CN109212130B - 空气质量监测和控制系统 - Google Patents

Abstract

空气质量系统包括空气预清洁器、过滤器识别部件和控制模块。所述空气预清洁器具有预清洁器壳体以及设置在所述预清洁器壳体内部的过滤器。所述过滤器识别部件被定位在所述预清洁器壳体内处于第一位置并且被安装到过滤器上。所述控制模块定位在所述预清洁器壳体内处于第二位置并且被构造成发射电场并且经由所发射的电场与所述过滤器识别部件通信。

Description

空气质量监测和控制系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月30日提交的第62/527,276号临时申请的优先权的权益，该在先申请的全部内容通过引用并入到本文。

背景技术

本公开涉及用于监测并控制诸如车辆舱的封闭件内的空气质量的空气质量监测和控制系统。

为了维持封闭件内部的空气质量，必须维持某些环境状况。常规地，这存在问题，因为无法控制来自于例如车辆舱（也被称为“舱室”）的呼气的操作者的诸如CO₂浓度的某些变量。新鲜空气进气和舱室泄漏是一直以来难以测量和控制的附加变量。为了阻止灰尘进入舱室，舱室必须处于持续正压力下。在静态系统中，这由于诸如以下的改变的变量而难以实现：空气过滤器上的污物负载、操作者与HVAC鼓风机马达的相互作用、打开的门和窗、以及在操作者服装上的被带到舱室中的灰尘。

对解决这些问题的先前的尝试是过时的并且不足以解决环境舱室的真实世界的操作状况。当前，压力传感器、压力开关和CO₂传感器被用于舱室中。当前不存在集成的主动式综合舱室空气质量系统。

发明内容

通过提供主动地监测并控制舱室内和外部的装置（诸如，空气预清洁器）以便控制诸如空气流、舱室压力、气体浓度和警报状况的参数的综合舱室空气质量系统，本文所描述的宽泛发明性原理的示例性实施例解决了前述问题。

应当理解的是，下述公开不限制于监测和控制舱室内的空气质量。而是，存在下述公开所适用的许多不同的封闭件和环境，诸如，到发动机或环境封闭件中的空气进气。作为一个非限制性示例，下述公开将讨论适用于车辆舱室的公开实施例。

本文所公开的示例性实施例可以和与Sy-Klone RESPA®舱室空气质量系统相关联的空气预清洁器以及方法一起使用。此外，可参考在2007年10月23日提交的共同拥有的美国专利申请第11/877,036号（现为于2011年8月30日授权的美国专利第8,007,565号）以及于2014年11月10日提交的美国专利申请第14/536,849号来理解实施例的特征，这两篇文献的全部公开内容通过引用并入本文。

上文讨论的问题的一种解决方案在于，重复地或持续地监测相关环境数据、重复地或持续地报告该数据、以及该系统及其传感器修改舱室环境并且同时驱动由该系统控制的舱室活动的能力。

该监测可产生数据并且将该数据输出到健康和安全程序的拥有者或管理者，以使得能够采取修正行动以保护舱室操作者免于暴露。本质上，舱室操作者或拥有者指示所公开的系统该舱室应如何执行，并且该系统使用其传感器来收集数据、分析数据并且实现所需的结果，这在实施例中可被持续地且即刻地完成。

附图说明

图1是示例性空气预清洁器的透视图。

图2是示出了通过预清洁器的空气流的图解图。

图3是预清洁器壳体的一部分的第一轴向侧透视图。

图4是预清洁器壳体的一部分的第二轴向侧透视图。

图5是具有修改的出口的预清洁器壳体的一部分的第二轴向侧透视图。

图6是示出了RESPA控制模块的各种功能和连接的视图。

图7是RESPA控制模块的透视图。

图8是RESPA控制模块的侧视图。

图9是RESPA控制模块的俯视图。

图10是模块顶部的内侧的透视图。

图11是模块顶部的侧视图。

图12是模块顶部的透视俯视图。

图13是模块基部的透视俯视图。

图14是示出了具有电路板的RESPA控制模块的内部的俯视图。

图15是RESPA控制模块的仰视透视图。

图16是电路板的前视图。

图17是电路板的后视图。

图18是RCM天线板的后视图。

图19是RCM天线板的前视图。

图20是天线立管的透视图。

图21是天线间隔件的透视图。

图22是示出了安装有RESPA控制模块和RCM天线板的预清洁器壳体的一部分的内部的第一轴向侧视图。

图23是示出了安装有RESPA控制模块的预清洁器壳体的一部分的内部的第二轴向侧视图。

图24是示出了过滤器ID环的各种功能和连接的视图。

图25是示出了过滤器ID环的第一实施例的俯视图。

图26是示出了其中过滤器ID环处于模制环本体中的修改实施例的俯视图。

图27是示出了不具有过滤器ID环的模制环本体的俯视图。

图28是示出了过滤器的透视图，其中模制环本体和过滤器ID环被安装到该过滤器。

图29是示出了其中过滤器ID环处于环壳体中的另一修改实施例的透视图。

图30是示出了从如图29所示的位置旋转的环壳体中的过滤器ID环的透视图。

图31是示出了顾问模块的各种功能和连接的视图。

图32是示出了顾问壳体的俯视透视图。

图33A和图33B是示出了顾问壳体的附加视图。

图34是示出了顾问壳体的仰视透视图。

图35是示出了顾问壳体的俯视图。

图36A至图36C是示出了顾问模块的视图，其中顾问壳体被组装。

图37是形成顾问模块的部件的视图，包括顾问模块的印刷电路板的前视图。

图38是顾问模块的印刷电路板的后视图。

图39A至图39C是示出了环境压力传感器（APS）的视图。

图40A和图40B是APS壳体的透视图。

图41A至图41C是APS壳体的附加视图。

图42是与环境压力传感器和其他装置一起使用的印刷电路板的前视图。

图43是印刷电路板的后视图。

图44是形成环境压力传感器的部件的视图。

图45是处于组装状态中的形成环境压力传感器的部件的视图。

图46是APS衬垫的视图。

图47是形成在预清洁器壳体的一部分中的管孔的视图。

图48是安装在管孔中的环境压力通风管的视图。

图49是安装在环境压力通风管上的压力通风管防雨帽的视图。

图50是环境压力通风管的透视图。

图51是压力通风管防雨帽的透视图。

图52是空气流控制阀的一个实施例的透视图。

图53是操作状况灯的透视图。

图54是具有图42的印刷电路板的灰尘监测器的透视图。

图55是使用舱室空气质量系统的舱室的透视图。

图56是示出空气流控制阀的修改实施例的俯视透视图，其中阀盘处于第一位置。

图57是示出空气流控制阀的修改实施例的俯视透视图，其中阀盘处于第二位置。

图58是示出空气流控制阀的修改实施例的侧透视图。

图59是示出从图58的视图旋转的空气流控制阀的修改实施例的侧透视图。

图60是空气流控制阀的另一修改实施例的后视图。

图61是空气流控制阀的另一修改实施例的侧透视图。

图62是空气流控制阀的另一修改实施例的前视图。

图63是马达控制模块的俯视图。

具体实施方式

在下文详细地描述空气质量监测和控制系统的示例性实施例。

根据一个实施例的空气质量监测和控制系统包括空气预清洁器1、RESPA控制模块100、过滤器识别环200（在下文中，称为“过滤器ID环”）、顾问模块300、多个传感器以及将在下文讨论的其他相关联的装置。RESPA控制模块100、过滤器ID环200、顾问模块300和传感器彼此通信以实现所有相关环境数据的反复监测、数据的报告以及当需要时修改舱室环境。反复的监测和报告可以是持续的或者间歇性的。

应当理解的是，如下文所描述，空气预清洁器1是具有预清洁、过滤和加压能力的装置。换句话说，术语“预清洁器”并不指代仅仅执行预清洁的装置。预清洁器1被构造成以下文描述的方式进行预清洁、过滤和加压。空气预清洁器1是智能的电子控制的进气系统，其被设计成监测和/或控制下述中的一者或多者：空气流、空气质量、空气温度、空气过滤器7上的压降、空气预清洁器1外部和内部之间的温度差、过滤器寿命、以及其他参数。

过滤介质（空气过滤器介质）可基于其所被使用的环境来选择。例如，用于空气预清洁器1中的过滤可以是自清洁的合成纤维纳米技术覆盖层，从而实现0.3微米的过滤。

空气过滤器7可以是包含微芯片204的智能过滤器，所述微芯片由RESPA控制模块100来供电并且包含与过滤器7以及过滤器使用的历史有关的数据。

（1）空气预清洁器的描述

一个实施例的空气预清洁器1在一些方面中类似于在上文中通过引用并入本文的第14/536,849号美国专利申请的空气预清洁器，但是具有重要的结构差别，其中一些差别在下文中讨论。如上文所提到的，空气预清洁器1是具有预清洁、过滤和加压能力的装置。图1至图5示出了空气预清洁器1的示例性实施例。

