本發(fā)明涉及測(cè)量浮質(zhì)(aerosol)內(nèi)的顆粒濃度和質(zhì)量濃度。

背景技術(shù)：

空氣傳播顆粒污染，尤其是尺寸小于2.5μm直徑范圍(即，“PM2.5”)的顆粒物質(zhì)對(duì)于例如中國(guó)的國(guó)家來(lái)說(shuō)是大問(wèn)題，在這些國(guó)家中工業(yè)化的速度延伸到了監(jiān)管要求的邊界。

由于增加的消費(fèi)主張，關(guān)于生存空間的空氣質(zhì)量的信息的需求正在增加。尤其在中國(guó)，過(guò)多的PM2.5污染已經(jīng)變?yōu)檫^(guò)去十年中的常見(jiàn)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題也通過(guò)各個(gè)中國(guó)城市中的持續(xù)測(cè)量而確認(rèn)。數(shù)據(jù)公開(kāi)可獲得并且可以通過(guò)手機(jī)應(yīng)用或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)監(jiān)控。

這個(gè)數(shù)據(jù)的可用性以及持續(xù)國(guó)內(nèi)和國(guó)際媒體注意力已經(jīng)使得消費(fèi)者關(guān)于該問(wèn)題產(chǎn)生了強(qiáng)烈意識(shí)。

官方戶外空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限定作為每單位體積質(zhì)量濃度(例如，μg/m³)的顆粒物質(zhì)濃度。已經(jīng)基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)計(jì)算中國(guó)大陸的平均PM2.5污染濃度，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)國(guó)家的大部分地區(qū)超過(guò)世界健康組織限度10μg/m³，其中一些地區(qū)達(dá)到甚至超過(guò)100μg/m³的PM2.5濃度。

標(biāo)準(zhǔn)化參考測(cè)量方法基于例如使用石英晶體微天平、錐形諧振器、撞擊器或加權(quán)過(guò)濾器或?yàn)V網(wǎng)、來(lái)測(cè)量每空氣樣本體積的沉積或捕獲的顆粒的質(zhì)量。

然而，這些系統(tǒng)要求用于處理測(cè)量的手動(dòng)部分(例如稱重過(guò)濾器或?yàn)V網(wǎng))的專業(yè)操作指南和/或用于清潔累積的質(zhì)量、保持各種系統(tǒng)組件和校準(zhǔn)的定期維護(hù)。

已經(jīng)提出用于浮質(zhì)污染監(jiān)控的基于共振的質(zhì)量感測(cè)。例如，已經(jīng)提出了使用用于個(gè)人暴露監(jiān)控的具有皮克水平的質(zhì)量分辨率的微型機(jī)械硅懸臂裝置。過(guò)濾器可以用于消除大顆粒，靜電采樣器可以被設(shè)置用于在懸臂上沉積納米顆粒。例如，WO 2013/064157公開(kāi)一種基于MEMS的共振顆粒測(cè)量裝置，被設(shè)計(jì)用于測(cè)量空氣流中的浮質(zhì)納米顆粒。

基于共振操作操作的機(jī)械傳感器在添加的質(zhì)量與初始共振器質(zhì)量相比更小的范圍中操作。然而，在傳感器的壽命期間持續(xù)的質(zhì)量累積是不可避免的。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于MEMS衡量(scale)裝置更顯著，在該裝置中累積的質(zhì)量的機(jī)械和/或化學(xué)清潔是不可能的，至少對(duì)于消費(fèi)者應(yīng)用來(lái)說(shuō)如此。這導(dǎo)致有限的傳感器壽命。

還已知光學(xué)傳感器。它們不經(jīng)受有限壽命的同樣缺點(diǎn)，但是它們不太能夠給出關(guān)于顆粒質(zhì)量的信息。

因此，需要一種可以被設(shè)計(jì)為具有較長(zhǎng)壽命并且給出精確質(zhì)量讀數(shù)的個(gè)人質(zhì)量傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明由權(quán)利要求限定。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種用于測(cè)量浮質(zhì)中的顆粒濃度和質(zhì)量濃度的傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括：

光學(xué)傳感器，用于測(cè)量顆粒濃度和可選地測(cè)量顆粒尺寸分布；

機(jī)械傳感器，用于測(cè)量收集的顆粒的質(zhì)量；以及

控制器，被適用于：

使用光學(xué)傳感器監(jiān)控浮質(zhì)中的顆粒濃度和可選地監(jiān)控顆粒尺寸分布，直到檢測(cè)到顆粒產(chǎn)生事件；

在檢測(cè)顆粒產(chǎn)生事件時(shí)，使用機(jī)械傳感器來(lái)執(zhí)行質(zhì)量測(cè)量；以及

使用質(zhì)量測(cè)量來(lái)校準(zhǔn)光學(xué)傳感器。

浮質(zhì)可以是空氣或具有夾帶顆粒的任意其它氣體。

該傳感器系統(tǒng)使用機(jī)械傳感器實(shí)現(xiàn)精確質(zhì)量測(cè)量，例如檢測(cè)共振頻率中的變化的機(jī)械傳感器。然而，該傳感器的操作不是持續(xù)的從而使得壽命可以被延長(zhǎng)。相反，通過(guò)機(jī)械傳感器的質(zhì)量測(cè)量通過(guò)檢測(cè)顆粒產(chǎn)生事件而觸發(fā)。該事件可以導(dǎo)致顆粒濃度的快速增加或可以引起特定顆粒尺寸的檢測(cè)。例如，顆粒產(chǎn)生事件可以包括吸煙、烹飪、燃燒過(guò)程、在打開(kāi)窗戶情況下外部浮質(zhì)的擴(kuò)散等。以這種方式，機(jī)械傳感器可以以低工作周期被進(jìn)行使用并且僅在使用機(jī)械傳感器的感測(cè)操作期間被暴露到顆粒浮質(zhì)。因此，可以避免清潔機(jī)械傳感器的需要?？梢酝ㄟ^(guò)執(zhí)行每次校準(zhǔn)質(zhì)量測(cè)量而防止光學(xué)傳感器的精確度的漂移。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，機(jī)械傳感器可以包括：

感測(cè)元件；

換能器，適用于驅(qū)動(dòng)感測(cè)元件共振并且檢測(cè)感測(cè)元件的共振頻率，其中，共振頻率取決于沉積在感測(cè)元件上的顆粒的質(zhì)量。

這種情況中的機(jī)械傳感器為檢測(cè)共振頻率中的變化的共振質(zhì)量傳感器。這可以例如包括MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器。

控制器可以進(jìn)一步適用于獲得在質(zhì)量測(cè)量期間已經(jīng)采樣的浮質(zhì)的體積，并且從而獲得每單位體積的顆粒的質(zhì)量濃度。

這使得感測(cè)的重量能夠轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度。

控制器可以進(jìn)一步適用于使用光學(xué)傳感器監(jiān)控浮質(zhì)，直到穩(wěn)定的事后顆粒濃度被記錄，以及適用于對(duì)光學(xué)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)以使用來(lái)自機(jī)械傳感器的質(zhì)量信息形成事后基線。例如，校準(zhǔn)可以使用事后光學(xué)傳感器測(cè)量和事后質(zhì)量測(cè)量，以在觸發(fā)質(zhì)量測(cè)量的事件之后重新對(duì)齊光學(xué)傳感器和機(jī)械傳感器。

這使光學(xué)傳感器能夠提供顆粒產(chǎn)生事件之間的更精確的讀數(shù)，此時(shí)通過(guò)機(jī)械傳感器獲得更精確的顆粒質(zhì)量信息。

然后可以更精確地使用顆粒濃度信息以指示顆粒的質(zhì)量濃度，同時(shí)使用光學(xué)傳感器而不使用機(jī)械傳感器。

光學(xué)傳感器優(yōu)選包括基于光散射的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，諸如濁度計(jì)(nephelometer)。

這是可以在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)使用的容易獲得的組件?？蛇x地，可以使用特定設(shè)計(jì)的光學(xué)單元。通過(guò)基于實(shí)際測(cè)量的質(zhì)量進(jìn)行定期校準(zhǔn)解決了由顆粒尺寸估算和對(duì)重量濃度轉(zhuǎn)換的顆粒濃度所導(dǎo)致的測(cè)量精確度的問(wèn)題。

在實(shí)施例中，樣品納入裝置可以被設(shè)置用于在機(jī)械傳感器的感測(cè)周期期間操作以驅(qū)動(dòng)浮質(zhì)得以朝向傳感器元件被監(jiān)控。樣本納入裝置可以包括風(fēng)扇或靜電吸引系統(tǒng)，否則可以使用基于熱遷移或重力的系統(tǒng)。

在實(shí)施例中，顆粒過(guò)濾布置可以被設(shè)置用于選擇顆粒尺寸的范圍，對(duì)于該范圍內(nèi)的浮質(zhì)顆粒濃度和質(zhì)量濃度將被測(cè)量。這表示僅針對(duì)感興趣的顆粒尺寸的范圍實(shí)施分析。例如，過(guò)濾布置可以確保防止大顆粒到達(dá)機(jī)械傳感器。例如，過(guò)濾布置可以捕獲比例如用于PM2.5測(cè)量的2.5μm的尺寸閾值更大的顆粒。

機(jī)械傳感器的最低分辨率可以例如存在于皮克到微克的范圍中。

在實(shí)施例中，提供環(huán)境信息的傳感器還可以用于提供關(guān)于顆粒產(chǎn)生事件的額外信息。例如，一定的揮發(fā)性有機(jī)化合物的快速增加可以與例如烹飪、吸煙等特定事件相關(guān)。這提供了另一方式來(lái)使用機(jī)械傳感器觸發(fā)精確質(zhì)量測(cè)量。

控制器可以包括存儲(chǔ)從光學(xué)傳感器獲取的歷史測(cè)量和對(duì)應(yīng)的通過(guò)機(jī)械傳感器的歷史質(zhì)量測(cè)量之間的映射的存儲(chǔ)器。這種映射可以用于避免機(jī)械傳感器的不必要的操作，例如通過(guò)識(shí)別特定顆粒尺寸分布對(duì)于對(duì)應(yīng)于特定事件是已知的。這在存在反復(fù)事件例如烹飪事件時(shí)尤其引人注意。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，還提供一種用于測(cè)量浮質(zhì)顆粒濃度和質(zhì)量濃度的方法，包括：

通過(guò)測(cè)量顆粒濃度和可選地測(cè)量顆粒尺寸分布來(lái)使用光學(xué)傳感器監(jiān)控浮質(zhì)；

基于測(cè)量的顆粒濃度和可選地基于尺寸分布來(lái)檢測(cè)顆粒產(chǎn)生事件；

響應(yīng)于檢測(cè)顆粒產(chǎn)生事件，使用機(jī)械傳感器執(zhí)行收集的顆粒的質(zhì)量測(cè)量；以及

使用質(zhì)量測(cè)量以校準(zhǔn)光學(xué)傳感器。

該方法使得能夠使用具有如上解釋的延長(zhǎng)壽命的機(jī)械傳感器來(lái)精確質(zhì)量測(cè)量。

如上概述，可以使用光學(xué)傳感器監(jiān)控浮質(zhì)，直到穩(wěn)定的事后顆粒濃度被記錄，并且然后光學(xué)傳感器可以被校準(zhǔn)以形成穩(wěn)定的基線。校準(zhǔn)可以包括將來(lái)自光學(xué)傳感器的顆粒濃度信息和來(lái)自機(jī)械傳感器的質(zhì)量信息相關(guān)聯(lián)。這提供在事件完成之后基于穩(wěn)定值的校準(zhǔn)。

映射可以存儲(chǔ)在通過(guò)光學(xué)傳感器的歷史顆粒濃度測(cè)量與通過(guò)機(jī)械傳感器的對(duì)應(yīng)歷史質(zhì)量測(cè)量之間。這表示質(zhì)量測(cè)量可以在已經(jīng)存在可以使用的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)被避免。因此，存儲(chǔ)的映射可以用于如果存在到歷史質(zhì)量測(cè)量的映射、則禁止在檢測(cè)到顆粒產(chǎn)生事件之后執(zhí)行質(zhì)量測(cè)量。這進(jìn)一步使得機(jī)械傳感器的壽命能夠延長(zhǎng)。

可以使用光學(xué)傳感器測(cè)量來(lái)衡量存儲(chǔ)的歷史質(zhì)量測(cè)量以提供質(zhì)量指示。因此，映射可以涉及顆粒分布特性而不是絕對(duì)濃度。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，其中：

圖1示出以彈簧質(zhì)量系統(tǒng)解釋的基于共振的質(zhì)量檢測(cè)的基本方面，其中共振傳感器的質(zhì)量影響共振頻率；

圖2示出本發(fā)明的方法的實(shí)施例；

圖3示出本發(fā)明的傳感器的實(shí)施例；

圖4示出顆粒尺寸分布函數(shù)；

圖5示出圖4的函數(shù)可以如何被分為離散段；

圖6示出用于烹飪?nèi)N不同食物項(xiàng)目的顆粒密度分布函數(shù)；

圖7示出隨著時(shí)間用于烹飪?nèi)N不同食物項(xiàng)目的顆粒質(zhì)量濃度函數(shù)；

圖8示出可以如何針對(duì)顆粒的不同的光學(xué)性質(zhì)不同地測(cè)量顆粒密度分布函數(shù)；以及

圖9示出從先前質(zhì)量測(cè)量學(xué)習(xí)以減少需要的質(zhì)量測(cè)量的數(shù)量的方法。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種用于測(cè)量浮質(zhì)中的顆粒濃度和質(zhì)量濃度的傳感器系統(tǒng)。光學(xué)傳感器用于測(cè)量顆粒濃度和可選地測(cè)量尺寸分布，機(jī)械傳感器用于測(cè)量收集的顆粒的質(zhì)量。使用光學(xué)傳感器監(jiān)控浮質(zhì)中的顆粒濃度(以及可選地，尺寸分布)，直到檢測(cè)顆粒產(chǎn)生事件。在檢測(cè)到顆粒產(chǎn)生事件時(shí)，使用機(jī)械傳感器執(zhí)行質(zhì)量測(cè)量，并且質(zhì)量測(cè)量用于校準(zhǔn)光學(xué)傳感器。該方法使得機(jī)械傳感器的壽命能夠延長(zhǎng)，因?yàn)槠鋬H在檢測(cè)事件時(shí)使用。通過(guò)機(jī)械傳感器校準(zhǔn)對(duì)于質(zhì)量濃度確定通常不太精確的光學(xué)傳感器。

使用共振裝置的直接質(zhì)量測(cè)量是一種已知技術(shù)。其基于共振頻率(f₀)和共振器的質(zhì)量之間的關(guān)系，如圖1所示。

在圖1中，共振器質(zhì)量10通過(guò)質(zhì)量m和彈性系數(shù)k示意性地表示。曲線圖示出作為頻率(x軸)函數(shù)的共振振蕩(y軸)的振幅。繪圖12為基本共振器質(zhì)量。如果添加額外質(zhì)量(Δm)14，則共振曲線頻率減小通過(guò)頻率移位Δf到繪圖16。

管理共振的等式為：

等式1示出基本共振頻率和共振器特性之間的關(guān)系。等式2示出由質(zhì)量中的變化導(dǎo)致的頻率中的變化，等式3示出可以被檢測(cè)的最小質(zhì)量(Δm_min)。最小值取決于共振器的機(jī)械質(zhì)量因素Q。

文獻(xiàn)中存在用于浮質(zhì)污染監(jiān)控的基于共振的質(zhì)量感測(cè)的多個(gè)示例。例如，已經(jīng)提出使用用于個(gè)人暴露監(jiān)控具有皮克水平質(zhì)量分辨率的微型機(jī)械硅懸臂裝置。過(guò)濾器可以用于消除大顆粒，并且靜電采樣器可以設(shè)置用于在懸臂上沉積納米顆粒。

例如，WO 2013/064157公開(kāi)一種基于MEMS的共振顆粒測(cè)量裝置，其被設(shè)計(jì)用于測(cè)量空氣流中的浮質(zhì)納米顆粒。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)監(jiān)控共振頻率中的變化操作的機(jī)械傳感器在添加的質(zhì)量與初始共振器質(zhì)量相比更小的范圍中操作。然而，在傳感器的壽命期間持續(xù)的質(zhì)量累積是不可避免的。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于MEMS衡量裝置更顯著，在該裝置中累積的質(zhì)量的機(jī)械和/或化學(xué)清潔是不可能的，至少對(duì)于消費(fèi)者應(yīng)用來(lái)說(shuō)如此。因此，MEMS傳感器的壽命可以通過(guò)考慮初始質(zhì)量和每測(cè)量周期大約的質(zhì)量沉積而被粗略地估算。

下面給出作為硅MEMS懸臂示例的簡(jiǎn)單計(jì)算：

尺寸：100μm寬，1000μm長(zhǎng)，10μm厚

體積：10⁶μm³

質(zhì)量：2650ng(硅密度2.65g/cm³)

對(duì)于最小顆粒濃度檢測(cè)限度10μg/m³(世界健康組織針對(duì)每年平均濃度的限度)，以及樣本空氣體積1公升(1分鐘采樣1l/min空氣納入)，在共振器上沉積10ng質(zhì)量為合理的估算。為了增加濃度，質(zhì)量沉積成比例增加。這導(dǎo)致測(cè)量周期數(shù)量于取決于濃度范圍的共振器的初始質(zhì)量，概述如下：

PM 2.5濃度可以達(dá)到幾百μg/m³(例如，2013年1月13日，在北京為700μg/m³)，從而可能產(chǎn)生甚至更短的壽命，其不適于在消費(fèi)者水平應(yīng)用使用這種系統(tǒng)。當(dāng)共振器上的顆粒累積推動(dòng)傳感器共振頻率超出驅(qū)動(dòng)或讀出電路帶寬時(shí)，傳感器達(dá)到其壽命終點(diǎn)。

這種質(zhì)量累積也將共振頻率推至較低值，其中質(zhì)量因素較低，從而質(zhì)量分辨率也逐年降低。質(zhì)量累積還改變共振器的表面結(jié)構(gòu)，從而顆粒沉積特性隨時(shí)不同。如果形成持續(xù)層，則這還改變共振器的剛度，從而改變共振頻率。傳感器的導(dǎo)電性也可能改變，這在靜電顆粒收集情況下阻礙沉積效率。

除了導(dǎo)致有限壽命的質(zhì)量的收集，存在關(guān)于可能導(dǎo)致有限壽命的基于共振的質(zhì)量測(cè)量的多個(gè)其它問(wèn)題。例如，采樣子系統(tǒng)中的過(guò)濾器可以變得阻塞并且它們的過(guò)濾效率隨時(shí)間降低。

還已經(jīng)提出用于空氣凈化器的消費(fèi)者水平應(yīng)用的光學(xué)感測(cè)技術(shù)(針對(duì)PM2.5)。用于消費(fèi)者水平應(yīng)用的主要技術(shù)基于通過(guò)空氣中的懸浮顆粒光學(xué)散射(例如，濁度測(cè)定法)。濁度計(jì)使用光源和光學(xué)檢測(cè)器。該方法本質(zhì)上基于通過(guò)空氣(或其它載體氣體)中的懸浮顆粒測(cè)量散射的光強(qiáng)度。

盡管光散射是一種已確定的顆粒測(cè)量技術(shù)，但是它也具有基本限制。針對(duì)一定類型的浮質(zhì)類型和組分來(lái)校準(zhǔn)基于光散射的光學(xué)傳感器，它們的精確度可能根據(jù)包括顆粒形狀、顆粒的光學(xué)性質(zhì)、顆粒密度等多個(gè)因素而顯著改變。輸出給出針對(duì)被檢測(cè)的顆粒尺寸的范圍的顆粒密度信息，但是它不給出顆粒質(zhì)量信息或顆粒分布信息(在沒(méi)有如下討論的進(jìn)一步信號(hào)分析的情況下)。

顆粒尺寸的直徑范圍通常從200nm到50μm。這個(gè)大顆粒范圍還可能導(dǎo)致測(cè)量精確度的大偏差，如大和小顆粒的反射比可以顯著改變。

反射的光強(qiáng)度還可以由顆粒形狀影響，從而顆粒形狀的顯著差異(例如，球形對(duì)比針狀)可以導(dǎo)致與精確測(cè)量的偏差。顆粒密度還可以影響精確度，特別地，當(dāng)從顆粒濃度轉(zhuǎn)換到質(zhì)量濃度時(shí)，反之亦然。通常，顆粒質(zhì)量信息是期望的，因?yàn)榉ㄒ?guī)限制基于質(zhì)量濃度值。

顆?；瘜W(xué)也影響傳感器響應(yīng)。在室內(nèi)環(huán)境中，可能存在各種顆粒類型：源于烹飪的污染、蠟燭火焰、香煙煙霧、擴(kuò)散進(jìn)入的戶外污染、過(guò)敏原等。濁度測(cè)量法沒(méi)有給出關(guān)于懸浮顆粒的本質(zhì)的信息。應(yīng)該理解，顆粒化學(xué)，與顆粒物理性質(zhì)(顏色、粗糙度等)相結(jié)合，也可以影響通過(guò)顆粒表面的光的反射/吸收，并且對(duì)測(cè)量精確度具有影響。

通過(guò)測(cè)量隔室中的空氣流指示采樣體積從而濃度。緊湊濁度計(jì)使用用于利用傳遞樣本空氣的煙囪效果的加熱器，而一些模型也使用用于傳遞樣本空氣的風(fēng)扇。可能影響空氣流動(dòng)速率的所有可能變型將導(dǎo)致顆粒濃度的錯(cuò)誤讀數(shù)。

因此存在基于共振頻率的測(cè)量的機(jī)械傳感器的缺點(diǎn)以及光學(xué)傳感器的缺點(diǎn)。光學(xué)傳感器例如對(duì)顆粒數(shù)量檢測(cè)以及對(duì)質(zhì)量轉(zhuǎn)換的顆粒數(shù)量(它是室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中使用的單位)給出不確定性。

本發(fā)明提供一種混合方案，用于結(jié)合兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。兩個(gè)系統(tǒng)以給出更大可靠性并且能夠不維護(hù)或低維護(hù)以及低成本顆粒分析的方式結(jié)合。這使得傳感器系統(tǒng)適用于消費(fèi)者水平應(yīng)用，諸如空氣凈化器、獨(dú)立空氣傳感器或諸如包含空氣質(zhì)量感測(cè)功能的空氣調(diào)節(jié)器的其它空氣處理裝置。

特別地，通過(guò)同時(shí)和/或連續(xù)結(jié)合不同類型傳感器的操作，可以處理兩個(gè)主要問(wèn)題。機(jī)械傳感器的壽命可以通過(guò)工作周期延長(zhǎng)，通過(guò)濁度計(jì)提供顆粒濃度信息。濁度計(jì)類型傳感器的基于事件的校準(zhǔn)被實(shí)現(xiàn)以提供更精確的顆粒特性。

涉及壽命加強(qiáng)的機(jī)械傳感器的工作周期的益處是清楚的。代替連續(xù)操作，傳感器可以僅響應(yīng)于產(chǎn)生不同類型顆粒的不同事件：例如，烹飪、燃燒蠟燭或焚香、不同浮質(zhì)噴霧(例如，家用化妝品)的動(dòng)作、源于戶外的顆粒等。

圖2示出本發(fā)明的方法的示例。

在步驟20中，光學(xué)傳感器(例如，濁度計(jì))監(jiān)控顆粒濃度并且可選地還監(jiān)控顆粒尺寸分布。這基于測(cè)量的顆粒濃度持續(xù)進(jìn)行，直到顆粒產(chǎn)生事件被檢測(cè)到。該事件在最簡(jiǎn)單的情況下為顆粒濃度中的急劇增加。然而，其它指示器可以用于識(shí)別顆粒產(chǎn)生事件，諸如揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)傳感器檢測(cè)到VOC水平的急劇增加和/或任意其它連接的傳感器或連接的數(shù)據(jù)源提供觸發(fā)指示。示例為濁度計(jì)信息、位置和交通信息和窗戶傳感器狀態(tài)(例如，打開(kāi)或關(guān)閉)。

響應(yīng)于檢測(cè)到顆粒產(chǎn)生事件，在步驟22中使用機(jī)械傳感器來(lái)執(zhí)行收集的顆粒的質(zhì)量測(cè)量，該機(jī)械傳感器諸如通過(guò)檢測(cè)共振頻率的變化來(lái)操作的機(jī)械傳感器。這涉及機(jī)械傳感器啟動(dòng)采樣和測(cè)量質(zhì)量濃度。

該處理在步驟22之后等待通過(guò)光學(xué)傳感器(其持續(xù)監(jiān)控)或通過(guò)外部輸入所確定的事件終結(jié)。

在事件終結(jié)之后，在步驟24中，光學(xué)傳感器可以用于測(cè)量事后濃度值。這是可選的在于最后的光學(xué)讀取可以相反被使用。

并且，在事件終結(jié)之后，在步驟26中，機(jī)械傳感器可以用于測(cè)量事后質(zhì)量值。

步驟26的質(zhì)量測(cè)量與來(lái)自步驟24的光學(xué)傳感器測(cè)量的顆粒濃度相關(guān)聯(lián)，以校準(zhǔn)光學(xué)傳感器。該校準(zhǔn)在步驟28發(fā)生。這表示光學(xué)傳感器的精確度對(duì)于隨后的光學(xué)測(cè)量將被保持。

直接的質(zhì)量測(cè)量通過(guò)重置通過(guò)光學(xué)傳感器測(cè)量的濃度與對(duì)應(yīng)的質(zhì)量之間的關(guān)系，來(lái)支持光學(xué)傳感器的校準(zhǔn)。

