测量设备、环境测量设备和测量方法技术

本发明专利技术涉及测量设备、环境测量设备和测量方法。测量设备包括：测量容器，其包括空气入口和空气出口；风扇；光源，其被配置成用光照射微颗粒物质；光检测器，其被配置成检测来自微颗粒物质的散射光；第一电路，其被配置成基于光检测器的输出检测微颗粒物质的个体颗粒；第二电路，其被配置成基于光检测器的输出检测微颗粒物质的微颗粒群；开关，其被配置成切换到第一状态和第二状态中之一，在第一状态下，光检测器的输出被输入到第一电路，在第二状态下，光检测器的输出被输入到第二电路；以及控制器，其被配置成控制风扇的驱动和停止、光源的接通和关闭以及开关的状态的切换。

Measurement equipment, environmental measurement equipment and measurement methods

【技术实现步骤摘要】
测量设备、环境测量设备和测量方法
本文讨论的实施方式涉及用于测量微颗粒物质的浓度的测量设备、环境测量设备和测量方法。
技术介绍
大气中包含的微颗粒物质的浓度被用作空气污染的指标之一。例如，近些年来，已经安装了很多大气测量站，以根据与对健康的影响的关系来测量微颗粒物质的浓度例如PM2.5。大气测量站使用例如贝塔(β)射线衰减型测量设备或锥形元件振荡微天平(TaperedElementOscillatingMicrobalance，TEOM)型测量设备来测量微颗粒物质的浓度。然而，由于这些测量设备昂贵并且尺寸大，因此它们不适合供例如个体使用。同时，已经提出了使用光散射方法的简单测量设备。这样的测量设备通过对通过用光照射颗粒而获得的散射光进行测量来测量微颗粒物质的浓度。由于使用光散射方法的测量设备比在大气测量站中使用的测量设备便宜、紧凑且容易使用，因此它适合供例如个体使用。因此，使用光散射方法的测量设备经常用于测量用户周围的环境例如工作环境。在使用光散射方法的测量设备长时间段使用的情况下，由于光学系统例如光源或者光检测器的表面被污染，因此测量值变得不准确。污染的原因是微颗粒物质，微颗粒物质是主要的测量目标并且附着在光学系统例如光源或者光检测器的表面。然而，在出于防止由微颗粒物质造成的污染的目的而在测量设备中安装过滤器时，作为测量目标的微颗粒物质的测量值将会受到影响。因此，在测量设备中安装过滤器是不优选的。同时，在清洁光学系统时，测量设备的测量精度被恢复，但是却增加了与清洁相关联的处理的数量。例如，在长时间段地连续在无人状态下进行操作的测量设备的情况下，增加与清洁相关联的处理的数量是不优选的。然而，在不增加与清洁相关联的处理的数量的情况下，难以通过抑制光学系统的污染的影响来以高精度测量微颗粒物质的浓度。另外，作为通过光散射方法测量散射光的方法，已经提出了各种方法，例如下面将要描述的计数检测方法和模拟检测方法。计数检测方法通过检测当微颗粒物质通过光检测器的视场时产生的光脉冲来对个体微颗粒(individualmicro-particles)进行计数。因此，计数检测方法对于低浓度微颗粒物质具有较高的测量精度，但是与低浓度微颗粒物质相比，对于高浓度微颗粒物质具有较低的测量精度。这是因为，在微颗粒的数量大时，在通过计数检测方法测量高浓度微颗粒物质的情况下，由于微颗粒的计数丢失而发生饱和。同时，模拟检测方法对通过用光照射颗粒群而获得的反射光的光强度进行测量。因此，模拟检测方法对于高浓度微颗粒物质具有较高的测量精度，但是与高浓度微颗粒物质相比，对于低浓度微颗粒物质具有较低的测量精度。在通过模拟检测方法测量低浓度微颗粒物质的情况下，由于例如从光源发射的光的光强度的不稳定性，低浓度微颗粒物质的测量精度相对低于高浓度微颗粒物质的测量精度。因此，通过使用光散射方法的简单测量设备，难以以高精度对从低浓度微颗粒物质至高浓度微颗粒物质的范围内的微颗粒物质的浓度进行连续测量。在例如日本特开专利公报第2009-030988号和第2006-010353号中公开了相关技术。
技术实现思路