如图1和图2所示，所公开实施例的空气预清洁器1包括流路（由图2中的箭头示出），该流路从具有纵向轴线A-A的预清洁器壳体11的入口2到出口3延伸通过系统。马达驱动的风扇4沿流路定位以将载有颗粒杂物的（debirs-laden）空气抽吸到入口2中并且使其绕该系统的纵向轴线A-A旋转以形成旋转流，该旋转流使得载有杂物的空气分层，其中最重的颗粒在旋转流的最外轨道中。

一个或多个驱出器端口5被设置在预清洁器壳体11的分离器腔端部段32中，以用于从空气预清洁器1的分离器腔31中的分层旋转流的最外轨道驱出载有颗粒杂物的空气。载有杂物的空气体积在其移动通过固定导叶13时可以被空气预清洁器1内的空气流管理结构12、13、29压缩以增加空气速度，并且被空气流管理结构旋转。

空气所载的杂物保持处于空气预清洁器1的分离器腔31内的旋转空气的最外轨道中，直到其到达在分离器腔31的下端处的驱出器端口5，在所述驱出器端口处所述杂物被驱出回到环境中。在分离器腔31内的分层旋转流的最内轨道中的已经去除掉大多数杂物的空气流通过预清洁器壳体11与出口3（B''）之间的压差被抽吸通过过滤器7，并且通过过滤器7流出并进入到空气过滤器内部通道8中。经过滤的空气随后流动到空气预清洁器1的清洁空气出口3并流动到连接至出口3的下游装置，诸如内燃机或舱室通风系统。

载有杂物的空气被可靠地驱出，因为在操作期间在分离器腔31内部维持正压力。这是由于如下事实：由风扇4通过入口2拉动到空气预清洁器1中的空气量大于通过驱出器端口5或清洁空气出口3驱出的空气量。该压差导致在分离器腔31内维持恒定的正压力。结果是，在分离器腔31中分离的重颗粒物质可通过驱出器端口5被驱出，而不是被收集在空气过滤器7上。

在预清洁器壳体11内，马达驱动的风扇4具有安装在风扇马达28上的风扇叶片9。风扇马达28可以是有刷马达或无刷马达。使用无刷马达的优势包括更高的效率、对机械磨损的敏感性更低、增加的扭矩和降低的噪音。为了下述描述的目的，风扇马达28是无刷的。

风扇叶片9可被定位成在空气入口筛6下方并且沿流路在空气流管理结构的上游，以将载有颗粒杂物的空气抽吸到入口2中并且使得载有杂物的空气沿流路流动。预清洁器壳体11内的空气流管理结构可包括均定位在分离器腔31内部的歧管（在图4和5中示出）、固定导叶13和护罩29（在图22中示出）。具体地，歧管12和护罩29被设置在分离器腔31的相对的轴向端上。护罩12被构造成维持分离器腔31内部的空气的朝向形成预清洁器壳体11的分离器腔31的壁的离心流。歧管12可在风扇叶片9的下游向外渐缩，从而留有外环形通道，其中空气流管理结构的周向隔开的成角度的固定导叶13将歧管12连接到预清洁器壳体11。

固定导叶13可采用不同的形式。在一个实施例中，固定导叶13与预清洁器壳体11和歧管12整体地形成。在该情况下，导叶13可由与形成预清洁器壳体11和歧管12的材料相似或相同的材料来形成。

如图3至图5所示，预清洁器壳体11可被构造成容纳RESPA控制模块100和RCM天线板118（在下文详细地描述）的安装。特别地，可在壳体11中设置孔以容纳电力电缆14和压力通风管防雨帽15（在下文详细地描述）。电力电缆14向RESPA控制模块100提供功率。可在护罩29中设置凹口（未示出），电力电缆14在该凹口处从护罩29下方通过并且连接到RCM天线板118，并且电力导线（power lead wire）116和天线线缆（antenna wire）117在该凹口处从该护罩29下方通过并且连接到RESPA控制模块100。图4是具有三英寸直径的出口3的壳体11的一个实施例的视图。图5是具有四英寸直径的出口3的壳体11的另一实施例的视图。当然，应当理解的是，出口3的直径可根据需要而改变。

（2）RESPA控制模块的描述

RESPA控制模块100（也被称为“RESPA^®控制模块”或“RCM”）可被永久地安装在空气预清洁器1内。RCM 100从安装在预清洁器壳体11中以及预清洁器壳体11周围的所有传感器接收数据，分析所述数据，并且主动地改变RESPA进气系统的操作。图6示出了RESPA控制模块100的各种功能和连接。当然，将理解的是，RESPA控制模块100的功能和连接并不限制于图6所示的功能和连接。RESPA控制模块100可经由内置在RESPA控制模块100中的无线电装置（或其他合适的通信手段）连接到顾问模块300。RESPA控制模块100可由空气预清洁器1被安装在其上的机器来供电，或者可从任何其他合适的电源接收功率。

RESPA控制模块100包括由模块顶部102和模块基部103形成的模块壳体101。模块壳体101可例如通过聚丙烯注模来形成。图7至图9以及图15示出了组装到模块基部103的模块顶部102。图10至图12示出了从模块基部103分离的模块顶部102，图13示出了从模块顶部102分离的模块基部103。如图7至图13所示，模块顶部102被定尺寸成以便配合在模块基部103内部。模块顶部102可设置有一个或多个凸出柱1021，其与形成在模块基部103上的一个或多个凹入柱1031配合，从而将模块顶部102组装到模块基部103。

如图10所示，模块顶部102的内部区域被划分为三个分离的隔间：第一隔间109、第二隔间110和第三隔间111。每个隔间以气密的方式被密封以便与其他隔间流体分离。如将在下文更详细地讨论的，每个隔间容纳对应的传感器。

如图10和图12所示，模块顶部102具有偏心地形成在模块顶部102的顶表面上的第一孔104以及形成在模块顶部102的侧表面的中心处的第二孔105。第一孔104与第一隔间109连通，第二孔105与第二隔间110连通。环境压力通风管17（在下文详细地描述）可被插入到第一孔104中。出口压力管（未示出）可被插入到第二孔105中。具体地，出口压力管具有插入到第二孔105中的第一端以及插入到形成于出口3中的孔中的相对的第二端。替代性地，当未使用出口压力管时，紧固件1051（诸如，黄铜螺钉）可被插入到第二孔105中，如在图15中所示。

如图13所示，模块基部103具有第三孔106、第四孔107和第五孔108，它们全都形成在模块基部103的侧表面上。第四孔107与第一隔间109连通，第三孔106与第二孔105和第二隔间110两者连通，第五孔108与第三隔间111连通。出口压力管（未示出）的第一端被插入到第三孔106和第二孔105两者中。

如图14所示，电路板112被设置在模块壳体101内部。图16是示出了电路板112的前表面的视图，而图17示出了电路板112的后表面。电路板112包括具有中央处理单元（CPU）和存储器（例如，RAM）的微芯片。电路板112还设置有多个传感器。根据该实施例，模块壳体中包括三个传感器113、114和115。当然，传感器的数量不限制于三个。RESPA控制模块100可使用设置在第一隔间109中的第一压力传感器113来监测环境空气的压力、温度和湿度中的一者或多者。具体地，第一压力传感器113经由第一孔104和在下文进一步详细讨论的环境压力通风管17与环境空气连通。RESPA控制模块100还可使用设置在第三隔间111中的第二压力传感器115来监测预清洁器壳体11内部的空气的压力、温度和湿度中的一者或多者。具体地，由于空气通过模块顶部102与模块基部103的配合表面的泄漏，第二压力传感器115与预清洁器壳体11内部的空气连通。换句话说，由于模块顶部102和模块基部103被配合到一起而在配合表面处不存在任何密封剂，因此预清洁器壳体11内部的空气泄漏到第三隔间111内部，从而到达第二压力传感器115。RESPA控制模块100可以使用设置在第二隔间110中的第三压力传感器114来附加地监测流动通过空气预清洁器1的出口3的空气的压力、温度和湿度中的一者或多者。具体地，第三压力传感器114经由第二孔105、第三孔106、出口压力管和形成于出口3中的孔与流动通过出口3的清洁的（经过滤的）空气连通。因此，RESPA控制模块100例如可以监测环境空气、预清洁器壳体11内部的空气以及在出口3处的空气的压力、温度和湿度中的一者或多者。应当理解的是，虽然本公开中的某些传感器被称为“压力传感器”，但是其可以被构造成检测和测量压力、温度和湿度中的一者或多者，如在上文所讨论的。

RESPA控制模块100的电路板112设置有与其连接的电力导线116，以用于经由RCM天线板118（在下文详细描述）向RESPA控制模块100提供功率。特别地，电力导线通过模块壳体101的第五孔108离开，以用于与RCM天线板118连接。电路板112还设置有天线线缆117，其通过模块壳体101的第四孔107和第五孔108离开，以用于与RCM天线板118连接。电力导线116和天线线缆117可作为分离的线缆离开模块壳体101，如在图7至图9和图14中所示，或者可由护套121覆盖，如图15所示。如将在下文讨论的，RCM天线板118可被用于向RESPA控制模块100提供功率。此外，电路板112可以具有Bluetooth^®（蓝牙）能力、WiFi能力（例如，802.11WiFi）和用于无线电传输的无线电能力。电路板112还可包括高压保护电路、电磁干扰（EMI）电路和内板屏蔽（inner-board shielding）。

RESPA控制模块100具有集成加速计，其通过测量振动并移除传感器测量结果中的振动分量而允许RESPA控制模块100中的传感器（其可对运动敏感）在诸如舱室或发动机的高振动环境中精确地运行。加速计与压力传感器113、114和115集成。

RESPA控制模块100与设置在模块壳体内并在图18、图19和图22中示出RCM天线板118通信并且连接到RCM天线板118。RESPA控制模块100的微芯片可通过电力电缆14并且通过RCM天线板118来供电，由此允许在不需要任何连接的电源的情况下通过预清洁器系统来记录和发送数据。如将在下文进一步描述的，通过将电场广播到预清洁器壳体11中，RCM天线板118还向过滤器ID环200提供功率。

如图18和图19所示，RCM天线板118可由具有焊点119的印刷电路板制成，该焊点用于将RESPA控制模块100的天线线缆117和电力导线116连接到RCM天线板118。上文描述的电力电缆14在图18和图19中示出并且可以是设计成降低电磁发射的屏蔽四导线。RCM天线板118附加地设置有例如由铜制成的电力引入线（power lead）120和天线线缆24。功率从电力电缆14通过电力引入线120并通过电力导线116被提供至RCM控制模块100。换句话说，功率从电力电缆14送出，通过电力引入线120，然后通过电力导线116而到达RCM控制模块100。一旦RCM控制模块100接收到功率，RCM控制模块100就激励RCM天线板118的天线线缆24，从而使得RCM天线118发射电场，如下文描述的。

图22是沿纵向轴线A-A在预清洁器壳体11的第一轴向侧上得到的视图。图22示出了安装在预清洁器壳体11中的RCM天线板118。RCM天线板118可具有马蹄铁形状或大致马蹄铁形状，以便安装在歧管12的表面上。在如图22所示的安装位置中，焊点119被定位成连接到RESPA控制模块100的电力导线116和天线线缆117。

图23是沿纵向轴线A-A在预清洁器壳体11的第二轴向侧上得到的视图。如图22和图23两者所示，RESPA控制模块100被定位在预清洁器壳体11内部，位于邻近于空气预清洁器1的出口3的固定导叶13中的两个之间。如图22所示，RCM天线板118和RESPA控制模块100被安装成相对于彼此定位成使得RESPA控制模块100的天线线缆117和电力导线116可连接到RCM天线板118的焊点119。由此，RCM天线板118（经由电力导线116）向RESPA控制模块100提供功率，并且还（经由天线线缆117）与RESPA控制模块100通信。

如上文所描述，模块壳体101可包括模块顶部102和模块基部103。模块顶部102的上表面可被成形为匹配并配合预清洁器壳体11的内壁的曲线。模块基部103的下表面可被成形为匹配并配合歧管12的外壁的曲线。因此，RESPA控制模块100可由固定导叶13、歧管12的外壁和预清洁器壳体11的内壁固持在预清洁器壳体11内，位于固定导叶13中的两个之间。当然，这仅仅是模块壳体101可以采用的形状的一个示例，显然，模块壳体101可具有不同形状，以用于以不同的取向和位置安装而不妨碍系统的运行。

此外，一个或多个天线立管122可设置在RCM天线板118与歧管12之间。天线立管122可由各种材料制成，包括但不限于聚乳酸（PLA）快速原型塑料和注模聚丙烯。天线立管122用作RCM天线板118与歧管12之间的间隔件。此外，一个或多个天线间隔件123可设置在RCM天线板118与护罩29之间。天线间隔件123可由各种材料制成，包括但不限于聚乳酸（PLA）快速原型塑料和注模聚丙烯。天线间隔件123用作RCM天线板118与护罩29之间的间隔件，并且在RCM天线板118上向下按压以将RCM天线板118固持就位。因此，天线立管122和天线间隔件123被定位在RCM天线板118的相对轴向侧上。

如上文所描述的，第一、第二和第三压力传感器113、115、114被定位在模块壳体101的每个相应隔间的内部，以便精确地检测传感器113、115、114所被指定的空气流的压力和其他参数，如图14和图16所示。具体地，第一压力传感器113被定位在第一隔间109中以接收并监测环境空气流的压力和其他参数。第二压力传感器115被定位在第三隔间111中以接收并监测在预清洁器壳体11内部的空气流的压力和其他参数。第三压力传感器114被定位在第二隔间110中以接收并监测在空气预清洁器1的出口3处的空气流的压力和其他参数。

这三个压力传感器113、115和114提供与预清洁器壳体11的入口2和出口3之间的温度差和压差有关的实时数据。该数据允许在各个领域中的改进，诸如功率、燃料经济性和HVAC效率。此外，压力传感器113、115和114允许持续地测量空气流和其他参数并将其作为来自RESPA控制模块100的数据输出到各个被连接的装置，包括顾问模块300（在下文描述）。

如上文所描述，设置在第一隔间109中的第一压力传感器113经由第一孔104与环境空气连通。为了有助于该连通，环境压力通风管17（在图50中示出）经由管孔18被插入通过预清洁器壳体11，如图47和图48所示。如图48所示，环境压力通风管17的第一端从预清洁器壳体11突出。环境压力通风管17的相对的第二端配合到第一孔104中。提供如图51所示的压力通风管防雨帽15以覆盖环境压力通风管17，如图49所示。压力通风管防雨帽15具有两个附接孔20，以用于例如使用紧固件来将压力通风管防雨帽15紧固到预清洁器壳体11。压力通风管防雨帽15还设置有升高部段21，该升高部段被布置成安置在环境压力通风管17上面而不干扰第一压力传感器113的压力读数。升高部段21允许水在该升高部段21下方和在环境压力通风管17上方流动，而不会堵塞环境压力通风管17。此外，如图50所示，环境压力通风管17具有一个或多个管凸起19，其形成在环境压力通风管17的从预清洁器壳体11突出的第一端处。管凸起19接触压力通风管防雨帽15的升高部段21，以便防止压力通风管防雨帽15密封环境压力通风管17，从而避免这样的情形，在该情形中，环境压力通风管17的密封会导致压力不能在环境空气与预清洁器壳体11内部的空气之间进行平衡。

此外，RESPA控制模块100可被构造成建立局域网（LAN）以与空气预清洁器1的马达和/或空气过滤器7通信。IP地址可被分配给RESPA控制模块100以使得能够通过局部（local）广域网（WAN）来访问RESPA控制模块100。

此外，RESPA控制模块100可被诸如蜂窝电话应用的用户终端访问，以读取由RESPA控制模块100获得的数据。

RESPA控制模块100用于各种功能，包括向过滤器ID环200提供功率、在过滤器ID环200中记录数据、读取存储在过滤器ID环200上的数据、感测压力和其他空气流参数、以及将所有所述数据转发给顾问模块300。RESPA控制模块100调节并控制空气过滤器7和进气系统的所有参数，并与顾问模块300通信以提供数据和接收指令。将在下文更详细地描述这些功能。