光學(xué)傳感器通常提供顆粒濃度測(cè)量，作為每單位體積的顆粒數(shù)。這可以例如通過(guò)檢測(cè)單個(gè)顆粒實(shí)現(xiàn)，從而每個(gè)信號(hào)表示單個(gè)顆粒。分析的樣本的體積從而產(chǎn)生顆粒濃度圖形。光學(xué)傳感器可以例如通過(guò)在不同顆粒的信號(hào)之間進(jìn)行識(shí)別而給出顆粒尺寸信息。在一個(gè)示例中，光學(xué)傳感器基于可以使用散射的光強(qiáng)度差異的光散射以區(qū)分不同的顆粒尺寸。因此，光學(xué)傳感器可以給出關(guān)于顆粒計(jì)數(shù)(即，針對(duì)已知樣本體積的濃度)和顆粒尺寸的信息。

通過(guò)以倉(cāng)(bin)提供該尺寸信息，可以獲得針對(duì)顆粒尺寸的多個(gè)分段的顆粒濃度。然而，光學(xué)傳感器不測(cè)量質(zhì)量濃度(即，每單位體積顆粒質(zhì)量)。在沒(méi)有直接質(zhì)量測(cè)量的情況下，來(lái)自光學(xué)傳感器的質(zhì)量濃度的計(jì)算為估算。通過(guò)識(shí)別事件并且針對(duì)那些事件提供直接質(zhì)量測(cè)量，估算可以基于實(shí)際測(cè)量。

光學(xué)傳感器測(cè)量是基于散射光并且其精確度直接正比于散射光強(qiáng)度。隨時(shí)間推移，由光學(xué)傳感器(例如LED)使用的光源的亮度降低，這產(chǎn)生傳感器漂移。這也是關(guān)于污染的問(wèn)題，其對(duì)室內(nèi)浮質(zhì)更顯著，尤其可以在各種系統(tǒng)的光學(xué)組件(鏡頭、LED表面等)上形成層的油性浮質(zhì)。這導(dǎo)致光強(qiáng)度降低，因此導(dǎo)致錯(cuò)誤測(cè)量。

光學(xué)傳感器可以給出如上解釋的濃度和尺寸范圍信息，并且這提供針對(duì)顆粒事件的區(qū)別曲線。

校準(zhǔn)的目的是改善顆粒濃度到顆粒質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換的精確度。

以此方式，機(jī)械傳感器僅操作非常有限的時(shí)間并且通過(guò)光學(xué)傳感器實(shí)施持續(xù)的測(cè)量。另外地，還通過(guò)提供針對(duì)光學(xué)傳感器測(cè)量的基于事件的校準(zhǔn)，來(lái)防止光學(xué)傳感器的不精確的顆粒濃度到質(zhì)量濃度的轉(zhuǎn)換。

在戶外操作的情況下，可以通過(guò)使用適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱?或結(jié)合傳感器操作與其它公眾可獲得數(shù)據(jù)，針對(duì)交通事件(例如高峰事件和低交通量事件)、社會(huì)事件(例如煙火)、氣象狀態(tài)(例如雨、風(fēng)向、季節(jié))、環(huán)境因素(例如沙漠塵土)或其它城市局部信息(例如建筑物或道路建設(shè))來(lái)關(guān)聯(lián)傳感器數(shù)據(jù)。

傳感器的詳細(xì)的設(shè)計(jì)將取決于應(yīng)用狀態(tài)。

通常，如圖3所示，傳感器系統(tǒng)包括顆粒與分類單元和納入采樣裝置30(例如過(guò)濾器堆棧)、在該示例中包括MEMS共振器32(下面描述)的機(jī)械傳感器32、以及在該示例中包括濁度計(jì)的光學(xué)傳感器33。電子電路34被設(shè)置用于確定和讀出傳感器和其它系統(tǒng)組件，控制器36倍設(shè)置用于數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。通過(guò)使用風(fēng)扇和/或熱轉(zhuǎn)換處理到傳感器單元的空氣流動(dòng)(即納入采樣)。

考慮目標(biāo)顆粒范圍設(shè)計(jì)樣本納入和調(diào)節(jié)單元30。通過(guò)使用合適的顆粒尺寸預(yù)過(guò)濾定向特定顆粒物質(zhì)范圍(例如，PM1、PM2.5、PM10)以例如使用網(wǎng)或纖維過(guò)濾器結(jié)合或慣性/空氣動(dòng)力分離移除較大顆粒。通過(guò)提供該類型的預(yù)過(guò)濾操作，可以尤其防止大顆粒到達(dá)機(jī)械傳感器，從而延長(zhǎng)壽命。

可以通過(guò)在接地的或相對(duì)偏置共振器上的帶電顆粒的靜電或電泳沉淀控制顆粒的沉積。包括產(chǎn)生共振器和相對(duì)表面之間的溫度差的熱泳力沉淀可以反而被使用。沉積可以反而基于隨機(jī)顆粒運(yùn)動(dòng)。還可以使用用于傳遞采樣空氣體積的風(fēng)扇或泵。

選擇取決于最小可檢測(cè)質(zhì)量、“干凈空氣”平均顆粒濃度(即基線水平)、穿過(guò)采樣子系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器的顆粒的比例以及針對(duì)最小顆粒濃度檢測(cè)的最終用戶要求。

MEMS共振器可以用作機(jī)械傳感器32。共振器可以被設(shè)計(jì)和制造具有合適的尺寸以實(shí)現(xiàn)用于提供檢測(cè)的需要的極限的期望的共振頻率。

可能的共振器結(jié)構(gòu)的示例為懸臂結(jié)構(gòu)(一段夾持，另一端自由)以及雙夾持或膜類型共振器。

懸臂設(shè)計(jì)可以特別感興趣于在靜電顆粒收集的情況下懸臂尖端處提供充足的電場(chǎng)密度。懸臂的結(jié)構(gòu)可以為簡(jiǎn)單矩形形式、三角形式(針對(duì)較大夾持區(qū)域)或在保持夾持端的較小面積的同時(shí)增大表面積的類似錘頭狀形式。