根据实施方式的一个方面，测量设备包括：测量容器，其包括空气入口和空气出口；风扇，其被安装在空气出口处；光源，其被配置成用光照射布置在测量容器中的微颗粒物质；光检测器，其被配置成检测来自测量容器中的微颗粒物质的散射光；第一电路，其被配置成基于光检测器的输出来检测在测量容器中从空气入口流动到空气出口的微颗粒物质的个体颗粒；第二电路，其被配置成基于光检测器的输出来检测在测量容器中从空气入口流动到空气出口的微颗粒物质的微颗粒群；开关，其被配置成切换到第一状态和第二状态中之一，在第一状态下，光检测器的输出被输入到第一电路，在第二状态下，光检测器的输出被输入到第二电路；以及控制器，其被配置成控制风扇的驱动和停止、光源的接通和关闭以及开关的状态的切换，其中，控制器在风扇正被驱动的情况下接通光源，控制器控制开关，使得在根据第一电路的输出计算的微颗粒物质的浓度等于或者大于阈值时状态被切换到第二状态，并且在根据第二电路的输出计算的微颗粒物质的浓度小于阈值时切换开关以进入第一状态。附图说明图1是示出根据实施方式的测量设备的视图；图2是用于说明微颗粒物质的浓度与ADC的数字输出值之间的关系的示例的视图；图3是示意性地示出校准曲线的斜率与零点的移动量之间的关系的示例的视图；图4是用于说明计数检测方法的视图；图5是用于说明其中通过模拟检测方法检测到的光学系统的污染程度被反映在计数检测方法中的示例的视图；图6是用于说明微颗粒物质的浓度的测量结果的示例的视图；图7是用于说明微颗粒物质的颗粒直径分布的测量结果的示例的视图；图8是示出计算机的示例的框图；图9是用于说明测量设备的操作的示例的流程图；图10是用于说明测量设备的操作的另一示例的流程图；以及图11是示出根据实施方式的环境测量设备的示例的框图。具体实施方式通过使用光散射方法的简单测量设备，难以在从低浓度到高浓度的宽浓度范围内以高精度测量微颗粒物质。根据一方面，本公开内容提供了能够在从低浓度到高浓度的宽浓度范围内以高精度测量微颗粒物质的测量设备和测量方法。在所公开的测量设备和测量方法中，根据微颗粒物质的浓度来切换检测从测量容器中的用光照射的微颗粒物质获得的散射光的方法，使得对于低浓度微颗粒物质采用检测微颗粒物质的个体微颗粒的方法，并且对于高浓度微颗粒物质采用检测微颗粒物质的颗粒群的方法。因此，可以在从低浓度到高浓度的宽浓度范围内测量微颗粒物质。在下文中，将参照附图来描述根据本公开内容的测量设备和测量方法的实施方式。实施方式图1是示出根据实施方式的测量设备的视图。图1示出的测量设备1包括测量容器11、开关12、第一电路13、第二电路14、开关15、控制器16以及输出装置17。虚拟冲击器(virtualimpactor)21安装在测量容器11的空气入口11A处。虚拟冲击器21允许具有小于测量目标颗粒直径的直径的微颗粒物质通过。风扇22安装在测量容器11的空气出口11B处。在该示例中，光源23和光检测器24被安装在测量容器11中。在驱动风扇22旋转的情况下，微颗粒物质通过虚拟冲击器21从空气入口11A被引入到测量容器11中，来自光源23的光照射到微颗粒物质，并且光检测器24接收从微颗粒物质散射的光。光检测器24将接收的散射光转换成电信号，该电信号具有与接收的散射光的光强度对应的信号强度。测量容器11的形状不受特别限制，但是可以优选地使得图1中所示的从空气入口11A到空气出口11B的大气的气流保持平稳。另外，测量容器11的形状可以优选地使得在测量容器11中便于促进通过光源23进行的对微颗粒物质的光照射和通过光检测器24进行的对来自微颗粒物质的散射光的检测。光源23的位置不受特别限制，只要光源23能够将光照射到测量容器11中的微颗粒物质即可。例如，在光通过设置在测量容器11中的窗口进行照射的情况下，光源23可以布置在测量容器11的外部。此外，光检测器24的位置也不受特别限制，只要光检测器24能够检测来自测量容器11中的微颗粒物质的散射光即可。例如，在通过设置在测量容器11中的窗口接收散射光的情况下，光检测器24可以布置在测量容器11的外部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量设备，包括：测量容器，其包括空气入口和空气出口；风扇，其被安装在所述空气出口处；光源，其被配置成用光照射布置在所述测量容器中的微颗粒物质；光检测器，其被配置成检测来自所述测量容器中的微颗粒物质的散射光；第一电路，其被配置成基于所述光检测器的输出来检测在所述测量容器中从所述空气入口流动到所述空气出口的微颗粒物质的个体颗粒；第二电路，其被配置成基于所述光检测器的输出来检测在所述测量容器中从所述空气入口流动到所述空气出口的微颗粒物质的微颗粒群；开关，其被配置成切换到第一状态和第二状态中之一，在所述第一状态下，所述光检测器的输出被输入到所述第一电路，在所述第二状态下，所述光检测器的输出被输入到所述第二电路；以及控制器，其被配置成控制所述风扇的驱动和停止、所述光源的接通和关闭以及所述开关的状态的切换；其中，所述控制器在所述风扇正被驱动的情况下接通所述光源，所述控制器控制所述开关，使得在根据所述第一电路的输出计算的微颗粒物质的浓度等于或者大于阈值时状态被切换到所述第二状态，并且在根据所述第二电路的输出计算的微颗粒物质的浓度小于所述阈值时切换所述开关以进入所述第一状态。

