇部(9)，在所述交汇部中，所述第一管道与所述第二管道交汇到一起，以及出口(10)，所述出口耦接至所述交汇部；传感器(11)，所述传感器被安排在所述第一管道中以用于测量所述主流中包括的小于所述预定阈值的颗粒的量；以及第一流风扇(12)，用于将所述总流抽吸穿过所述系统；其特征在于：第二流风扇(13)，用于将所述主流抽吸穿过所述第一管道。2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述第二流风扇被安排在所述第一管道中。3.根据权利要求1或2所述的传感器系统，所述传感器系统包括：控制器(14)，用于控制所述第一风扇的速度和所述第二风扇的速度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器系统，其中，所述主流的流速和所述次流的流速是恒定的。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述第一流风扇和所述第二流风扇被配置用于抽吸所述总流和所述主流，使得所述主流的流速与所述次流的流速之比小于1，优选地在1:5与1:20之间，甚至更优选地为1:10。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述第一分离器是虚拟撞击器或旋流过滤器。7.根据权利要求6所述的传感器系统，其中，所述第一分离器是虚拟撞击器，所述第一分离器包括：第一分离器入口，限定所述总流的第一方向；以及第一分离器出口，包括分叉，所述分叉至少分成连接至所述第一管道的第一分支和连接至所述第二管道的第二分支，其中，所述第一分支和所述第二分支被定向成使得从所述第一方向到所述第一分支的流方向的角度变化大于从所述第一方向到所述第二分支的流方向的角度变化。8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述第一分离器包括：平行分支(16)和垂直分支(17)，用于将所述总流分为：经由所述垂直分支引导至所述第一管道的所述主流；以及经由所述平行分支引导至所述第二管道的所述次流。9.根据权利要求6至8中任一项所述的传感器系统，其中，所述第一分离器包括用于加速所述总流的加速喷嘴(151)，所述加速喷嘴被安排在所述第一分离器的入口处。10.根据权利要求6至9中任一项所述的传感器系统，其中，所述第一分离器的出口包括至少一个减速喷嘴。11.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·H·J·M·范登霍根，T·J·A·斯泰普斯，K·S·斯基姆奇克，
申请(专利权)人：浦卓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL