网络辅助式颗粒物传感器制造技术

本发明专利技术题为“网络辅助式颗粒物传感器”。装置和相关联的方法涉及一种颗粒物(PM)传感器组件，其从光学脉冲计数传感器接收PM计数值并且响应于包含传感器组件的局部区域内的最近公布的高精度空气质量信息而选择性地校准传感器特性。在说明性示例中，空气质量信息可以由各种PM监测站产生并且以例如数据流或集合公布。该传感器组件可以例如从与传感器组件的位置信息相关联的接收的空气质量信息选择特定区域的PM质量密度参考值。基于公布的空气质量信息，传感器组件可从例如一组预定校准曲线中选择校准曲线。一种移动低成本PM传感器组件可以有利地利用高成本的公布的PM空气质量信息来动态地改善局部PM测量值的准确度。

Network-assisted Particulate Matter Sensor

【技术实现步骤摘要】
网络辅助式颗粒物传感器
各种实施方案总体上涉及感测颗粒物。
技术介绍
对与空气质量有关的空气质量和健康问题的认识正在迅速增长。可以通过检测特定体积中的颗粒物(PM)的质量来测量空气质量。一些颗粒物可以渗入人肺的气体交换区域，并且因此可以进入血流。颗粒物越小，渗入到血液中的风险就越大，并且因此健康问题的风险就越大。因此，有关组织例如政府机构正在世界各地部署空气质量监测站。可以部署这些站以监测并测量空气传播的颗粒物。这些站的数据通常在互联网上公布。一些数据可以是粒子质量密度的量度，并且可以每单位体积的质量来测量。例如，PM2.5指数是直径小于2.5微米的颗粒物的量度，其单位为微克/立方米。所有颗粒物组具有大小分布。例如，来自示例性中国香烟的烟雾可以分布为约0.1μm的粒子大小。花粉大小分布通常可以落在约5μm与约75μm之间。此外，PM的大小分布可以取决于位置、一天中的时间和许多其他局部环境条件。
技术实现思路
装置和相关联的方法涉及一种颗粒物(PM)传感器组件，其从光学散射传感器接收PM计数值并且响应于在包含传感器组件的局部区域内的最近公布的高精度空气质量信息而选择性地校准传感器特性。在说明性示例中，空气质量信息可以由各种PM监测站产生并且以例如数据流或集合公布。该传感器组件可以例如从与传感器组件的位置信息相关联的接收的空气质量信息中选择特定区域的PM质量密度参考值。基于公布的空气质量信息，传感器组件可从例如一组预定校准曲线中选择校准曲线。一种移动低成本PM传感器组件可以有利地利用高成本的公布的PM空气质量信息来动态地改善局部PM测量值的准确度。各种实施方案可实现一个或多个优点。例如，一些实施方案可以成本有效且高准确度地测定各种颗粒物指数(例如，PM2.5、PM10)。各种示例的校准和固件可以在现场更新，并且可以基于连续更新。一些示例可能接近PM污染的特定来源(例如，花粉计数)。各种示例可以是可互联网更新的传感器，并且可以与物联网(IoT)和社交物联网(SIoT)兼容。各种实施方案的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征和优点将根据说明书和附图以及根据权利要求书而显而易见。附图说明图1描绘了说明性用例场景中的示例性互联网辅助式空气质量传感器系统。图2描绘了示例性网络辅助式颗粒物传感器的过程流程图。图3描绘了包括在辅助式颗粒物传感器中的一组示例性校准曲线的图表视图。各附图中的类似的参考符号表示类似的元件。具体实施方式为了帮助理解，本文档的组织如下。首先，参考图1简要介绍示例性互联网辅助式颗粒物(PM)传感系统。接下来，参考图2，讨论转向示出操作细节的示例性实施方案。最后，图3呈现了一组示例性校准曲线，其中一个校准曲线是基于与机构PM参考标准的相关性自动选择的。许多低成本颗粒物传感器可以基于光学散射的原理，有时称为比浊法。使包含粒子的空气样本通过检测区，其中来自询问光束的光被颗粒散射。当粒子处于检测区时，光检测器接收散射光。在脉冲计数传感器中，光电探测器信号随着粒子进入并存在于检测区的所得增加和减少被称为光学脉冲。记录这些脉冲并且将这些脉冲用作测量颗粒物(PM)质量密度的原始数据源。在典型的工厂校准期间，产生已知质量密度的颗粒物并且使用该质量密度来校准每个传感器。每个传感器记录每单位时间的光学脉冲。这些校准在数学上将每单位时间的光学脉冲与已知的PM浓度关联。该校准过程将关于颗粒物的某些假设嵌入到所部署的传感器中。如果现实世界的颗粒物具有与在校准期间使用的颗粒物相同的大小分布、形状分布、化学组成和光学性质，则这些假设在很大程度上是正确的。然而，当真实世界颗粒物的这些(和更多)性质中的任何一个与在校准中使用的颗粒物的那些性质不同时，则假设是不正确的并且可能导致错误的质量密度读数。在至少一个示例性方面中，校准的光学脉冲计数PM传感器可以使用每单位时间的脉冲总数，其可以针对香烟烟雾进行校准(具有绝大多数的质量是来自小于1.0μm直径的粒子)。该PM传感器可以被部署到例如西南沙漠(其中典型的真实世界的颗粒物具有来自大于1.0μm粒子的大多数质量)。在这种局部部署的环境中，香烟烟雾的工厂校准可能会导致报告PM质量密度错误地低(由于香烟烟雾的粒子质量对比西南沙漠中的粒子质量的巨大差异)。