這些參數(shù)都影響系統(tǒng)的共振行為并且可以使用基本共振器設(shè)計(jì)原則。

用于驅(qū)動(dòng)和讀出共振頻率的電路34也取決于共振器的Q值，換能器(例如壓電、熱、壓阻、光學(xué)、電容性等)的選擇。取決于最小可檢測(cè)質(zhì)量的要求，Q-補(bǔ)償機(jī)制可以實(shí)施用于增加系統(tǒng)的質(zhì)量分辨率。電子領(lǐng)域中的共振頻率的檢測(cè)被選擇適用于致動(dòng)方法。文獻(xiàn)中已知針對(duì)這種共振器的電路設(shè)計(jì)的基本原理。

例如，在壓電致動(dòng)和感測(cè)的情況下，使用包含共振器的電阻抗的振蕩電路。在靜電/電容性致動(dòng)和感測(cè)的情況下，使用電壓控制的振蕩電路。

還可以基于諸如數(shù)據(jù)采樣速率、數(shù)據(jù)處理算法的計(jì)算和實(shí)施的處理載荷的應(yīng)用要求選擇和設(shè)計(jì)用于數(shù)據(jù)處理和操作的控制器36。

如上所述，可以針對(duì)給定家庭進(jìn)一步通過(guò)包含不同事件的時(shí)間戳的學(xué)習(xí)機(jī)制加強(qiáng)算法。

圖3示出控制器包括查找表37，其用于學(xué)習(xí)處理。其提供可以從光學(xué)傳感器輸出(或從提供至系統(tǒng)的其它觸發(fā)輸入)識(shí)別的事件與相應(yīng)的質(zhì)量值之間的映射。以這種方式，當(dāng)從先前測(cè)量中已知時(shí)，可以避免機(jī)械傳感器測(cè)量。

例如，圍繞傍晚時(shí)間循環(huán)的周期事件系列可以與烹飪和源于烹飪的顆粒來(lái)源相關(guān)。在針對(duì)烹飪建立連續(xù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時(shí)，針對(duì)甚至增加的操作壽命，共振器的采樣頻率可以進(jìn)一步降低。

現(xiàn)在將更詳細(xì)討論作為學(xué)習(xí)機(jī)制的示例。

目標(biāo)是進(jìn)一步減少使用機(jī)械傳感器的次數(shù)，例如以在不同時(shí)間時(shí)針對(duì)相同事件避免不必要的重復(fù)。然而，雖然相似的事件(例如烹飪)可能具有不同的構(gòu)成顆粒(例如，基于不同的烹飪材料)并且因此相同的顆粒濃度可能不對(duì)應(yīng)于相同質(zhì)量，從而仍然需要使用質(zhì)量測(cè)量的校準(zhǔn)。

學(xué)習(xí)機(jī)制還可以改善光學(xué)測(cè)量的質(zhì)量。浮質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的變形還對(duì)光學(xué)讀取的精確度有影響。例如，具有顯著不同光學(xué)性質(zhì)(即折射率)的浮質(zhì)將導(dǎo)致測(cè)量的顆粒尺寸分布的不同。顆粒的光學(xué)性質(zhì)的變化通常將不影響整個(gè)顆粒濃度測(cè)量但是將對(duì)于尺寸估算具有影響。

下面描述自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，其借助于再調(diào)節(jié)過(guò)程將光學(xué)和機(jī)械傳感器的輸出進(jìn)行耦合。

盡管如上所述光散射信號(hào)的分析可以用于獲得顆粒尺寸信息，但是光學(xué)傳感器通常僅給出顆粒濃度(基于顆粒計(jì)數(shù))。還可能例如使用用于檢測(cè)不同顆粒性質(zhì)的多個(gè)傳感器區(qū)分具有相同尺寸的顆粒的性質(zhì)。

已經(jīng)提出更先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)以從光學(xué)散射信號(hào)確定顆粒尺寸分布，并且從而根據(jù)尺寸(例如PM2.5)對(duì)顆粒進(jìn)行分類。

通過(guò)示例，Mie理論(其基于Mie方案與Maxwell等式)用于描繪懸浮顆粒的光散射的特征。

基于小顆粒提供大角度散射和大顆粒提供小角度散射的性質(zhì)，光衍射顆粒分級(jí)可以用于提供尺寸分布信息。可以使用動(dòng)態(tài)光散射，其中散射光的強(qiáng)度隨時(shí)間變化的方式取決于顆粒尺寸。該方法基于懸浮顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)的速度。

因此，存在各種已知光學(xué)技術(shù)用于獲得顆粒濃度，也已知數(shù)據(jù)處理技術(shù)用以從光學(xué)傳感器信息提取顆粒尺寸分布。

一個(gè)方法是提供固定的散射角(例如，光源、檢測(cè)器和光學(xué)散射體積的固定的光學(xué)對(duì)齊)并且提供光散射強(qiáng)度的比較作為顆粒尺寸的函數(shù)。這支持在沒(méi)有用于掠過(guò)散射角的任意運(yùn)動(dòng)部件(即，測(cè)角計(jì))的情況下的測(cè)量系統(tǒng)。

然而，在沒(méi)有顆粒材料的知識(shí)的情況下，這些方法不提供質(zhì)量信息。

下面描述的方法基于存儲(chǔ)顆粒的特性(諸如尺寸分布和可選地其它特性)與對(duì)應(yīng)的機(jī)械傳感器值一起。每當(dāng)使用機(jī)械傳感器，則記錄特性，包括瞬間值以及可選地隨時(shí)間之間/之后的變化和/或時(shí)間窗中的平均值。

一旦已經(jīng)記錄一組測(cè)量，當(dāng)系統(tǒng)被觸發(fā)以執(zhí)行質(zhì)量測(cè)量時(shí)，將首先從光學(xué)傳感器比較當(dāng)前顆粒曲線和存儲(chǔ)的值。如果存在匹配，則系統(tǒng)將使用機(jī)械傳感器的存儲(chǔ)的值以確定當(dāng)前質(zhì)量值。

以這種方式，可以單獨(dú)基于來(lái)自光學(xué)傳感器信息的事件的識(shí)別和針對(duì)相應(yīng)事件之前采取的質(zhì)量測(cè)量，來(lái)避免質(zhì)量測(cè)量。

因此，如果存在，則光學(xué)顆粒特性(尺寸分布和其它特性)可以用于識(shí)別對(duì)應(yīng)的預(yù)先存儲(chǔ)的質(zhì)量測(cè)量。然后，基于顆粒濃度和特性，可以確定質(zhì)量測(cè)量。

可以根據(jù)光學(xué)讀數(shù)來(lái)衡量質(zhì)量。例如，如果通過(guò)光學(xué)測(cè)量確定的顆粒特性匹配存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集，但是顆粒濃度為記錄在存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中的一半，則質(zhì)量測(cè)量將被縮放為存儲(chǔ)的值的一半。

