CN109791100A - 具有质量分离流体通道和风扇控制的粉尘传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种颗粒物(PM)传感器。所述传感器包括：限定流体流入通道、从所述流入通道开口并具有第一出口的第一流体通道分支、从所述流入通道开口并具有第二出口的第二流体通道分支以及位于所述第一流体通道分支与所述第二流体通道分支之间的流体端口的质量分离流体通路主体；位于所述第一出口和所述第二出口的下游的风扇；位于所述第一流体通道分支中的光电探测器；以及耦接到所述光电探测器的计算设备，所述计算设备具有处理器和存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时基于所述光电探测器的输出来确定所述第一流体通道分支中粒子的质量浓度。

Description

具有质量分离流体通道和风扇控制的粉尘传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求美国专利申请序列号15/213,139(提交于2016年7月18日，名称为“DUST SENSOR WITH MASS SEPARATION FLUID CHANNELS AND FAN CONTROL”(具有质量分离流体通道和风扇控制的粉尘传感器))，该美国专利申请以引用方式并入本文。
关于联邦赞助
研究或开发的声明
不适用。
缩微平片附件的引用
不适用。
背景技术
颗粒物传感器或粉尘传感器可用于确定空气的质量，例如，用于确定输入到空气净化器中和/或从空气净化器中输出的空气的质量。在一些工业化区域中，环境空气中可含有高浓度的具有不同尺寸的颗粒物。如果此类颗粒物的浓度足够高，则可能对人体健康造成损害。消费者可能希望购买并安装用于住宅的空气净化器，以改善在家中所呼吸的空气的质量。可能期望此类消费级空气净化器价格适中和尺寸紧凑。
发明内容
在一个实施方案中，公开了颗粒物(PM)传感器。该传感器包括：限定流体流入通道、从流入通道开口并具有第一出口的第一流体通道分支、从流入通道开口并具有第二出口的第二流体通道分支以及位于第一流体通道分支与第二流体通道分支之间的流体端口的质量分离流体通路主体；定位在第一出口和第二出口的下游的风扇；定位在第一流体通道分支中的光电探测器；以及耦接到光电探测器的计算设备，其中计算设备具有处理器和存储指令的存储器，该指令在由处理器执行时基于光电探测器的输出来确定第一流体通道分支中颗粒的质量浓度。
在另一个实施方案中，公开了颗粒物(PM)传感器。该颗粒物传感器包括：限定流体流入通道、从流入通道开口并具有第一出口的第一流体通道分支以及从流入通道开口并具有第二出口的第二流体通道分支的质量分离流体通路主体；定位在第一出口的下游的风扇；定位在第二出口的下游的可调速风扇；定位在第一流体通道分支中的光电探测器；以及耦接到光电探测器的计算设备，其中计算设备具有处理器和存储指令的存储器，该指令在由处理器执行时，基于存储在存储器中的风扇速度参数来控制可调速风扇的速度，并且基于光电探测器的输出来确定第一流体通道分支中颗粒的质量浓度。
在又一个实施方案中，公开了颗粒物(PM)传感器。该颗粒物传感器包括：限定流体流入通道、从流入通道开口并具有第一出口的第一流体通道分支、从流入通道开口并具有第二出口的第二流体通道分支以及位于第一流体通道分支和第二流体通道分支之间的流体端口的质量分离流体通路主体；定位在第一出口和第二出口的下游的风扇；激光二极管；定位在第一流体通道分支中的光电探测器；以及耦接到光电探测器的计算设备，该计算设备具有处理器和存储指令的存储器，该指令在由处理器执行时，基于光电探测器的输出来确定第一流体通道分支中颗粒的质量浓度，其中光电探测器的输出基于检测由激光二极管发射且由存在于流动通过第一流体通道分支的流体中的粉尘颗粒散射的光。
根据以下具体实施方式并结合附图和权利要求，将更清楚地理解这些特征和其他特征。
附图说明
为了更完整地理解本公开，现在结合附图和具体实施方式参考以下简要描述，其中类似的参考标号表示类似的部件。
图1是根据本公开的实施方案的粉尘传感器的图示。
图2是根据本公开的实施方案的方法的流程图。
图3是根据本公开的实施方案的另一个粉尘传感器的图解。
图4是根据本公开的实施方案的又一个粉尘传感器的图解。
具体实施方式
本文描述了用于感测颗粒物的系统、方法和设备。例如，一个或多个实施方案包括具有处理器和存储指令的存储器的计算设备，该指令在由处理器执行时使得处理器：在特定时间段内从光电探测器接收多个第一电信号，该多个第一电信号与多个第一颗粒相关联，其中多个第一信号中的每一个均具有相应的幅度；将该多个第一信号分类成多个幅度水平；确定与每个幅度水平相关联的信号的相应量；确定多个第一信号的平均总和；使用该平均总和来执行校准；在校准之后的时间段内从光电探测器接收多个第二电信号，该多个第二电信号与多个第二颗粒相关联；并且基于多个第二电信号确定多个第二颗粒的质量浓度。
颗粒物(有时在本文中称为“粉尘”)是可为空气中固体和/或液滴的混合物的颗粒污染。一些颗粒可直接来源于特定来源，而另一些颗粒则经由大气中的复杂化学反应形成。颗粒物可具有各种范围的尺寸，包括粗粉尘颗粒和/或细颗粒。例如，直径小于或等于10微米的颗粒是可进入肺部的小颗粒，其可能导致严重的健康问题。直径小于2.5微米的颗粒(PM2.5)可被分类为“细”颗粒并且可构成最大的健康威胁。
根据本公开的粉尘传感器可改善检测细颗粒物(例如，PM2.5)的准确性和/或性能，同时提供有意义的空气质量和/或空气污染水平的数字显示。本公开的实施方案可以提供高于基于LED的传感器的准确度、稳定性和/或一致性。另外，本文的实施方案可比先前基于激光的传感器的成本更低。
本公开的实施方案可使用颗粒物2.5(PM2.5)读数来提供质量浓度读数。也就是说，空气质量和/或空气污染可被计算为细颗粒的质量浓度。例如，可通过数字显示来提供质量浓度、空气质量和/或污染。
本公开的实施方案可包括激光二极管、光电探测器、空气流体通路和用于气流控制的风扇。可使用激光器而非LED，因为激光可呈现出增大的会聚性和/或光强度。因此，粉尘颗粒散射的光在给定观测时间段内可以是多个脉冲的形式，而LED设计仅可在观测时间段内接收光信号的包络，光信号的包络对空气中颗粒的量的指示性不那么强。本文的实施方案可包括设备诸如控制器和/或计算设备，其接收脉冲并且将脉冲中包含的信息转换为质量浓度，以供数字显示。
本公开教导了，采用质量分离流体通路来将细颗粒至少部分地分离到第一流体通道中并且将大颗粒至少部分地分离到第二流体通道中，并且执行对第一流体通道中颗粒物(即，分离的细颗粒)浓度的确定。这可通过将第一流体通道布置成垂直地定位在第二流体通道上方来实现，由此较大颗粒可从流体流中沉淀出来并且随第二较低流体通道流动，同时较细颗粒保持悬浮并随第一较上流体通道流动。第二流体通道可以设置为向下远离第一流体通道偏离的分支，并且第一流体通道可以设置为无分枝流入通道的路径的延续。提供第二流体通道与第一流体通道之间的连通的流体端口可以设置在分叉部或分支的下游，并且可以促使偶然进入第二流体通道的细颗粒中的一些上升以重新进入第一流体通道，从而提供对流入空气中颗粒物浓度的更准确确定。
在另选的配置中，质量分离流体通路可以包括从单个流入通道分叉的第一流体通道和第二流体通道。第一流体通道由第一风扇排气，第二流体通道由第二风扇排气，其中第二风扇是可调速风扇，其速度由计算设备基于读取存储在存储器中的风扇速度参数来调整。第二风扇的速度可以适应于相对于分离到第一流体通道中的颗粒的尺寸与分离到第二流体通道中的颗粒的尺寸的比的质量分离阈值。该另选方案可以提供若干优点，包括允许在具有不同指定颗粒尺寸测量能力的不同系统中使用相同的制造组件。该另选方案在粉尘传感器取向上灵活多变。例如，该另选方案可以不取决于第一通道和第二通道的垂直对齐，因为质量分离至少部分地取决于第二风扇的速度，与重力的取向无关。
在以下具体实施方式中，参考形成其一部分的附图。附图以举例说明的方式示出了可以实践本公开的一个或多个实施方案的方式。
这些实施方案被描述得足够详细，以使得本领域普通技术人员能够实践本公开的一个或多个实施方案。应当理解，可利用其他实施方案，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下进行过程、电气和/或结构方面的改变。
应当理解，可添加、交换、组合和/或消除本文各实施方案中所示的元件，以便提供本公开的多个另外实施方案。附图中提供的元件的比例和相对尺寸旨在示出本公开的实施方案，并且不应该是限制性的。
如本文所用，“一个”或“许多”某物可以指一个或多个这样的事物。例如，“许多峰值”可以指代一个或多个峰值。
图1示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于感测颗粒物的系统100。系统100可以是颗粒物传感器(在本文中另选地称为“粉尘传感器”)(或者可以是其一部分)。
系统100可以包括空气流体通路102，其在本文中称为“管道102”。例如，管道102可具有入口和出口。系统100可包括风扇104。风扇104可以将空气(以及空气携带的颗粒物)吸入到管道102中。风扇104可用于引导空气通过系统100中感测颗粒物的区域。
系统100可以包括激光二极管106，在本文中称为“激光器106”。激光器106可生成光束。在一些实施方案中，可准直和/或聚焦光束。需注意，本公开的实施方案不将激光器106限制为特定类型的激光器。另外，尽管示出了一个激光器106，但本公开的实施方案可使用一个以上的激光器。
系统100可包括光电探测器108。光电探测器108是接收一个或多个光信号并且将该光信号转换为电信号的设备。本公开的实施方案不将光电探测器108限制为特定类型的光电探测器。在一些实施方案中，系统100可被包含在外壳中。例如，外壳的尺寸可以是约2厘米×2厘米×1厘米，但本公开的实施方案不受此限制。
例如，空气中的颗粒物(本文中称为“粉尘”)可进入管道102，并且由风扇104吸入。之后，粉尘可以行进到激光器106的光束的路径中。激光束可以散射并且/或者可以反射离开粉尘。散射光信号可以由光电探测器108接收。光电探测器108可将散射光信号转换为电信号。
在一些实施方案中，激光器106、风扇104和/或光电探测器108可由计算设备(例如，微处理器)110来控制。计算设备110可执行指令(例如，被实现为软件和/或固件)，以控制激光器106、风扇104和/或光电探测器108。另外，如本文所讨论，计算设备110可以转换从光电探测器108接收到的电信号，以确定粉尘的质量浓度。计算设备110可以允许显示所确定的质量浓度。也就是说，在一些实施方案中，系统100可以包括被配置为显示所确定的粉尘质量浓度的显示器。
计算设备110可以包括存储器112。存储器112可以是任何类型的存储介质，其可以由处理器114访问以执行本公开的各种示例。例如，存储器112可以是其上存储有计算机可读指令(例如，计算机程序指令)的非暂态计算机可读介质，该计算机可读指令可由处理器114执行以接收多个电信号。
存储器112可以是易失性或非易失性存储器。存储器112还可以是可移除(例如，便携式)存储器或不可移除(例如，内部)存储器。例如，存储器112可以是随机存取存储器(RAM)(例如，动态随机存取存储器(DRAM)和/或相变随机存取存储器(PCRAM))、只读存储器(ROM)(例如，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和/或只读光盘存储器(CD-ROM))、闪存存储器、激光盘、数字多功能光盘(DVD)或其他光存储器和/或磁性介质(诸如，磁带盒、磁带或磁盘)，等其他类型的存储器。
另外，尽管存储器112被示出为定位在计算设备110内，但本公开的实施方案不限于此。例如，存储器112还可定位在另一个计算资源的内部(例如，使得能够通过互联网或另一种有线或无线连接来下载计算机可读指令)。
此外，尽管将计算设备110示出为位于容纳管道102、风扇104、激光器106和光电探测器108的外壳的外部，但在一些实施方案中，计算设备110可以位于(或者部分地位于)外壳的内部。
如先前所讨论，计算设备110可以从光电探测器108接收电信号。在一些实施方案中，计算设备110可在特定时间段内从光电探测器108接收多个第一电信号，该多个第一电信号与多个第一粒子相关联，其中多个第一信号中的每一个均具有相应的幅度。例如，模数转换器(ADC)可以作为光电探测器位于相同的印刷电路板(PCB)上，并且可以对电信号进行采样。