空气质量监测和控制系统可以还包括如图63所示的马达控制模块40。马达控制模块40包括被容纳在外壳42中的电路板41。电路板41包括电阻、二极管、电容和调节器，其将电压数据转发至RESPA控制模块100并且防止马达28中的过电压。外壳42可以是散热片。三个电力引入线被连接到电路板41。具体地，电力引入线43将电路板41连接到由操作者操作的舱室，电力引入线44将电路板41连接到马达28，且电力引入线45将电路板41连接到RESPA控制模块100。马达控制模块40具有各种有利能力，包括经由设置在电路板41上的过滤器实现的EMI和EMF抑制、马达过电压保护、马达速度控制、马达电压调节、到RESPA控制模块100的数据传递以用于数据记录以及到顾问模块300的外部通信。马达控制模块40可发送数据至RESPA控制模块100以及从RESPA控制模块100接收数据，以及发送数据至风扇马达28以及从风扇马达28接收数据。马达控制模块40可通过监测马达电压来确定空气预清洁器1的风扇马达28的温度。当马达电压过高或过低时，或当正在使用不合适的过滤器时，马达控制模块40可被构造成关闭马达28。此外，马达控制模块40可响应于来自RESPA控制模块100的指令而关闭马达28或调节马达28的速度。马达控制模块40可自动地控制马达28或可基于从RESPA控制模块100接收的指令来控制马达28。

马达控制模块40可基于舱或发动机的需求来改变马达速度，以增加压力或克服过滤器7上的压降。

马达控制模块40可直接连接到马达28，以读取并记录马达28上的电压。马达控制模块40可被编程以当存在过电压或欠电压时或当马达28达到较高温度（诸如，70°C）时关闭风扇马达28。然后当马达28下降至较低温度（诸如，50°C）时，马达控制模块40可于是再次发动马达28。

当所编程的操作参数被违反时，RESPA控制模块100可能使得警报消息被发送至顾问模块300。替代性地或此外，从RESPA控制模块100和其他传感器持续地流到顾问模块300的数据可由顾问模块300来分析，响应于此，顾问模块300可作出拉响警报的判定。

警报模式包括但不限于：从顾问模块300至操作者的视觉、听觉和/或触觉警报；在舱室顶部上的信号灯；以及发送至合适的人员或系统以通知警报状况的文本消息或电子邮件。作为信号灯的一个示例，图53示出了操作状况灯16。操作状况灯16可以是由顾问模块300使用合适的通信手段（诸如，WiFi）来控制的自动三色LED灯。例如，操作状况灯16可使用红灯来向操作者通知警报状况、使用黄灯来通知警告状况以及使用绿灯来通知安全状况。

RESPA控制模块100被构造成与系统中的多个传感器通信。具体地，RESPA控制模块100可与高达255个传感器同时通信。

另外，RESPA控制模块100可从顾问模块300或通过另一控制手段（例如，蜂窝电话应用）来编程。RESPA控制模块100可作为顾问模块300的从属设备来操作，或者可独立于顾问模块300来操作。RESPA控制模块100可独立于包括顾问模块300在内的所有装置来操作。

RESPA控制模块100可被构造成与顾问模块300、过滤器ID环200、无刷马达28和/或蜂窝电话应用自动地同步。

RESPA控制模块100被构造成与顾问模块300持续地通信以提供数据，所述数据诸如是所使用的过滤器7的类型、过滤器7上的压降（确定何时需要更换过滤器7）、以及进入到舱中的空气流，使用出口直径、出口压力和“K”因子来持续地计算出口空气流。

（3）过滤器ID环的描述

过滤器ID环200（也称为“过滤器识别部件”）是惰性过滤器环，其具有特定形状以配合到空气过滤器7的外周。环形构造允许过滤器7以任何取向安装在预清洁器壳体11内并且仍实现相同水平的功能。过滤器ID环200被构造成与RESPA控制模块100通信。图24示出了过滤器ID环200的各种功能和连接。当然将理解的是，过滤器ID环200的功能和连接不限制于图24所示的功能和连接。过滤器ID环200不限制于环的形状，并且可以以其他形状和构造来提供。例如，在替代性实施例中，过滤器ID环200可被提供为直接安装到过滤器7中的计算机芯片。在又另一替代性实施例中，过滤器ID环200可在过滤器7的制造点（POM）处集成（嵌入）到过滤器7的本体中。下述讨论将关注于环形过滤器ID环200的实施例。

过滤器ID环200可被附接（例如，胶粘或模制）到空气过滤器7，使得当空气过滤器7被安装在预清洁器壳体11内部时，过滤器ID环200足够接近RESPA控制模块100以接收用于RCM天线板118的合适频率，以向过滤器ID环200提供功率来操作和通信。换句话说，过滤器ID环200可通过由RCM天线板118广播到预清洁器壳体11中的电场来供电。通信也可以经由该电场来发生。在不存在RESPA控制模块100和RCM天线板118的情况下，过滤器ID环200是惰性的。

在图25中示出了过滤器ID环200的一个示例性实施例。过滤器ID环200由天线线缆201和具有两个焊盘203的印刷电路板202形成。天线线缆201可以例如是铜线缆，其被由例如聚丙烯制成的天线线缆外皮205包围。天线线缆201的第一端在焊盘203中的一个处连接到印刷电路板202，而天线线缆201的第二端在焊盘203中的另一个处连接到印刷电路板202。印刷电路板202还可包括RFID芯片204以及一个或多个电阻和电容。RFID芯片204具有存储器，该存储器存储关于过滤器ID环200所被附接到的空气过滤器7的信息。存储器可包括离散的存储器和/或RAM存储器，其中存储器的量是可定制的。过滤器ID环200存储制造信息，诸如，空气过滤器7的序列号、制造日期、使用和部件编号。过滤器ID环200可在制造点处使用过滤器数据来无线地编程。

过滤器ID环200可被直接附接到空气过滤器7，使得过滤器ID环200围绕空气过滤器7的周缘卷绕。替代性地，如图26和图27所示，过滤器ID环200可被包封在模制的环本体206中。取决于所需频率和功率，过滤器ID环200可以在模制环本体206中卷绕成一个或多个环。换句话说，不同数量的环将提供不同的频率和功率。图26示出了安装有过滤器ID环200的模制环本体206的前表面，图27示出了模制的环本体206的前表面，其中过滤器ID环200未被安装到模制环本体上。模制环本体206可以例如通过塑料聚丙烯注射来形成。模制环本体206设置有一个或多个沟槽207，所述沟槽牢固地抓持天线线缆外皮205和印刷电路板202。具有安装在其中的过滤器ID环200的模制环本体206被构造成直接附接到空气过滤器7，使得模制环本体206围绕空气过滤器7的周缘卷绕，如图28所示。在图28中示出模制环本体206的后表面和侧表面，使得天线线缆201在图28中面向下。替代性地，模制环本体206可被翻转以使得天线线缆201在图28中面向上，附加的盖构件（未示出）覆盖模制环本体206的前表面。

作为模制环本体206的替代方式，过滤器ID环200可被容纳在环壳体208中，如图29和图30所示。环壳体208例如可以是原型聚乳酸塑料或聚丙烯注模的。环壳体208成形为配合到空气过滤器7的过滤器帽的喉部中。如图29和图30所示，过滤器ID环200围绕环壳体208卷绕并且由多个约束柱209紧固。取决于所需的频率和功率，过滤器ID环200可围绕环壳体208卷绕成一个或多个环。在如图29和图30所示的实施例中，环壳体208具有三个约束柱209，但是约束柱209的数量可以大于或小于三个。约束柱209被布置并构造成约束过滤器ID环200，使得维持天线线缆201的线缆张力。

过滤器ID环200可以以任何取向安装在预清洁器壳体内，只要过滤器ID环200被安装在足够靠近RESPA控制模块100的位置处以使得RCM天线板118和天线线缆201通过由RCM天线板118广播的电场彼此持续地通信即可。过滤器ID环200相对于RESPA控制模块100在预清洁器壳体11内的特定取向确保了在过滤器ID环200与RESPA控制模块100之间的有效通信。天线线缆201被调节至RCM天线板118的天线线缆124的频率，以允许在预清洁器壳体11内部在RESPA控制模块100与过滤器ID环200之间的通信。电场由RCM天线板118广播到预清洁器壳体11中，并且过滤器ID环200的天线线缆201拾取该电场，并将能量引导到过滤器ID环200的RFID芯片204。结果是，功率可从RESPA控制模块100（RCM天线板118）提供至过滤器ID环200，数据可从RESPA控制模块100记录到过滤器ID环200中，并且存储在过滤器ID环200上的数据可由RESPA控制模块100读取。只要RFID芯片204被设置在由RCM天线板118在预清洁器壳体11内产生的能量场内，过滤器ID环200的RFID芯片204的激励就是持续的。