圖4示出可以光學(xué)測(cè)量的可能的顆粒尺寸分布的示例。

準(zhǔn)確的顆粒尺寸分布不是必要的，因?yàn)槭录南嗤愋蛯⒔o出分布中的變化。用于獲得顆粒分布信息的更實(shí)際的方法是收集類別中的顆粒濃度，其作為一種平均顆粒尺寸分布。

對(duì)離散函數(shù)的持續(xù)函數(shù)的轉(zhuǎn)換示出在圖5中。

當(dāng)如上討論的檢測(cè)事件時(shí)，系統(tǒng)首先確定離散形式的顆粒尺寸分布并處理存儲(chǔ)的表格。如果存在匹配，則然后系統(tǒng)可以從存儲(chǔ)的值來(lái)確定質(zhì)量。

然后，實(shí)際顆粒濃度和與存儲(chǔ)的表格相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)的顆粒濃度被用于確定存儲(chǔ)的質(zhì)量值，以給出實(shí)際結(jié)果。

例如，如果顆粒尺寸分布匹配表格中的條目(在一定誤差余裕內(nèi))，系統(tǒng)可以查找記錄的顆粒濃度和記錄的質(zhì)量。基于此，實(shí)際顆粒濃度用于確定實(shí)際質(zhì)量。以這種方式，表格中的值是可縮放的。例如，如果記錄的值為30μg/m³，并且記錄的顆粒濃度為120，而存儲(chǔ)的顆粒濃度為80，則實(shí)際質(zhì)量將被計(jì)算為20μg/m³。

如上所述，不期望測(cè)量的顆粒尺寸分布精確匹配、但是期望其在合理的誤差水平內(nèi)。該誤差水平可以預(yù)先設(shè)置或者可以從多個(gè)機(jī)械傳感器測(cè)量確定。如果測(cè)量的實(shí)際質(zhì)量脫離一定誤差，則測(cè)量的顆粒尺寸分布可以被認(rèn)為限定不同類型并且然后可以被存儲(chǔ)為表格中的分開(kāi)的條目。

為了從每個(gè)尺寸類別中的顆粒濃度獲得顆粒質(zhì)量濃度，每個(gè)檢測(cè)的事件類型為每個(gè)尺寸類別分配質(zhì)量濃度值。

例如，對(duì)于特定事件，倉(cāng)A的質(zhì)量濃度值可以為M_Ag/m³。

M_Ag/m³＝[倉(cāng)A計(jì)數(shù)(計(jì)數(shù)/m³)]x[倉(cāng)A平均顆粒體積(m³)]x[倉(cāng)A平均顆粒密度ρ_Ag/m³]

平均密度針對(duì)每個(gè)倉(cāng)和每個(gè)浮質(zhì)來(lái)源不同，浮質(zhì)源通過(guò)例如其特征顆粒尺寸分布而得以確定。

然后整個(gè)質(zhì)量濃度為針對(duì)所有倉(cāng)的質(zhì)量濃度的總和。

圖6示出用于三種烹飪事件作為總數(shù)百分比的實(shí)際顆粒尺寸分布信息。

這些烹飪事件為攪拌炸肉和蔥(繪圖60)、攪拌炸蝦(繪圖62)和攪拌炸蔬菜(繪圖64)。y軸繪出針對(duì)特定顆粒尺寸的體積分?jǐn)?shù)。

x軸示出按μm的顆粒尺寸(每0.5μm的點(diǎn))。y軸為具有提供顆粒的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)量的尺寸的顆粒的總數(shù)量的比例。

下面的表格示出如上所述的通過(guò)三種烹飪情形產(chǎn)生通過(guò)氣體層析——質(zhì)量光譜量化的特定有機(jī)物質(zhì)中的有機(jī)化合物的重量百分比。

從該表可以看出針對(duì)三種菜的特定物質(zhì)的構(gòu)成不同并且因此預(yù)計(jì)實(shí)際質(zhì)量測(cè)量將針對(duì)不同烹飪事件不同。相似地，其它事件(具有不同顆粒密度分布曲線)將具有不同顆粒構(gòu)成并且因此不同質(zhì)量測(cè)量(即使具有相同顆粒濃度)。

圖7示出針對(duì)三種烹飪事件隨時(shí)間的質(zhì)量濃度。

繪圖70涉及攪拌炸肉和蔥，繪圖72涉及攪拌炸蝦，繪圖74涉及攪拌炸蔬菜。可以看出與質(zhì)量隨時(shí)間的演變相關(guān)的信息還可能與不同事件關(guān)聯(lián)。

然后可以根據(jù)檢測(cè)的顆粒類型優(yōu)化空氣處理操作。

圖8示出在光學(xué)顆粒尺寸分布測(cè)量的精確度時(shí)不同光學(xué)性質(zhì)的效果。由于折射率的變化，顆?？梢陨⑸浔刃?zhǔn)基于其的參考系統(tǒng)更多或更少的光。該狀態(tài)示出自身作為給定事件的顆粒尺寸分布的移動(dòng)，如圖8中所示。箭頭80示出顆粒濃度信息的較低反射率的效果，箭頭82示出顆粒濃度信息的較高反射率的效果。

如上所解釋的，顆粒尺寸分布用于區(qū)分不同情況和與實(shí)際質(zhì)量測(cè)量的聯(lián)系。通過(guò)顆粒性質(zhì)影響顆粒尺寸分布的實(shí)施不是問(wèn)題，如圖8所示。只要事件特定的顆粒尺寸分布圖案被保持，精確的顆粒尺寸分布信息就不是必要的，其僅用于區(qū)分不同事件和顆粒性質(zhì)，在這些顆粒性質(zhì)中顆粒的折射率為一個(gè)性質(zhì)。

圖9示出使用上面描述的學(xué)習(xí)處理的本發(fā)明的方法的示例。

在步驟90中，進(jìn)行光學(xué)傳感器測(cè)量，直到事件被檢測(cè)到。事件可以通過(guò)光學(xué)傳感器自身檢測(cè)，或其可以作為外部觸發(fā)而被接收。

在步驟92中，對(duì)通過(guò)光學(xué)傳感器提供的顆粒分布特性與查找表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果存在匹配，則可以從查找表(如果需要的話通過(guò)合適的縮放)提供質(zhì)量測(cè)量，并且光學(xué)感測(cè)可以在不需要機(jī)械質(zhì)量測(cè)量的情況下持續(xù)。

如果分布特性不匹配，則在步驟94中進(jìn)行機(jī)械質(zhì)量測(cè)量。通過(guò)步驟96中的新事件特性更新查找表，并且處理返回到光學(xué)感測(cè)。