每个信号可以具有由正电压波峰和负电压波峰构成的独特形状。例如，由于ADC是单端的，其可仅对高于零的电压进行采样。因此，正(向上)波峰和负(向下)波峰之间可能存在DC偏移基线。例如，当激光器106的功率电平被调小为低于特定阈值且信号未分散时，计算设备110可以通过平均多个样本(所接收到的信号)来确定DC偏移。然后，当信号电压超过DC偏移预定义的“噪声”阈值时，可跟踪信号的峰值。在一些实施方案中，可以将噪声阈值确定为在特定时间段内不会被任何噪声信号超过的电压电平。如果接收到正波峰和负波峰并且超过了信号持续时间阈值，则可以将信号视为表示粒子的有效信号。在一些实施方案中，信号持续时间(脉宽)阈值可以设置为50微秒。例如，可以确定并存储与信号相关联的电压幅度信息。
计算设备110可以因此确定所接收的多个第一信号中的每一个的峰值幅度。计算设备110可以将多个第一信号分类为多个幅度水平(有时称为“堆”)。峰值幅度可被分类为多个堆，其中每个堆限定不同范围的幅度。例如，相比于具有相对较大幅度的信号，具有相对较小幅度的信号可以表示更小的粒子。
在一些实施方案中，由于较小脉冲变化较大并且/或者于较大脉冲相比较小脉冲对质量影响更大，可将更密集的分类用于较小脉冲。因此，与较小脉冲(例如，低于阈值幅度水平)相关联的第一子组堆可以通过第一(例如，50mV)间隔来分开，而与较大脉冲(例如，高于阈值幅度水平)相关联的第二子组堆可以通过第二(例如，100mV)间隔来分开。在一个示例中，根据本公开的多个堆可具有30mV、50mV、100mV…700mV、800mV和1V的上限。在一些实施方案中，最大幅度阈值水平(例如，1V)可以被设置为使得可丢弃超过幅度阈值的信号。例如，极大粒子可以导致粉尘感测出现大的非期望变化。
计算设备110可以确定与每个堆相关联的信号的相应量。也就是说，可以确定落在每个堆内的信号的计数。可以为每个堆分配一个值。例如，可以为具有30mV上限的第一堆分配值1，并且可以为具有50mV上限的第二堆分配值2。可以用落入堆中的信号的数目乘以堆值，以允许确定信号计数数目。在该示例中，落入第一堆中的2个脉冲和落入第二堆中的2个脉冲将产生信号计数6。
计算设备110可以确定多个第一信号的平均总和。在一些实施方案中，可以确定乘以信号计数数目的所有幅度堆的总和。可在特定时间段内的特定时间间隔处确定该总和的移动平均值。在一些实施方案中，可在十秒的时间段内的每秒处确定移动平均值。多个第一信号的该平均总和在本文中有时称为“sigma_nv”。在式中，可以使用两个系数：涉及平均粉尘密度的密度因子(k)，以及描述粒子形状的形状系数(α)。在一些实施方案中，可将形状系数设置为1，以便于计算。为了确定“虚构”浓度C，计算设备110可用密度因子乘sigma_nv：
其中N为信号计数，并且vi为脉冲幅度。
在一些实施方案中，计算设备110可使用在特定时间段内的另一个移动平均值来稳定虚构质量浓度。也就是说，可每秒处(例如，在30秒的时间段内)确定sigma_nv，以确定移动平均值。可以将已知的标准参考(诸如，由已知提供准确感测的另一个粉尘传感器(例如，参考传感器)在同等环境中确定的浓度)与虚构浓度进行比较。计算设备110可以在虚构浓度与已知(参考)浓度之间执行曲线拟合校准，从而以线性和/或多项式方式确定系数。那些系数可以用于相对于质量浓度校准sigma_nv，并且例如可以存储在存储器112和/或PCB的存储器(例如，EEPROM)中。
一旦校准，则系统100可用于感测粉尘。也就是说，系统100可以在校准之后的时间段内从光电探测器108接收多个第二电信号，该多个第二电信号与多个第二颗粒相关联；并且可以基于多个第二电信号确定多个第二颗粒的质量浓度。
图2示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于感测颗粒物的方法216。例如，方法216可以由计算设备(例如，先前结合图1所述的计算设备110)执行。另外，可针对从如参考下图3所述的粉尘传感器120中或如参考下图4所述的粉尘传感器150中的光电探测器接收到的电信号执行方法216。