此外，在操作期间，RESPA控制模块100可从过滤器ID环200持续地读取数据以及写入数据到过滤器ID环200。RESPA控制模块100与过滤器ID环200之间的双向通信允许持续的数据存储和提取。如上文所讨论的，RESPA控制模块100可使用由RCM天线板118产生的电场与过滤器ID环200通信。电场向过滤器ID环200提供电流，并且还允许RESPA控制模块100与过滤器ID环200之间的双向通信。

RESPA控制模块100持续地记录数据到过滤器ID环200。该数据可包括但不限于下述中的一者或多者：过滤器压力、环境压力、出口空气流、马达电压和温度、环境温度和湿度、预清洁器壳体温度和湿度、以及预清洁器壳体出口温度和湿度。

过滤器ID环200可永久地记录并持续地更新空气过滤器7的使用，并且当空气过滤器7已经到达其寿命的终点时（例如，空气过滤器7已经被使用预定小时数，或空气过滤器7已经变得过于限制性）通知顾问模块300。过滤器ID环200有效地得到自知型（self- aware）过滤器7，其在过滤器7的寿命期间自我记录并且永久地存储所有重要事件和数据点。结果是，不需要物理地检查过滤器7以确定过滤器7的实时状态。

过滤器ID环200还可由用户终端（诸如，蜂窝电话应用）来访问以读取存储在过滤器ID环200中的数据。

（4）顾问模块的描述

顾问模块300（也被称为“RESPA®顾问”）可以是使用无线电信号来与RESPA控制模块100通信的无线装置，所述RESPA控制模块100继而与过滤器ID环200通信。顾问模块300可具有无线电和蜂窝通信能力两者。顾问模块300还可在局部WiFi网络上捎带，而不记录到网络中。图31示出了顾问模块300的各种功能和连接。当然将理解的是，顾问模块300的功能和连接不限制于图31中示出的功能和连接。

图32至图38提供了顾问模块300的部件的各个视图。如图32所示，顾问模块300设置有顾问壳体301。顾问壳体301可例如由注模丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料来形成。顾问壳体301包括顾问顶部302和顾问基部303。顾问顶部302和顾问基部303通过卡合构造被组装。卡合构造通过形成于顾问基部303中的两个卡合孔321以及形成于顾问顶部302中的两个卡合柱322来形成。

顾问顶部302包括显示屏安装部分304、凹入部分305、一个或多个通风口306以及电力电缆孔307。显示屏安装部分304被构造成固持显示屏308，该显示屏例如可以是触摸屏，使用者通可以过该触摸屏操作顾问模块300。图37示出了显示屏308的示例。显示屏安装部分304还具有斜切区域311，以允许通达到显示屏308的外部区域。如图34所示，顾问顶部302具有形成于顾问顶部302的内表面上的显示安装柱309。虽然在图34中仅示出一个显示安装柱309，但顾问顶部302具有围绕显示屏安装部分304布置的四个显示安装柱309，这四个显示安装柱309对应于如图37中示出的四个显示屏孔310。

凹入部分305从顾问顶部302的最上外围凹陷，以便提供用于安装例如贴签或其他标记的区域。一个或多个通风口306可被设置在顾问顶部302的一侧或多侧上。通风口306确保多气体传感器323（在下文讨论）的适当运行。如图34和图36C所示，电力电缆孔307允许电力电缆312从其穿过以向顾问模块300提供功率。电力电缆312从顾问模块延伸，如图36A和图36B所示。电力电缆312可以是被设计成降低电磁发射的屏蔽四导线。

如图32所示，顾问基部303包括用于安装印刷电路板314（在图37和图38中示出）的多个安装凸台313。在如图32所示的实施例中，多个安装凸台313包括八个安装凸台313。安装凸台313对应于如图37和图38所示的电路板孔315。安装凸台313和电路板孔315被构造成接收用于将印刷电路板314牢固地安装到顾问基部303的紧固件（例如，螺钉）。安装凸台313设置有预定厚度以减少振动到印刷电路板314的传递。顾问基部303还设置有多个基部安装孔316。基部安装孔316与形成于顾问顶部302中的顶部安装孔317配合，紧固件（例如，螺钉）被插入通过基部安装孔316和顶部安装孔317以允许将顾问模块300安装到表面（例如，壁）。基部安装孔316通过扩大环318和增强肋319来形成，以用于在组装期间进行压缩。

图37示出了印刷电路板314的前视图，而图38示出了其后视图。印刷电路板314设置有多个传感器，包括但不限制于多气体传感器323和压力传感器324。印刷电路板314包括具有CPU和存储器（例如，RAM）的微芯片。此外，印刷电路板314可具有Bluetooth®（蓝牙）能力、WiFi能力（例如，802.11 WiFi）和用于无线电传输的无线电能力。印刷电路板314还可包括高电压保护电路、电磁干扰（EMI）电路和内板屏蔽。如上文所讨论，电力电缆312被连接到印刷电路板314以向印刷电路板314提供功率（例如，3.3伏电源或5伏电源）。印刷电路板314还可具有触觉通知装置，诸如蜂鸣器，以通知例如警告情形。

此外，顾问模块300可用作局域网路由器。因此，顾问模块300可有利于传感器的局部网络（local network）并且通过对局部WiFi网络不可见的专有无线电通信协议来通信。

顾问模块300可与被定位在顾问模块300的无线电范围内的任何无线传感器自动地同步。例如，顾问模块300可与多个空气预清洁器1的传感器（包括RESPA控制模块100的传感器）同步。具体地，顾问模块300可同时与高达255个传感器通信。顾问模块300还可同时监测舱室过滤器性能和发动机过滤器性能。

由顾问模块300读取并控制的传感器可以包括：检测预清洁器壳体11内部的空气、出口3处的空气或环境空气的温度、压力和湿度中的一者或多者的传感器（例如，第一压力传感器113、第二压力传感器115和第三压力传感器114）；检测出口空气流立方英尺/分（CFM）的传感器；检测风扇马达的温度和电压的传感器；检测气体类型和气体浓度的传感器；以及检测质量颗粒浓度的传感器。

顾问模块300可被构造成自动地组织从多个传感器接收的数据。例如，如果多个环境压力传感器都在范围内，则顾问模块300可自动地计算环境压力读数的平均数以给出更精确的读数。

显示屏308可实时地显示数据，诸如过滤器类型、过滤器所使用的小时数、压差、CO₂浓度以及其他参数。顾问模块300还可经由无线电、SMS文本、WiFi、通用分组无线服务（GPRS）或其他合适的通信手段将该数据报告至互联网。

如上文所描述，显示屏308可以可选地包括人机接口（HMI），例如触摸屏。然而，HMI不是必要的。

如上文所描述，顾问模块300还可具有设置在顾问壳体301中的印刷电路板314上的多个传感器。除了多气体传感器323和压力传感器324以外，这些传感器可包括允许在高振动环境中得到精确压力读数的集成加速计、以及温度和湿度传感器。顾问模块300还可包括实时时钟。

可使用诸如GPRS的通信手段来远程地访问和重新编程顾问模块300以用于数据下载或固件更新。顾问模块300可以经由例如文本消息来接收传感器更新。

如上文所讨论的，顾问模块300可被构造成与附近的传感器自动地同步。预定算法可优先化从传感器接收的数据，以便产生尽可能安全的舱室环境。具体地，顾问模块300可使用传感器来监测舱室内的CO₂和其他有毒气体浓度、可吸入灰尘浓度、新鲜空气进气和舱室空气泄漏。如将在下文进一步讨论的，顾问模块300可被构造成阻止所有空气进入舱室并且用不包含有毒气体的清洁空气填充舱室。

除了设置在顾问模块300中的传感器之外，空气质量监测和控制系统还可包括一个或多个附加环境压力传感器（也称为“APS”）400。图39A至图45示出了环境压力传感器400的一个示例性实施例。环境压力传感器400可被安装在舱室外部。环境压力传感器400可无线地连接到顾问模块300并与其通信，以提供关于环境压力的数据。如上文所讨论，顾问模块300可自动地计算来自不同传感器的多个环境压力读数的平均数以给出更精确的读数。在环境压力传感器400设置在舱室外部的情况下，顾问模块300可以从环境压力减去内部舱室压力以确定压差。顾问模块300可以随后在显示屏308上显示压差和/或将关于压差的信息传送到外部装置、互联网等等。在设置环境压力传感器400的情况下，顾问模块300可在不需要RESPA控制模块100的环境压力读数的前提下确定压差。换句话说，在一个实施例中，顾问模块300和环境压力传感器400一起运行，而不设置RESPA控制模块100。

如图39A至图45所示，环境压力传感器400包括APS壳体401。APS壳体401由APS顶部402和APS基部403形成。APS顶部402和APS基部403以卡合布置来组装。APS顶部402和APS基部403可由例如尼龙材料来形成。APS顶部402具有带有顶部安装孔404的外凸缘4021，所述顶部安装孔用于与形成在APS基部403的外凸缘4031中的基部安装孔405配合。顶部安装孔404可设置有插入件406（例如，黄铜插入件），当APS顶部402和APS基部403使用插入通过顶部安装孔404和基部安装孔405的紧固件（例如，螺钉）进一步组装时，所述插入件用作压缩限制器。如图40A所示，APS顶部402设置有斜切角部407和增强脊408以用于改善的稳定性。APS基部403具有设置在外凸缘4031之间的中心部分，所述中心部分是凹入表面409，其从外凸缘4031朝向APS顶部402突出并突出到APS顶部402中。凹入表面409允许APS壳体401内的快速压力改变。

如图42至图44所示，环境压力传感器400还包括印刷电路板410。印刷电路板410包括被构造成感测环境压力的压力传感器。印刷电路板410还包括具有CPU和存储器（例如，RAM）的微芯片。此外，印刷电路板410可具有Bluetooth®（蓝牙）能力、WiFi能力（例如，802.11 WiFi）和用于无线电传输的无线电能力。印刷电路板410还可具有高压保护电路、电磁干扰（EMI）电路和内板屏蔽。电力电缆411被连接到印刷电路板410以向其提供功率（例如，3.3伏电源或5伏电源）。如图44和图45所示，电力电缆411经由被安装在形成于APS顶部402中的电力电缆孔413中的电缆连接器412被连接到印刷电路板410。电力电缆411还可设置有铁素体414，该铁素体被构造成降低来自电力电缆411的EMI发射。

如图44和图46所示，环境压力传感器400还设置有APS衬垫415。APS衬垫415是由例如尼龙制成的构件，并且被插入到APS壳体401中。APS衬垫415被设置成牢固地固持印刷电路板410并且减少振动到印刷电路板410的传递。如图46所示，APS衬垫415包括壁架416、带417和切口418。印刷电路板410被放置在壁架416上，并且由壁架416和APS衬垫415的内壁牢固地固持。带417在印刷电路板410上方延伸以确保印刷电路板410不会向上移动脱离壁架416。切口418被设置成允许电力电缆411穿过APS衬垫415以与印刷电路板410连接。

印刷电路板410用作通用通信模块，其可以在环境压力传感器400外部的多个位置中使用并且不限制于与环境压力传感器400相关联地使用。换句话说，即使在不存在环境压力传感器400的情况下，印刷电路板410也可与装置一起使用。例如，在其中RESPA控制模块100向顾问模块300提供环境压力读数的上文讨论的实施例中，可能不需要在舱室的外部的分离的环境压力传感器400。在该情况下，可能存在在舱室内部使用的一个或多个印刷电路板410，以控制各个装置与顾问模块300之间的通信。将在下文关于灰尘监测器600来进一步讨论一种这样的布置。

空气质量监测和控制系统还可包括一个或多个空气流控制阀500。例如，第一空气流控制阀500可控制进入舱室的空气流，第二空气流控制阀500可控制离开舱室的空气流，从而用作舱室的压力释放阀。图52示出了空气流控制阀500的一个示例性实施例。空气流控制阀500可由例如聚乳酸塑料或注模聚丙烯制成。空气流控制阀500可包括伺服马达501，以控制被提供至空气流控制阀500的遮板502的位置。遮板502被设置在具有第一和第二轴向开口504的阀壳体503中。空气流控制阀500可以是WiFi启用的并且由顾问模块300直接控制。具体地，顾问模块300可使用独特算法以监测所有舱室参数并且经由预清洁器1和第一空气流控制阀500来调节新鲜空气流，并且经由第二空气流控制阀500来调节舱室泄漏，以维持最佳操作者保护。例如，RESPA控制模块100测量离开出口3的空气流，并且将空气流测量结果报告给顾问模块300。然后，顾问模块300通过调节遮板502的位置来调节空气流控制阀500，以维持预定新鲜空气进气空气流。空气流控制阀500由顾问模块300以这种方式来控制以允许更多的新鲜空气进入舱室，从而产生足够且一致的内部舱室压力并且同时稀释有害气体（例如，CO₂）浓度。以这种方式，空气质量监测和控制系统持续地监测并控制舱室压力、新鲜空气进气、气体（例如，CO₂）水平和舱室泄漏以产生最安全的空气质量和最高的HVAC操作效率。

每个过滤器7将具有特定空气流限值。例如，碳过滤器具有50 cfm的空气流限值，而MERV16过滤器具有130 cfm的空气流限值。RESPA控制模块100可读取过滤器ID环200以确定与所使用的特定过滤器7相关联的空气流限值。RESPA控制模块100可随后将该信息提供至顾问模块300，顾问模块300可基于该信息来调节所使用的算法中的变量，以通过控制第一空气流控制阀500来控制空气流的量。

在图56至图59中示出了第一修改空气流控制阀500'。第一修改空气流控制阀500'可由例如聚乳酸塑料或注模聚丙烯制成。第一修改空气流控制阀500'可包括伺服马达501'，以控制被提供至第一修改空气流控制阀500'的阀盘502'的位置。阀盘502'被设置在具有第一和第二轴向开口504'的阀壳体503'中。阀盘502'被附接到销钉505'。销钉505'可由例如聚乳酸塑料或注模聚丙烯制成。销钉505'延伸跨过阀壳体503'的直径。销钉505'的第一端被连接到允许销钉505'自由旋转的轴承506'。销钉505'的相对的第二端被连接到伺服马达501'，使得伺服马达501'可通过旋转销钉505'来控制阀盘502'的位置，从而调节空气流。以与上文描述空气流控制阀500相似的方式，第一修改空气流控制阀500'可以是WiFi启用的并且由顾问模块300直接控制。

在图60至图62中示出了第二修改空气流控制阀500''。第二修改空气流控制阀500''可由例如聚乳酸塑料或注模聚丙烯制成。第二修改空气流控制阀500''可包括伺服马达501''，以控制被提供至第二修改空气流控制阀500''的两个阀叶片502''的位置。阀叶片502''被设置在具有第一和第二阀开口504''的阀壳体503''中。阀叶片502''均被附接到相应的销钉505''。销钉505''可由例如聚乳酸塑料或注模聚丙烯制成。销钉505''延伸跨过阀开口504''的宽度。每个销钉505''的第一端被连接到允许销钉505''自由旋转的轴承506''。每个销钉505''的相对的第二端经由连接到伺服马达501''的齿轮组件507''被连接到伺服马达501''，使得伺服马达501''可以通过旋转相应的销钉505''来控制阀叶片502''的位置，从而调节空气流。以与上文描述的空气流控制阀500相似的方式，第二修改空气流控制阀500''可以是WiFi启用的并且由顾问模块300直接控制。

空气质量监测和控制系统还可包括如图54所示的灰尘监测器600。灰尘监测器600可被安装在混合充气室22（在下文描述）中，位于容纳灰尘监测器600和印刷电路板410两者的壳体（未示出）内部。壳体可被安装在类似于APS衬垫415的减振衬垫上，以改善来自灰尘监测器600的传感器读数。灰尘监测器600被连接到印刷电路板410。具体地，如图54所示，灰尘监测器600具有插塞601，其连接到形成于印刷电路板410上的出口4101。印刷电路板410用作通用通信模块并且控制灰尘监测器600与顾问模块300之间的通信。结果是，来自灰尘监测器的灰尘浓度读数经由印刷电路板410被传送到顾问模块300。此外，印刷电路板410利用由电力电缆411提供给印刷电路板410的功率来向灰尘监测器600供电。