針對(duì)不同事件的顆粒尺寸分布粗略已知；例如燃燒處理(蠟燭、香煙煙霧等)包括合理地均勻的顆粒尺寸分布，其示出自身作為針對(duì)PM1、PM2.5和PM10的相同的增加的趨勢(shì)。相反，與灰塵(例如打掃灰塵、真空吸塵器吸、換床單、熨燙等)相關(guān)的事件在PM10方面的急劇增加具有顯著特性但是在PM1和PM2.5沒(méi)有變化。

校準(zhǔn)涉及校準(zhǔn)顆粒濃度到質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換因素。不同的事件產(chǎn)生具有不同光學(xué)性質(zhì)和密度的顆粒，其誘發(fā)針對(duì)顆粒濃度到質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換的誤差。

一旦針對(duì)給定環(huán)境(即，傳感器所放置的房間)識(shí)別出了事件(例如，吸煙)，先前存儲(chǔ)的(學(xué)習(xí)的)顆粒濃度到質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換因素繼而可以被用于那個(gè)事件。因此，校準(zhǔn)涉及更新顆粒濃度和質(zhì)量濃度之間的映射，并且涉及特定檢測(cè)的事件。

不同的事件將產(chǎn)生非常不同性質(zhì)的顆粒。即使顆粒具有相同的尺寸范圍，但是它們可以具有非常不同的光學(xué)性質(zhì)，例如煙灰或沙土。顆粒濃度可以是相同的，然而存在非常不同的質(zhì)量濃度。通過(guò)映射時(shí)間的特性到存儲(chǔ)的值，可能貢獻(xiàn)合適的轉(zhuǎn)換因素從而顆粒濃度(每m³計(jì)數(shù))被準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度(mg/m³)。校準(zhǔn)因素本質(zhì)上從顆粒數(shù)(計(jì)數(shù))轉(zhuǎn)換到質(zhì)量，即，它們提供針對(duì)不同類型的顆粒產(chǎn)生事件的每顆粒因素的質(zhì)量。

如上解釋的，基于檢測(cè)的事件執(zhí)行校準(zhǔn)。然而，在沒(méi)有事件的情況下，校準(zhǔn)還可以定期執(zhí)行，例如每天執(zhí)行。

校準(zhǔn)應(yīng)該不太頻繁以便維護(hù)檢修傳感器的壽命。整個(gè)壽命應(yīng)該超過(guò)諸如1-3年的保質(zhì)期。

針對(duì)光學(xué)傳感器的顆粒濃度到質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換可能針對(duì)不同事件失效，例如，用于香煙煙霧的轉(zhuǎn)換時(shí)間可能對(duì)于針對(duì)交通誘發(fā)浮質(zhì)的轉(zhuǎn)換因素是無(wú)用的。上面描述的自身學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以適用于改變與不同浮質(zhì)產(chǎn)生事件相關(guān)聯(lián)的環(huán)境狀態(tài)。

由光源老化導(dǎo)致的漂移多少是可預(yù)測(cè)的，但是由于光組件的污染導(dǎo)致的漂移是隨機(jī)的?；旌戏椒ㄒ馕吨偸强色@得正確的測(cè)量。

本發(fā)明使用顆粒產(chǎn)生事件以觸發(fā)質(zhì)量測(cè)量。這可以是特定顆粒濃度的檢測(cè)或特定顆粒尺寸的檢測(cè)。優(yōu)選地，顆粒產(chǎn)生事件為可以通過(guò)光學(xué)傳感器檢測(cè)的事件。此外，如果特定時(shí)間段沒(méi)有檢測(cè)到事件，則可以定期執(zhí)行質(zhì)量測(cè)量，從而在檢測(cè)到觸發(fā)更精確質(zhì)量感測(cè)操作的事件之前可以定期校準(zhǔn)光學(xué)傳感器。

本發(fā)明適用于空氣凈化器、獨(dú)立顆粒傳感器單元、個(gè)人暴露監(jiān)控裝置、車廂顆粒測(cè)量傳感器、針對(duì)戶外使用的顆粒傳感器(作為獨(dú)立傳感器單元或例如針對(duì)城市管理的燈柱的傳感器)、通風(fēng)單元、建筑氣候管理系統(tǒng)的各種部件以及通常通過(guò)檢測(cè)共振頻率中的變化操作的各種類型機(jī)械傳感器。還存在呼吸支持方面的藥物應(yīng)用和藥物遞送應(yīng)用。

上面的示例基于PM2.5顆粒的檢測(cè)，但是本發(fā)明可以應(yīng)用于PM10、PM1顆?；蚱渌悇e的非常細(xì)微的顆粒。

上面的示例基于MEMS共振器。然而，該方法可以基于其它微共振器，例如膜裝置(相似于電容微型機(jī)械超聲換能器)或石英晶體微天平(QCM)。共振器可以為聲體波(BAW)共振器或聲表面共振器(SAW)。

傳感器系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于提供關(guān)于顆粒產(chǎn)生事件的信息的化學(xué)傳感器。這可以例如為VOC傳感器，用于提供事件觸發(fā)以促進(jìn)進(jìn)行機(jī)械傳感器讀取。事件觸發(fā)可以基于多個(gè)可能輸入，包括化學(xué)傳感器、外部輸入和光學(xué)傳感器。

系統(tǒng)使用控制器?？梢葬槍?duì)控制器采用的組件包括但不限于傳統(tǒng)微處理器、專用集成電路(ASIC)和場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。

在各種實(shí)施方式中，處理器或控制器可以與諸如易失性或非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器諸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器介質(zhì)相關(guān)。存儲(chǔ)器介質(zhì)可以編碼有當(dāng)在一個(gè)或多個(gè)處理器和/或控制器上執(zhí)行時(shí)以需要的功能執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)程序。各種存儲(chǔ)器截止可以固定在處理器或控制器內(nèi)或可以為便攜式的，使得存儲(chǔ)在其上的一個(gè)或多個(gè)程序可以被加載到處理器或控制器。

從附圖、本公開(kāi)和所附權(quán)利要求的學(xué)習(xí)中，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)可以理解并實(shí)現(xiàn)公開(kāi)的實(shí)施例的其它變形。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其它元件或步驟，不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中列舉的一定測(cè)量的僅僅事實(shí)不指示這些測(cè)量的結(jié)合不能被使用以處于優(yōu)勢(shì)。權(quán)利要求中的任意參考編號(hào)不應(yīng)該解釋為限制范圍。