在框218处，方法216包括在特定时间段内从光电探测器接收多个第一电信号，该多个第一电信号与多个第一颗粒相关联，其中多个第一信号中的每一个均具有相应的幅度。每个信号可以具有由正电压波峰和负电压波峰构成的独特形状。在一些实施方案中，正(向上)波峰和负(向下)波峰之间可能存在DC偏移基线。方法216可以包括例如在激光器的功率电平被调小为低于特定阈值且信号未分散时通过平均多个样本(所接收到的信号)来确定DC偏移。然后，当信号电压超过DC偏移预定义的“噪声”阈值时，可跟踪信号的峰值。
在框220处，方法216包括将多个第一信号分类成多个幅度水平(例如，堆)。峰值幅度可被分类为多个堆，其中每个堆限定不同范围的幅度。例如，相比于具有相对较大幅度的信号，具有相对较小幅度的信号可以表示更小的颗粒。
在一些实施方案中，由于较小脉冲变化较大并且/或者于较大脉冲相比较小脉冲对质量影响更大，可将更密集的分类用于较小脉冲。因此，例如，与较小脉冲相关联的堆可以50mV的间隔分开，而与较大脉冲相关联的堆可以100mV的间隔分开。在一些实施方案中，最大幅度阈值水平(例如，1V)可以被设置为使得可丢弃超过幅度阈值的信号。
在框222处，方法216包括确定与每个幅度水平相关联的信号的相应量。可以为每个堆分配一个值。例如，可以为具有30mV上限的第一堆分配值1，并且可以为具有50mV上限的第二堆分配值2。可以用落入堆中的信号的数目乘以堆值，以允许确定信号计数数目。在该示例中，落入第一堆中的2个脉冲和落入第二堆中的2个脉冲将产生信号计数6。
在框224处，方法216包括确定多个第一信号的平均总和。在一些实施方案中，可以确定乘以信号计数数目的所有幅度堆的总和。可在特定时间段内的特定时间间隔处确定该总和的移动平均值。在一些实施方案中，可在十秒的时间段内的每秒处确定移动平均值。如先前所讨论，多个第一信号的该平均总和可以称为“sigma_nv”。
在框226处，方法216包括使用该平均总和来执行校准。可以在虚构浓度与已知(参考)浓度之间执行曲线拟合校准，从而以线性和/或多项式方式确定系数。那些系数可以用于相对于质量浓度校准sigma_nv，并且例如可以存储在存储器(例如，PCB的EEPROM)中。
在框228处，方法216包括在校准之后的时间段内从光电探测器接收多个第二电信号，该多个第二电信号与多个第二颗粒相关联。一旦校准，则系统可以用于感测粉尘。也就是说，系统可以在校准之后的时间段内从光电探测器接收多个第二电信号，该多个第二电信号与多个第二颗粒相关联。在框230处，方法216包括基于多个第二电信号来确定多个第二颗粒的质量浓度。例如，可以与使用所确定的系数确定多个第一颗粒的方式类似的方式进行此类确定。
现在转到图3，该图描述了粉尘传感器120。传感器120的一部分与上文所述的系统100和方法216一致。然而，相比于使用流体通道分支来促进颗粒物的质量分离，粉尘传感器120的特征在于，具有一些独特的细节和改进部。例如，在一个实施方案中，可能期望测量含有直径为2.5微米或更小的粉尘颗粒且不含更大颗粒的流体中的颗粒物浓度。例如，可以感测家用空气净化器的入口和/或出口处的净化空气，以检测直径为2.5微米或更小的粉尘颗粒的颗粒物浓度。为了有利于该目的，流体空气流可以具有从通过光电探测器的流体空气流中分离或移除的较大直径颗粒。应当理解，质量分离可以减少而不是完全消除存在于通过光电探测器的流体流中的较大直径颗粒。在一个实施方案中，可以在制造时或者在维护期间校准风扇140的速度，以适应质量分离的颗粒尺寸。
粉尘传感器120包括质量分离流体通路122。通路122包括分支为第一流体通道分支126和第二流体通道分支128的流体流入通道124。在使用中，流体从左侧进入质量分离流体通路122，流入到流体流入通道124中，并且分流以部分地流过第一流体通道分支126并且部分地流过第二流体通道分支128。第一流体通道分支126中的流体流通过第一出口132流出，第二流体通道分支128中的流体流通过第二出口134流出。在一个实施方案中，第一流体通道分支126可以在与流体流入通道124的方向相同的方向上继续。换句话讲，第一流体通道分支126可以与流体流入通道124基本上同轴。在一个实施方案中，第一流体通道分支126的横截面面积可以约等于流体流入通道124的横截面面积。在一个实施方案中，第二流体通道分支128偏离流体流入通道124并且与之形成一个角度(至少在初始分支点)。质量分离流体通路122还包括促进第一流体通道分支126与第二流体通道分支128之间的流体连通的流体端口130。
质量分离流体通道122可以被称为将流入通道124、第一流体通道分支126、第二流体通道分支128以及流体端口130限定为内部腔体或通道的质量分离流体通路主体。质量分离流体通路主体可以由任何合适的材料诸如塑料、金属、陶瓷或其他材料形成。质量分离流体通路主体的尺寸可以小于3cm×3cm×1.5cm。流入通道124、第一流体通道分支126、第二流体通道分支128和流体端口130可以通过钻孔、车床加工、注射模制和/或另一种工艺来形成。
在一个实施方案中，在使用中，根据需要取向粉尘传感器120，使得第一流体通道分支126的轴位于第二流体通道分支128的上方。在该取向中，可有利于流入流体流中的较大颗粒从流体流中沉淀出来，并且这些较大颗粒因此可集中在流入到第二流体通道分支128中的流体流的分支中。在使用中，可操作风扇140以将流体(例如，空气)从流体通路122中排出，这可促进流体流入到在图3中左侧处的流体流入通道124中。流体流中的一些细颗粒物可带入到第二流体通道分支128中。流体端口130提供了使得第二流体通道分支128中的至少一些细颗粒物上升到第一流体通道分支126中，这可以改善对流体中细颗粒浓度的确定的准确性。
光源136(例如，激光二极管)将光辐射到流入第一流体通道分支126中的流体中。光散射离开流入第一流体通道分支126的流体中携带并悬浮的颗粒，并且由光电探测器138检测。当存在更多颗粒时，光电探测器138检测到更多散射的光。包括存储器144和处理器146的计算设备142接收并处理光电探测器138的输出。
现在转到图4，该图描述了第二粉尘传感器150。第二粉尘传感器150的一部分与上文所述的系统100和方法216一致。然而，相比于使用流体通道分支来促进流动通过光电探测器的流体中颗粒物的质量分离，第二粉尘传感器150的特征在于，具有一些独特的细节和改进部。第二传感器包括质量分离流体通路152、流体流入通道154、具有第一出口162的第一流体通道分支156、具有第二出口164的第二流体通道分支158、风扇170和可调速风扇172。第二传感器150还包括光源166、光电探测器168和计算设备173。计算设备173包括存储器174和处理器176。第二质量分离流体通道152可以被称为将流入通道154、第一流体通道分支156和第二流体通道分支158限定为内部腔体或通道的质量分离流体通路主体。质量分离流体通路主体可以由任何合适的材料诸如塑料、金属、陶瓷或其他材料形成。质量分离流体通路主体的尺寸可以小于3cm×3cm×1.5cm。流入通道154、第一流体通道分支156和第二流体通道分支158可以通过钻孔、车床加工、注射模制和/或另一种工艺来形成。
类似于上文参考图3所述的传感器120，流体从左侧进入质量分离流体通路并且进入流体流入通道154。流体流入通道154分支为第一流体通道分支156和第二流体通道分支158。流体流入通道154中的一些流体流入到第一流体通道分支156中，并且剩余部分流入到第二流体通道分支158中。风扇170排出流出第一出口162的流体，可调速风扇172排出流出第二出口164的流体。风扇170和可调速风扇172的组合效果是将流体从左侧吸入到流体流入通道154中。
通过调整可调速风扇172的速度，可以选择第一流体通道分支156和第二流体通道分支158中每一者中的颗粒的质量分布。在一个实施方案中，风扇速度参数存储在存储器174中。计算设备173读取风扇速度参数值，并且相应地设置可调速风扇172的速度控制输入。在一个实施方案中，可调速风扇172利用来自计算设备173的脉宽调制(PWM)输入来控制，并且将速度输出作为反馈提供给计算设备173。可以在传感器150的制造过程中写入风扇速度参数，以使得传感器适应特定应用和/或规格。在一个实施方案中，可以由计算设备173(例如，由处理器176)写入风扇速度参数。在一些情况下，风扇速度参数可以被认为可重复编程或可重新配置。
具有可调速风扇172的粉尘传感器150可以用于不同的流体处理系统，其中除更改存储在风扇速度参数中的值之外，不需要做出其他任何更改。换句话讲，通用粉尘传感器150可以应用到具有不同规格的不同流体处理系统中。这可以减少流体处理系统的制造商库存部件的数量。在一个实施方案中，粉尘传感器150还可以在不考虑与重力方向对齐的情况下安装到流体处理系统中。
在一个实施方案中，多个粉尘传感器150可以耦接在一起，以用于测量流体中不同尺寸颗粒物的浓度。例如，第一传感器150可以被配置为(即，相应地编程以适应可调速风扇172的风扇速度参数)将大于10微米的颗粒物分离到第二流体通道分支158中并且测量第一流体通道分支156中直径为10微米及以下的颗粒物的浓度。第一传感器150的第一流体通道分支156的流出物可以流入第二传感器150的流体流入通道154。例如，第二传感器150可以被配置为(即，相应地编程以适应可调速风扇172的风扇速度参数)将大于5微米的颗粒物分离到第二流体通道分支158中并且测量第一流体通道分支156中直径为5微米及以下的颗粒物的浓度。第二传感器150的第一流体通道分支156的流出物可以流入第三传感器150的流体流入通道154。例如，第三传感器150可以被配置为(即，相应地编程以适应可调速风扇172的风扇速度参数)将大于2.5微米的颗粒物分离到第二流体通道分支158中并且测量第一流体通道分支156中直径为2.5微米及以下的颗粒物的浓度。可以组合使用由第一传感器、第二传感器和第三传感器150确定的颗粒物浓度值，以确定不同粒度范围的质量浓度。
尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但所属领域的技术人员将了解，经计算以实现相同技术的任何布置可替代所展示的特定实施方案。本公开旨在覆盖本公开的各种实施方案的任何和所有修改或变化。
应当理解，以上描述是以说明性方式进行的，而非旨在限制。在阅读以上描述后，上述实施方案的组合以及本文未具体描述的其他实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
本公开的各种实施方案的范围包括使用上述结构和方法的任何其他应用。因此，应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等价物的全部范围来确定本公开的各种实施方案的范围。
在上述具体实施方式中，出于简化本公开的目的，在附图中示出的示例实施方案中将各种特征组合在一起。该公开方法不应被解释为反映本公开的实施方案需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。
相反，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施方案的所有特征。因此，以下权利要求在此并入到具体实施方式中，每个权利要求自身作为单独的实施方案。

Claims (15)

1.一种颗粒物(PM)传感器(120)，包括：
限定流体流入通道(124)、从所述流入通道(124)开口并具有第一出口(132)的第一流体通道分支(126)、从所述流入通道(124)开口并具有第二出口(134)的第二流体通道分支(128)以及位于所述第一流体通道分支(126)与所述第二流体通道分支(128)之间的流体端口(130)的质量分离流体通路主体(122)；
定位在所述第一出口(132)和所述第二出口(134)的下游的风扇(140)；
定位在所述第一流体通道分支(126)中的光电探测器(138)；以及
耦接到所述光电探测器(138)的计算设备(142)，所述计算设备具有处理器(146)和存储指令的存储器(144)，所述指令在由所述处理器(146)执行时基于所述光电探测器(138)的输出来确定所述第一流体通道分支(126)中颗粒的质量浓度。
2.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，还包括光源。
3.根据权利要求2所述的颗粒物传感器，其中所述光源为激光二极管(136)。
4.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中所述第一流体通道分支(126)延续所述流体流入通道(124)的所述路径。
5.根据权利要求4所述的颗粒物传感器，其中所述第二流体通道分支(128)偏离所述流体流入通道(124)。
6.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中所述光电探测器(138)定位在所述第一流体通道分支(126)中所述流体端口的下游。
7.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中所述光电探测器(138)被配置为检测所述第一流体通道分支(126)中流体流中的颗粒物所散射的光。
8.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中所述质量分离流体通路主体(122)的尺寸小于约3cm×3cm×1.5cm。
9.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中所述传感器(120)为粉尘传感器。
10.一种颗粒物(PM)传感器(150)，包括：
限定流体流入通道(154)、从所述流入通道开口并具有第一出口(162)的第一流体通道分支(156)以及从所述流入通道(154)开口并具有第二出口(164)的第二流体通道分支(158)的质量分离流体通路主体(152)；
定位在所述第一出口(162)的下游的风扇(170)；
定位在所述第二出口(164)的下游的可调速风扇(172)；
定位在所述第一流体通道分支(156)中的光电探测器(168)；以及
耦接到所述光电探测器(168)的计算设备(172)，所述计算设备具有处理器(176)和存储指令的存储器(174)，所述指令在由所述处理器(176)执行时，基于存储在所述存储器(174)中的风扇速度参数来控制所述可调速风扇(172)的所述速度，并且基于所述光电探测器(168)的输出来确定所述第一流体通道分支(156)中颗粒的质量浓度。
11.根据权利要求10所述的颗粒物传感器，其中用脉宽调制(PWM)输入信号来控制所述可调速风扇(172)。
12.根据权利要求10所述的颗粒物传感器，其中所述可调速风扇(172)向所述计算设备(172)输出风扇速度的指示。
13.根据权利要求10所述的颗粒物传感器，其中存储在所述存储器(172)中的所述风扇速度参数是可重复编程的。
14.一种颗粒物(PM)传感器(120)，包括：
限定流体流入通道(124)、从所述流入通道(124)开口并具有第一出口(132)的第一流体通道分支(126)、从所述流入通道(124)开口并具有第二出口(134)的第二流体通道分支(128)以及位于所述第一流体通道分支(126)与所述第二流体通道分支(128)之间的流体端口(130)的质量分离流体通路主体(122)；
定位在所述第一出口(132)和所述第二出口(134)的下游的风扇(140)；
激光二极管(136)；
定位在所述第一流体通道分支(126)中的光电探测器(138)；以及
耦接到所述光电探测器(138)的计算设备(142)，所述计算设备具有处理器(146)和存储指令的存储器(144)，所述指令在由所述处理器(146)执行时，基于所述光电探测器(138)的输出来确定所述第一流体通道分支(126)中颗粒的质量浓度，其中所述光电探测器(138)的所述输出基于检测由所述激光二极管(136)发射且由存在于流动通过所述第一流体通道分支(126)的流体中的粉尘颗粒散射的光。
15.根据权利要求14所述的颗粒物传感器，其中将所述风扇(140)的操作速度校准为分离大于约2.5微米的颗粒物以随所述第二流体通道分支(128)流动并且分离约2.5微米及更小的颗粒物以随所述第一流体通道支路(126)流动。
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