【技术特征摘要】
2018.01.30 JP 2018-0131941.一种测量设备，包括：测量容器，其包括空气入口和空气出口；风扇，其被安装在所述空气出口处；光源，其被配置成用光照射布置在所述测量容器中的微颗粒物质；光检测器，其被配置成检测来自所述测量容器中的微颗粒物质的散射光；第一电路，其被配置成基于所述光检测器的输出来检测在所述测量容器中从所述空气入口流动到所述空气出口的微颗粒物质的个体颗粒；第二电路，其被配置成基于所述光检测器的输出来检测在所述测量容器中从所述空气入口流动到所述空气出口的微颗粒物质的微颗粒群；开关，其被配置成切换到第一状态和第二状态中之一，在所述第一状态下，所述光检测器的输出被输入到所述第一电路，在所述第二状态下，所述光检测器的输出被输入到所述第二电路；以及控制器，其被配置成控制所述风扇的驱动和停止、所述光源的接通和关闭以及所述开关的状态的切换；其中，所述控制器在所述风扇正被驱动的情况下接通所述光源，所述控制器控制所述开关，使得在根据所述第一电路的输出计算的微颗粒物质的浓度等于或者大于阈值时状态被切换到所述第二状态，并且在根据所述第二电路的输出计算的微颗粒物质的浓度小于所述阈值时切换所述开关以进入所述第一状态。2.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述第一电路包括：脉冲高度鉴别器，所述光检测器的输出经由所述开关被输入到所述脉冲高度鉴别器；以及计数器，所述脉冲高度鉴别器的输出被输入到所述计数器；所述第二电路包括模拟到数字转换器，所述光检测器的输出经由所述开关被输入到所述模拟到数字转换器；所述控制器设置脉冲高度阈值；并且所述计数器对由所述脉冲高度鉴别器鉴别的等于或大于所述脉冲高度阈值的脉冲的数量进行计数。3.根据权利要求2所述的测量设备，其中，所述控制器切换所述开关以进入所述第二状态，基于在所述光源接通的情况下所述风扇停止后已经经过一定时间段之后所述模拟到数字转换器的输出来确定将所述模拟到数字转换器的输出转换成所述微颗粒物质的浓度的转换函数，在所述光源接通的情况下驱动所述风扇，并且基于所述模拟到数字转换器的输出和所述转换函数来计算所述微颗粒物质的浓度。4.根据权利要求2所述的测量设备，其中，所述控制器控制所述开关使得状态被切换到所述第二状态，并且基于在所述光源接通的情况下所述风扇停止后已经经过一定时间段之后所述模拟到数字转换器的输出来确定所述脉冲高度鉴别器的所述脉冲高度阈值；并且所述控制器切换所述开关以进入所述第一状态，在所述光源接通的情况下驱动所述风扇，在所述脉冲高度鉴别器中设置所述脉冲高度阈值，并且基于所述计数器的计数值计算所述微颗粒物质的浓度。5.根据权利要求2所述的测量设备，其中，所述控制器切换所述开关以进入所述第二状态，并且基于在所述光源接通的情况下所述风扇停止后已经经过一定时间段之后所述模拟到数字转换器的输出来校正所述脉冲高度阈值。6.根据权利要求2所述的测量设备，其中，所述控制器切换所述开关以进入所述第一状态，并确定所述脉冲高度鉴别器的多个脉冲高度阈值；所述计数器针对每个脉冲高度阈值对由所述脉冲高度鉴别器鉴别的脉冲的数量进行计数；并且所述控制器基于针对每个脉冲高度阈值的计数值计算所述微颗粒物质的颗粒直径分布。7.根据权利要求1所述的测量设备，其中，在所述第二状态下，所述控制器以脉冲方式接通所述光源。8.根据权利要求1所述的测量设备，还包括：第二开关，所述第二开关被配置成在所述第一状态下将所述第一电路的输出输入到所述控制器，并且在所述第二状态下将所述第二电路的输出输入到所述控制器，其中，所述控制器与所述开关的状态同步地将所述第二开关的状态切换到所述第一状态或者所述第二状态。9.根据权利要求1所述的测量设备，还包括：虚拟冲击器，所述虚拟冲击器被安装在所述空气入口处，并且被配置成经由所述空气入口将具有小于测量目标的颗粒直径的颗粒直径的微颗粒物质引入到所述测量容器中。10.一种环境测量设备，包括：测量设备；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：高须良三，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP