光学微粒传感器制造技术

一种微粒检测器。该微粒检测器包括一个或多个光源、光学传感器和控制器。该一个或多个光源可共同操作以同时产生至少两个波长范围的发射光。该光学传感器被配置为感测由该一个或多个光源发射的该至少两个波长范围的光并且区分每个范围。该控制器被配置为基于由该光学传感器感测的该光来检测微粒。学传感器感测的该光来检测微粒。学传感器感测的该光来检测微粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学微粒传感器


[0001]本专利技术涉及介质流体内(即，液体或气体内)的微粒的测量及分析。具体地，本专利技术涉及对用于此检测的方法及装置的改进。一些实施例具体涉及检测烟雾，例如，用于检测火灾，但本专利技术整体上不限于此。

技术介绍

[0002]检测、测量及分析流体中的杂质和/或微粒对于许多不同应用(工业上及对于消费者)而言是重要的。工业应用包含在充填气缸时或在运输、分析供水或对洁净室进行质量控制期间测量气体的粒子含量。消费者应用包含家庭通风系统(例如，当房间中的粒子达到阈值水平时启动通风)及烟雾检测。
[0003]当检测火灾时，检测明火(open flame)及焖火(smouldering fire)两者是重要的。焖火可在具有极少空气供应的情况下开始并蔓延，且在存在高热量及燃料源的任何地方都可能被点燃，例如，在发生故障的电子装置中(其中因故障引起热量，且燃料源是装置本身)，或在滚筒干燥机(tumble drier)中(其中在正常操作期间存在热量，但故障可引起热源处存在燃料)。虽然焖火引起相对较小的直接损坏，但它们可能蔓延成较大火灾，且相较于明火(例如，使用灭火器)通常可使用相对简单的对策来防止焖火(例如，关闭发生故障的电气设备件)。
[0004]如图1中所展示的现代烟雾检测器使用定位于腔室内的光源101(通常为红外LED)及光学传感器102(通常为光电二极管)。腔室经塑形以容许空气流动通过，同时防止不需要的光到达传感器。腔室可由外壳体103、阻挡外部光的“暗壳体”104和容纳LED及光电二极管的散射腔室105形成。来自LED的光106通常未被引导至传感器，但在烟雾107进入腔室时，来自LED的光被散射108，从而在传感器处产生信号，该信号接着触发警报。
[0005]微粒的散射高度取决于微粒大小。该大小确定在哪一波长下，微粒将根据米氏(Mie)散射或根据瑞利(Rayleigh)散射来散射。两种散射原理具有图2中所绘示的不同散射形状横截面。各种微粒的散射效率取决于用于散射微粒的波长(或取决于用于检测微粒的波长)。一些光学烟雾(或微粒检测器)在其中大多数微粒展示具有大前向效率的米氏类型散射的近红外波长范围内起作用。依～135
°
放置检测器仍将获得不受入射光源影响的大部分散射光。较小微粒将主要展示瑞利散射，其中后向散射效率及前向散射效率两者同样强。对于小微粒，依135
°
观察散射将导致信号，使得成一窄得多的角度45
°
的额外传感器应导致等量的信号(例如，针对球形微粒)。对于较大微粒，45
°
处的信号将小于135
°
处的信号。这容许区分微粒大小，其被用于防止灰尘导致错误警报(因为灰尘的直径一般大于1微米，且烟雾微粒一般小于1微米，但这些阈值可取决于预期火灾类型、预期环境(例如，灰尘有多少)及对错误警报对比降低的灵敏度的容忍度而调整)。然而，此装置仍无法区分烟雾与水蒸气，且额外检测器使其体积更大且不太能够装配于标准壳体内。
[0006]这些现有烟雾检测器具有若干常见缺点：
[0007]·
它们产生许多错误警报，包含因水蒸气或水滴产生错误警报。
[0008]·
进入测量腔室中的灰尘或沉降于腔室中的烟雾可能引起污染，污染可导致错误警报、灵敏度降低或甚至功能完全丧失(例如，若灰尘阻挡光源)。
[0009]·
组件老化(以及灰尘污染)将引起检测器灵敏度的变化。这一般藉由定期保养或更换或藉由对检测阈值进行时间相关调整来补偿。
[0010]·
该设计需要空气进入测量腔室，但排除外部光，这需要减少至检测器的气流的复杂“迷宫”结构。这也引起检测器体积大，从而使得它们一般很难看，这引起使用者将它们放在一边，从而进一步减小气流。
[0011]·
增加的检测时间(例如，归因于至传感器的气流不足，或灵敏度降低或用以减少错误警报的较长测量周期)引起警报触发(set
‑
off)太迟，这可导致烟雾中毒。
[0012]·
另外，当前检测器无法分析及指示自焖火至明火的火灾阶段及进展。
[0013]·
仅存在有限数量的警报警告阈值，例如，烟雾正在积聚的警示，及有可能发生火灾的警示。检测器可确定存在火灾，但无法确定火灾阶段或可能原因。这使得使用者难以确定应对火灾的正确对策。
[0014]因此，需要一种避免至少一些上述缺点的检测器。

技术实现思路

[0015]根据本专利技术的第一方面，提供一种微粒检测器。该微粒检测器包括一个或多个光源、光学传感器以及控制器。该一个或多个光源可共同操作以同时产生至少两个波长范围的发射光。该光学传感器被配置为感测由该一个或多个光源发射的该至少两个波长范围的光并且区分每个范围。该控制器被配置为基于由该光学传感器感测的该光来检测微粒。
[0016]该控制器可进一步被配置为：获得背景测量值，该背景测量值是由该光学传感器在该一个或多个光源未产生光时的时期期间感测的光的测量值；以及基于该背景测量值调整从该光学传感器接收的未来测量值。
[0017]替代地，控制器可进一步被配置为：获得背景测量值，该背景测量值是由该光学传感器在该一个或多个光源未产生光时的时期期间感测的光的测量值；以及确定其中该背景测量值可接受的该至少两个波长范围的发射光的一个或多个波长范围，并且基于由该光学传感器感测的仅在该一个或多个波长范围内的光来检测微粒。
[0018]该一个或多个光源可以是脉冲化的，并且该控制器可被配置为获得在每个脉冲的关断周期期间的背景测量值。
[0019]该一个或多个光源可发射频率调制光，并且该控制器被配置为对该传感器的该测量值施加对应解调制。
[0020]该一个或多个光源和该光学传感器可以不在壳体内。
[0021]该光源可以以脉冲发射光，并且该控制器可被配置为基于该光源的脉冲的起始与由该光学传感器感测的该光中的脉冲的起始之间的时间差来确定经检测微粒的距离。
[0022]该控制器可被配置为基于在该波长范围的每一个处感测的该光之间的差异来区分微粒大小。
[0023]该微粒检测器可为烟雾检测器。
[0024]该控制器可被配置为基于比较在该两个或更多个波长范围的第一波长范围和第二波长范围中感测的光来区分烟雾与水。
[0025]该控制器可被配置为确定在第一波长范围中感测的光与在第二波长范围中感测的光的比率，并且基于该比率区分烟雾与水。
[0026]第一波长范围可在可见光谱内，并且第二波长范围可在近红外光谱内。
[0027]该控制器可被配置为比较由该光学传感器感测的光与一个或多个先前确定的简档(profile)，每个简档包括关于由该传感器在火灾期间感测的光随时间的预期演变的信息，并且如果由该光学传感器感测的该光的时间演变对应于该简档之一，则发信号通知检测到火灾。
[0028]根据本专利技术的第二方面，提供一种在其内集成有烟雾检测器的电子装置，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微粒检测器，其包括：一个或多个光源，其可共同操作以同时产生至少两个波长范围的发射光；光学传感器，其被配置为感测由所述一个或多个光源发射的所述至少两个波长范围的光并且区分每个范围；以及控制器，其被配置为基于由所述光学传感器感测的所述光来检测微粒。2.根据权利要求1所述的微粒检测器，其中所述控制器被配置为：获得背景测量值，所述背景测量值是由所述光学传感器在所述一个或多个光源未产生光时的时期期间感测的光的测量值；基于所述背景测量值调整从所述光学传感器接收的未来测量值。3.根据权利要求1所述的微粒检测器，其中所述控制器被配置为：获得背景测量值，所述背景测量值是由所述光学传感器在所述一个或多个光源未产生光时的时期期间感测的光的测量值；确定其中所述背景测量值可接受的所述至少两个波长范围的发射光的一个或多个波长范围，并且基于由所述光学传感器感测的仅在所述一个或多个波长范围内的光来检测微粒。4.根据权利要求2或3所述的微粒检测器，其中所述一个或多个光源是脉冲化的，并且所述控制器被配置为获得在每个脉冲的关断周期期间的所述背景测量值。5.根据权利要求1所述的微粒检测器，其中所述一个或多个光源发射频率调制光，并且所述控制器被配置为对所述传感器的所述测量值施加对应解调制。6.根据任一上述权利要求所述的微粒检测器，其中所述一个或多个光源和所述光学传感器不在壳体内。7.根据任一上述权利要求所述的微粒检测器，其中所述光源以脉冲发射光，并且所述控制器被配置为基于所述光源的脉冲的起始与由所述光学传感器感测的所述光中的脉冲的起始之间的时间差来确定经检测微粒的距离。8.根据任一上述权利要求所述的微粒检测器，其中所述控制器被配置为基于在所述波长范围的每一个处感测的所述光之间的差异来区分微粒大小。9.根据任一上述权利要求所述的微粒检测器，其中所述微粒检测器是烟雾检测器。10.根据权利要求9所述的微粒检测器，其中所述控制器被配置为基于比较在所述两个或更多个波长范围的第一波长范围和第二波长范围中感测的光来区分烟雾与水。11.根据权利要求10所述的微粒检测器，其中所述控制器被配置为确定在第一波长范围中感...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢文忠，马库斯丹特勒，F弗雷德里克斯，A罗立欧，EJ洛斯，R皮耶宁伯格，R弗杜尔德，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：