灰尘监测器600监测灰尘以便经由印刷电路板410向顾问模块300给出实时的重量分析的灰尘测量结果。现有技术中的当前灰尘监测器并不被设计成永久地安装在操作者舱室中并且遭遇现场滥用和颗粒过载，而是为实验室类型的仪器，其需要谨慎且定期的标定。当在短时间段内暴露于高灰尘浓度时，这种当前灰尘监测器趋向于失效。本文所公开的灰尘监测器600克服了上述问题。特别地，灰尘监测器600被构造成安装在HVAC系统的管道系统内的混合充气室22内部，如图55所示。该安装位置允许监测在舱室操作者的头部区域处的空气质量。该安装位置还确保灰尘读数的精确性以及灰尘监测器600的寿命。如图55所示，舱室具有内部环境30，舱室操作者就座在该内部环境中。进气空气从预清洁器1被送至HVAC系统的混合充气室22，然后通过蒸发器芯27，然后通过风扇23并进入到舱室内部环境30中。然后该空气变为再循环空气26，其在操作者周围流动并通过通风口24再次进入到混合充气室22中。灰尘监测器600有利地安装在混合充气室22中，因为混合充气室是舱室中最清洁的位置。此外，该安装位置确保，新鲜或再循环过滤器和/或进气空气系统中的任何破坏将由于增加的灰尘读数而由灰尘监测器600立即识别出，从而提供实时数据和系统劣化的通知。灰尘监测器600可通过与RESPA控制模块100和顾问模块300通信而被集成，从而提供在同一紧凑的、主动式的综合的舱室空气质量系统内的稳健且及时的重量分析的灰尘监测。

顾问模块300可被构造成通过下述通知手段中的一种或多种来通知合适的实体关于舱室中的警报状况：发送通知（例如，通过文本消息或电子邮件）；激活顾问模块300上的听觉、视觉或触觉警报；以及激活在舱室的顶部上的警报灯和/或听觉警报信号。还可构想到其他通知手段。这些通知可由顾问模块300与上文讨论的舱室中空气的监测和控制来同时执行。

通过接收来自传感器的数据并基于来自传感器的数据自动地控制舱室内的空气环境，顾问模块300可自动地且自主地维持舱室内的安全且一致的压力和CO₂水平。

传统空气预清洁器壳体吸收向下游传送的热量。本文所公开的实施例可通过利用预清洁器壳体11内的打旋龙卷风空气流来减少热量传输，以将从清洁器壳体壁脱离的受热空气经由过滤器帽上的驱出端口5移出预清洁器壳体11。该独特特征执行两个重要功能：其从空气流移除颗粒并且将所述颗粒驱出回到环境中；以及其同时从预清洁器壳体11移除热量。净结果是，进入到发动机中的空气明显地更接近环境空气温度。

顾问模块300还可提供重要的测试和验证功能。顾问模块300可执行各种参数的持续、实时和使用中的测试，所述参数包括通过该系统的空气流、过滤器负载和过滤器寿命、过滤器7的自清洁属性、传送通过该系统的气体的类型和量、环境空气与系统出口空气的温度差、以及预清洁器1中马达的性能。顾问模块300还可测试与舱室内的空气质量以及影响空气质量的装置相关的其他参数。

（5）监测和控制过程的描述

起初，当空气质量监测和控制系统被建立时，过滤器ID环200被附接（例如，胶粘）到空气过滤器，空气过滤器可被放置在预清洁器壳体内部，使得过滤器ID环200邻近于RESPA控制模块100，所述RESPA控制模块100被预先安装在空气预清洁器1的两个固定导叶13之间。RESPA控制模块100和过滤器ID环200然后将使用RCM天线板118彼此自动同步，如上文所讨论的。RESPA控制模块100还将与顾问模块300自动同步。

在与过滤器ID环200自动同步时，RESPA控制模块100可读取预先记录到过滤器ID环200中的信息，并将该信息转发给顾问模块300。如上文所讨论的，该信息可包括空气过滤器7的使用，RESPA控制模块100和/或顾问模块300可基于空气过滤器7的使用来设置用于确定空气过滤器7的寿命终结的时钟。在不存在检测到过滤器ID环200的情况下，该系统可输出警告和/或关闭。

在活动舱室内的操作期间，顾问模块300可使用数据来持续地监测与该舱室内的环境相关的所有参数，包括加压和气体浓度，顾问模块300从该系统的各个传感器自动地接收所述数据并且自动地分析所述数据。

然后，顾问模块300可自动地采取行动以控制舱室环境。例如，如果顾问模块300确定舱室内部的加压状态或某种气体（例如，CO₂）的浓度不是最佳的，则顾问模块300可控制空气流控制阀500以从舱室释放空气。顾问模块300还可向RESPA控制模块100发出指令以改变空气预清洁器1的无刷风扇马达28的速度。以这种方式，顾问模块300被构造成不断地监测并调节舱室环境，以提供对于舱室操作者来说最佳且安全的环境。

在另一方面，如果顾问模块300确定了舱室外部的大气是危险的或以其他方式有问题的，则顾问模块300可控制空气流控制阀500和空气预清洁器1（借助于RESPA控制模块100）以防止外部的空气进入到舱室中。

顾问模块300还可以发出表明有害气体浓度、过滤器寿命终结和其他通知的各种形式的警报（听觉、视觉、触觉），这些警报应当被提供给舱室的操作者、拥有者和/或管理者。

（6）有利效果

上文所讨论的根据示例性实施例的空气质量监测和控制系统提供了许多优点，包括但不限于下述优点。

基于在RESPA控制模块100、过滤器ID环200、顾问模块300和该系统的其他传感器之间的通信，该系统提供对于舱室环境的持续实时监测。结果是，该系统有利于操作者的健康和安全以及周围环境的健康。

通过分析来自各个传感器的数据并且自动地调节该系统的装置以在必要时修改舱室环境，空气质量监测和控制系统持续地且自动地维持舱室内的期望环境。结果是，操作者或其他实体不必要主动地监测并调节该环境。

顾问模块300向操作者和/或外部管理者提供持续数据输出和通知，使得可通知所涉及的所有实体关于舱室环境的状态。因此，信息的流动更加快速且无缝，并且操作者或管理者不必要检查和试图确定舱室环境的状态。

通过与RESPA控制模块100和其他传感器相互作用，顾问模块300能够控制空气流、空气质量、空气温度、过滤器7上的压降、空气预清洁器1的外部与内部之间的温度差、过滤器寿命以及其他参数，以确保实现并维持期望的舱室环境。由发动机进气系统的顾问模块300所实现的该控制还导致改善的发动机性能和燃料经济性。

根据需要，顾问模块300可控制空气流控制阀500和空气预清洁器1的风扇马达28，以密封并吹扫内部舱室环境。稳定舱室中的压力并维持合适的气体浓度，从而确保操作者的健康和安全。

RESPA控制模块100持续地测量并报告空气预清洁器1内的三个不同空气流的压力和其他参数。基于这些不同的测量结果，顾问模块300能够更好地检测和控制舱室环境。

提供至RESPA控制模块100和顾问模块300两者的传感器的集成加速计允许应用算法，该算法允许RESPA控制模块100和顾问模块300在高振动环境中精确地运行。因此，可以抑制由于高振动环境引起的测量结果和感测数据的劣化。

基于来自传感器的读数，马达控制模块40将关闭风扇马达28或者调节风扇马达28的速度，以增加压力或克服过滤器7上的压降。因此，类似于顾问模块300，RESPA控制模块100自动地响应于不利的环境状况，采取措施以使得舱室返回至期望环境。

当所编程的操作参数被违反时，RESPA控制模块100可能导致警报消息被发送至顾问模块300，或者顾问模块300可作出输出警报的判定。由此，所涉及的操作者和其他实体可被自动地通知到与舱室环境相关联的问题和危险。这些通知可由顾问模块300与监测和控制舱室中的空气同时执行。

RESPA控制模块100控制RCM天线板118以在预清洁器壳体11内部广播电场。该电场向过滤器ID环200提供功率并且产生RESPA控制模块100与过滤器ID环200之间的双向通信信道，从而允许在RESPA控制模块100与过滤器ID环200之间的持续通信。因此，对于过滤器ID环200来说附加的电源不是必要的，并且在RESPA控制模块100与过滤器ID环200之间附加的通信手段不是必要的。

当前，径向过滤器构造允许过滤器以从0至360度的任何取向被放置在预清洁器壳体中。然而，当前RFID技术要求标签读取器被放置在过滤器的RFID标签附近，并且还要求RFID标签接收电功率。这呈现如下问题，当过滤器以某些取向被放置在预清洁器壳体内时，标签读取器可能会不能够读取RFID标签，并且此外，RFID标签不能被插接到电源中。通过无论预清洁器壳体11内的过滤器取向如何都确保RESPA控制模块100与过滤器ID环200之间的通信，本文所公开的RESPA控制模块100和过滤器ID环200克服了这些问题。此外，由RESPA控制模块100的RCM天线板118广播的电场激励过滤器ID环200的微芯片，从而免除将过滤器ID环200插接到电源中的需要。

当前过滤器技术所呈现的附加问题在于，过滤器通常具有有效地用作法拉第笼的金属保护筛和/或其他金属成分，从而阻碍低功率RFID信号并且使得RFID标签不能被标签读取器通达。本文所公开的RESPA控制模块100和过滤器ID环200通过在预清洁器壳体11内具有相对于彼此的特定取向和位置而克服了该问题，从而确保使用由RCM天线板118所广播的电场经由天线线缆124和天线线缆201实现的一致且有效的通信。因此，该通信不会被用作法拉第笼的任何元件阻碍。

RESPA控制模块100持续地记录数据到过滤器ID环200，从而维持不断更新的过滤器使用历史。RESPA控制模块100在过滤器ID环200中的不断的实时记录数据与在制造点处预先存储在过滤器ID环200中的数据相结合，将确保过滤器7不会被使用超过其预定寿命。即便从一个车辆被移动至另一车辆，被簒改或先前被使用的过滤器也可被识别，并且可限制或防止其使用。

顾问模块300和RESPA控制模块100两者都能够与高达255个传感器同时通信。结果是，顾问模块300能够接收并自动地分析表明舱室内部和外部的各种参数的各种感测数据，从而改善由顾问模块300作出的判定以及由顾问模块300采取的行动，以确保最佳舱室环境。

顾问模块300被构造成与附近的传感器自动地同步，并且使用它们的数据来自动地实施对操作者环境的改变。因此，所公开的系统提供对于舱室环境内的潜在威胁的立即响应。

顾问模块300可提供显示屏308，在该显示屏上实时地显示数据，诸如过滤器类型、过滤器所使用的小时数、压差、CO₂浓度和其他参数。结果是，操作者能够更好地理解和分析舱室环境。

顾问模块300可使用传感器来监测舱室内的CO₂浓度、可吸入灰尘浓度、新鲜空气进气、舱室空气泄漏和有毒气体浓度。然后，作为响应，顾问模块300可阻止所有空气进入舱室和用不包含有毒气体的清洁空气来填充舱室。因此，通过接收来自传感器的数据并基于来自传感器的数据自动地控制舱室内的空气环境，顾问模块300自动地且自主地维持舱室内的安全且一致的压力和CO₂水平。

重要的测试和验证功能也由顾问模块300来执行。各种参数的持续、实时的使用中的测试改善了舱室环境的监测以及操作者和其他人对环境或舱室自身作出改进和修改的能力，所述参数包括通过该系统的空气流、过滤器负载和过滤器寿命、过滤器7的自清洁属性、传送通过该系统的气体的类型和量、环境空气与系统出口空气的温度差以及空气预清洁器1中的马达28的性能。

所公开的空气质量监测和控制系统综合地保护操作者免受舱室内的空气质量的潜在威胁。

已经在上文描述了本发明的示例性实施例。应当理解的是，上述示例性实施例仅仅是示例并且本发明不限制于具体实施例。应当理解的是，对于本文所描述的实施例的各种改变和修改将对于本领域技术人员显而易见。可在不脱离本公开的精神和范围并且不减弱本公开的意图的优势的前提下作出这样的改变和修改。因此意图的是，这样的改变和修改由本公开覆盖。

Claims (19)

1.一种空气质量系统，所述空气质量系统包括：

空气预清洁器，所述空气预清洁器具有预清洁器壳体以及设置在所述预清洁器壳体内部的过滤器；

被定位在所述预清洁器壳体内处于第一位置的过滤器识别部件，所述过滤器识别部件被安装在所述过滤器上；以及

控制模块，所述控制模块被定位在所述预清洁器壳体内处于第二位置，并且被构造成：

发射电场；以及

经由所发射的电场与所述过滤器识别部件通信，其中：

所述控制模块具有第一天线，所述第一天线在所述预清洁器壳体内周向地延伸；

所述过滤器识别部件具有第二天线；

所述控制模块经由所述第一天线发射所述电场；以及

通过在所述第一天线与所述第二天线之间交换数据，所述控制模块与所述过滤器识别部件通信。

2.根据权利要求1所述的空气质量系统，其中：

所述第一天线被设置在不同于所述第二位置的第三位置处。

3.根据权利要求1所述的空气质量系统，其中：

所述第二天线被调节至所述第一天线的频率。

4.根据权利要求1所述的空气质量系统，所述空气质量系统还包括：

多个传感器，所述控制模块从所述多个传感器接收并分析数据。

5.根据权利要求1所述的空气质量系统，其中：

所述控制模块包括：

模块壳体；

多个传感器，所述多个传感器被容纳在所述模块壳体中，所述多个传感器被构造成测量所述预清洁器壳体外部的环境空气、在所述预清洁器壳体内部在所述过滤器上游的进气空气、以及在所述过滤器下游的在所述预清洁器壳体的出口处的出口空气中的至少一者的压力、温度和湿度中的至少一者；并且

所述第一天线被设置在所述模块壳体的外部。

6.根据权利要求5所述的空气质量系统，其中：

所述模块壳体包括多个隔间，所述隔间中的每个容纳所述多个传感器中相应的一个。

7.根据权利要求6所述的空气质量系统，其中：

所述多个传感器中的第一传感器被设置在所述多个隔间中的第一隔间中；

所述模块壳体具有与所述第一隔间连通的第一孔；以及

第一管被设置在所述第一孔内，以在所述第一传感器与所述环境空气和所述出口空气中的一者之间连通。

8.根据权利要求5所述的空气质量系统，其中：

所述过滤器识别部件还包括微芯片以及一个或多个电容。

9.根据权利要求8所述的空气质量系统，其中：

所述数据从所述控制模块被传送到所述过滤器识别部件，并且被记录在所述过滤器识别部件中。

10.根据权利要求9所述的空气质量系统，其中：

所述数据包括表明所述过滤器的使用以及所述过滤器的识别的过滤器数据，且所述过滤器数据被记录在所述过滤器识别部件中。

11.根据权利要求8所述的空气质量系统，其中：

所述数据从所述过滤器识别部件被传送到所述控制模块；以及

所述控制模块将所述数据输出到一个或多个外部装置。

12.根据权利要求7所述的空气质量系统，其中：

由所述第一天线发射的电场向所述过滤器识别部件提供电功率。

13.根据权利要求1所述的空气质量系统，其中：

所述控制模块经由所述电场从所述过滤器识别部件持续地读取数据并且向所述过滤器识别部件持续地写入数据。

14.根据权利要求1所述的空气质量系统，所述空气质量系统还包括：

顾问模块，所述顾问模块被设置在所述预清洁器壳体的外部并且被构造成与所述控制模块通信，以从所述控制模块获得控制模块数据以及过滤器识别部件数据两者。

15.根据权利要求14所述的空气质量系统，其中：

所述顾问模块包括被构造成测量气体浓度和压力中的至少一者的多个传感器。

16.根据权利要求14所述的空气质量系统，所述空气质量系统还包括：

空气流控制阀，所述空气流控制阀被构造成控制进入到所述空气质量系统中和/或离开所述空气质量系统的空气流；

其中，所述顾问模块被构造成基于从所述控制模块传送到所述顾问模块的空气流测量结果来控制所述空气流控制阀。

17.根据权利要求16所述的空气质量系统，所述空气质量系统还包括：

灰尘监测器，所述灰尘监测器被设置在所述空气质量系统的混合充气室中；

其中，所述顾问模块被构造成与所述灰尘监测器通信，以接收灰尘测量结果并且基于所述灰尘测量结果来控制所述空气流控制阀。

18.根据权利要求17所述的空气质量系统，所述空气质量系统还包括：

被构造成感测环境压力的环境压力传感器；其中

所述顾问模块被构造成：

与所述环境压力传感器通信以获得环境压力数据；以及

基于从所述环境压力传感器传送到所述顾问模块的所述环境压力数据来控制所述空气流控制阀。

19.一种空气质量系统监测方法，所述方法包括：

在由操作者操作的舱室外部提供空气预清洁器，所述空气预清洁器具有预清洁器壳体以及设置在所述预清洁器壳体内部的过滤器；

提供被定位在所述预清洁器壳体内处于第一位置的过滤器识别部件，所述过滤器识别部件被安装在所述过滤器上；

提供被定位在所述预清洁器壳体内处于第二位置的控制模块，所述控制模块具有第一天线，所述第一天线在所述空气预清洁器壳体内周向地延伸；

通过所述控制模块的第一天线提供在所述预清洁器壳体内发射的电场，通过在所述第一天线与被提供至所述过滤器识别部件的第二天线之间交换数据，所述控制模块经由所述发射的电场与所述过滤器识别部件通信；

从所述控制模块获得控制模块数据和过滤器识别部件数据两者；以及

基于所述控制模块数据和所述过滤器识别部件数据来调节所述空气质量系统。

Images