因此，各种实施方案可以包括用于传感器接收关于其局部环境的信息(例如，GPS位置、从局部EPA站报告的PM2.5数据等)并且调整其校准系数或切换到更适合直径较大的颗粒物的单独的校准(曲线)的装置和方法。关于PM传感器的局部环境的信息可以包括至少以下三种类型的数据：(1)关于颗粒物大小分布的直接数据(例如，单独的PM2.5数据，PM2.5、PM10、PM1的组合，或PM2.5、PM10、PM1的比率)，(2)附加的空气质量数据，其不直接包含颗粒物信息(例如，湿度、温度、大气压力、降雨量等)，或(3)切向信息(例如，GPS数据、是否开启汽车雨刮、汽车是否越野、光学信息诸如周围环境的图片等)。本文描述的方法和装置可以利用3种不同类型的数据来改善针对PM传感器的局部环境校准部署的PM传感器。这三种类别的不同之处在于接收的信息与部署的传感器位置中的局部颗粒物的关系的直接程度。如上面所讨论，这三种类别是：(1)关于颗粒物大小分布的直接数据(例如，单独的位置特定PM2.5数据，或PM2.5、PM10、PM1的组合)，(2)附加的空气质量数据，其不直接包含颗粒物信息(例如，湿度、温度、大气压力、是否正下雨等)，以及(3)切向信息(例如，GPS数据、是否开启汽车雨刮、汽车是否越野、周围环境的光学信息(图片))。下面提供针对三种类型的数据中的每一种的校准调整的示例性实施方案。某些实施方案可以利用三种数据类别的组合。对于类别1，部署的传感器将例如从其位于西南沙漠的位置接收局部公布的PM2.5信息，并且基于使用香烟烟雾的工厂校准将接收的数据与传感器产生的PM2.5读数进行比较。当在两个读数之间的差异超过阈值时，传感器可以切换到校准，导致传感器的数据更接近地匹配局部公布的值。在一些实施方案中，这可以通过从校准曲线325移动到校准曲线305来实现(参见图3)。对于类别2，部署的传感器接收不直接包含颗粒物信息的空气质量信息。在一些实施方案中，空气质量数据可以是局部湿度。在高湿度环境中，颗粒物可以吸附水分子，这可能具有增加粒子散射面积而不增加颗粒固体质量的趋势。由于较小的粒子呈现较大的表面积(因此超过典型的光学脉冲计数PM传感器的本底噪声)，所以高湿度环境可以增加针对空气传播的颗粒的给定浓度和大小分布记录的光学脉冲数量并且可能导致错误的大PM测量值。在一些示例中，PM传感器接收部署的环境的大湿度值可以调整其校准以产生较低的PM读数。对于类别3，部署的传感器可以接收与部署的环境中的典型颗粒物间接相关的切向信息。在示例性场景中，传感器可以接收位置信息，该位置信息将传感器可的部署的环境识别为在美国西南沙漠中的户外。在这种环境中，空气传播的颗粒物可以通过大小大于1.0μm的粒子为主。在一些实施方案中，在预期所记录的每个光学脉冲将表示比在工厂中的香烟烟雾校准记录的光学脉冲更大的质量的情况下，部署的传感器可以将其校准从校准曲线325调整到校准曲线305(图3)。图1描绘了说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，所述装置用于估计混合在气态流体中的物质的量的量度，所述装置包括：颗粒物(PM)传感器(120)，所述颗粒物传感器适于对环境空气进行采样并响应于所述采样的环境空气的测量值而产生局部测量数据信号；处理器(110)，所述处理器可操作地耦合到所述PM传感器以接收所述局部测量数据信号；第一数据存储装置(130)，所述第一数据存储装置可操作地耦合到所述处理器并且包含多个预定校准，所述多个预定校准中的每一个定义校准函数以基本上补偿在初始校准期间使用的颗粒物与由所述PM传感器采样的所述环境空气的颗粒物之间的差异；接收模块(140)，所述接收模块可操作地耦合到所述处理器并且被配置为接收特定于包含所述PM传感器的地理区域的参考信息；以及，第二数据存储装置(130,215)，所述第二数据存储装置可操作地耦合到所述处理器并且包含指令程序，所述指令程序在由所述处理器执行时促使所述处理器执行操作以基于所述接收的参考信息自动地选择所述多个预定校准中的特定校准。

【技术特征摘要】
2017.12.22 US 62/609,835;2018.12.05 US 16/210,9641.一种装置，所述装置用于估计混合在气态流体中的物质的量的量度，所述装置包括：颗粒物(PM)传感器(120)，所述颗粒物传感器适于对环境空气进行采样并响应于所述采样的环境空气的测量值而产生局部测量数据信号；处理器(110)，所述处理器可操作地耦合到所述PM传感器以接收所述局部测量数据信号；第一数据存储装置(130)，所述第一数据存储装置可操作地耦合到所述处理器并且包含多个预定校准，所述多个预定校准中的每一个定义校准函数以基本上补偿在初始校准期间使用的颗粒物与由所述PM传感器采样的所述环境空气的颗粒物之间的差异；接收模块(140)，所述接收模块可操作地耦合到所述处理器并且被配置为接收特定于包含所述PM传感器的地理区域的参考信息；以及，第二数据存储装置(130,2...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·杜威·麦克布雷迪，斯蒂芬·博克，特里萨·马尔塔，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US