CN110346253A - 一种粒子浓度检测系统的自校准方法 - Google Patents
一种粒子浓度检测系统的自校准方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110346253A CN110346253A CN201810305282.4A CN201810305282A CN110346253A CN 110346253 A CN110346253 A CN 110346253A CN 201810305282 A CN201810305282 A CN 201810305282A CN 110346253 A CN110346253 A CN 110346253A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- value
- signal processing
- processing unit
- particle concentration
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 32
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 3
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 3
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 210000000621 bronchi Anatomy 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种粒子浓度检测系统的自校准方法，所述系统包括信号处理单元和光传感器，其中，光传感器感测进入其粒子检测区域的环境空气并输出检测到的电信号，信号处理单元对从光传感器接收到的电信号进行滤波放大、采样及数字化处理后形成与被感测粒子散射光强度直接相关的能力倾向值，然后记录、分析和计算该能力倾向值数据并参考存储的标定值来确定检测到的粒子浓度。所述自校准方法包括：信号处理单元以预定的样本量统计分析检测到的环境空气测量值，信号处理单元以所统计样本中最低的环境空气测量值与预定参考值的差异来判定所述系统的测量数据是否存在漂移以及测量数据的漂移程度，信号处理单元依据所述漂移程度来进行数据校准。
Description
技术领域
本发明涉及空气传播粒子的检测，尤其涉及一种光学原理粒子浓度检测，属于空气质量监测技术领域。
背景技术
近年来，空气传播粒子(airborne particle)作为空气中重要的污染物之一备受关注。空气传播粒子对人类危害极大，尤其是小粒径粒子，能长时间飘浮于大气中，难以沉降到地面，易进入人体呼吸道，并且粒径越小，在人体呼吸道中的沉降位置越深，危害越大。《环境空气质量标准》将环境空气中空气动力学当量直径≤10μm的空气传播粒子称为可吸入颗粒物PM10，将环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm的粒子称为细颗粒物PM2.5。PM10易沉积在上呼吸道，引发各种疾病；PM2.5能够沉积在支气管和肺部，并且更易吸附有毒害的物质进入体内，危害人体健康。因此，对环境空气中空气传播粒子浓度的准确测量显得格外重要。基于光学原理的粒子检测方法目前在国内外被大量采用，由于光学粒子检测系统(例如，光学粒子传感器)具有小型化、实时感测和成本低等特点，被广泛应用于空气净化器、新风系统、空调、空气质量检测装置等设备。
光学粒子检测系统的光源单元、光接收单元、光路设计、信号处理以及粒子感测算法(particle sensing algorithm)等方面的设计各有不同，例如，光发射单元主要有红外光和激光，粒子浓度感测原理包括光散射光度计法(light scattering photometersmethod)和光散射粒子计数法(light scattering particle counter method)，具有或者不具有引入受控气流的风扇。不同设计的光学粒子检测系统的系统特性各有不同，包括检测系统的粒径感度(particle size sensitivity)、分辨率、量程、测量精度、响应时间、测量重复性及长期稳定性(measurement repeatability and long-term stability)、测量的漂移特性(measurement drift characteristics)、使用寿命以及产品成本等方面的产品特性各有优缺点。
另一方面，光学粒子检测系统长期使用后光源单元的光强衰减、系统内部积灰和光路结构件发生形变等因素所造成的光路特性变化，系统其他部件的特性改变(例如，风扇的变化导致受控气流发生变化)，以及系统运行环境的温湿度变化等因素，均将引起检测系统的输出特性发生变化，由此导致光学粒子检测系统的测量输出产生较大的误差，或者说测量数据漂移。
发明内容
在基本特征中，本发明利用光学粒子浓度检测系统应用设备的功能特性和空气传播粒子自然沉降的机理，提供了一种基于足够多的样本量来统计分析所检测到的环境空气测量值并依此来对光学粒子浓度检测系统进行自校准的方法，有效改善了该系统的测量数据漂移问题，提高了该系统的测量精度。由此，本方法允许将具有自校准功能的粒子浓度检测合并到光学粒子传感器、空气净化器、新风系统、空调、便携式空气质量检测装置等设备中。
在本发明的一个方面，所述的粒子浓度检测系统包括：信号处理单元，以及与该信号处理单元通信耦合的光传感器。其中，所述光传感器感测进入其粒子检测区域的环境空气并输出检测到的电信号；所述信号处理单元对从光传感器接收到的电信号进行滤波放大、采样及数字化处理后，形成与被感测粒子散射光强度直接相关的能力倾向(aptitude；例如，电压幅度、ADC采样或者阈值电压截取的脉冲信号)值，然后记录、分析和计算该能力倾向值数据并参考存储的标定值来确定检测到的粒子浓度。所述标定值为信号处理单元中存储的预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系。
在一些实施例中，该系统还包括：与所述信号处理单元通信耦合的输出接口，其中，所述信号处理单元向所述输出接口发送检测到的粒子浓度信息。
在本发明的另一个方面，所述粒子浓度检测系统的自校准方法包括：所述信号处理单元以预定的样本量统计分析检测到的环境空气测量值，所述信号处理单元以所统计样本中最低的环境空气测量值与预定参考值的差异来判定所述系统的测量数据是否存在漂移以及测量数据的漂移程度，所述信号处理单元依据所述漂移程度来进行数据校准。
在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统依据外部设备的工作状态所确定的预定工作时间段内检测到的环境空气测量值。
在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统累计预定工作时间内检测到的环境空气测量值。在这些实施例中的一些实施例中，所述预定工作时间为一个≥12小时的确定时间。
在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的能力倾向值数据。在这些实施例中的一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。
在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的粒子浓度值。在这些实施例中的一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，所述信号处理单元以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。
通过参考结合以下简要描述的附图的详细描述，将更好地理解本发明的上述方面和其他方面。当然，本发明由所附权利要求所限定。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状、比例尺寸和相互间的结构组成等仅为示例性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状、比例尺寸和相互间的结构组成。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状、比例尺寸和相互间的结构组成来实施本发明。
图1示出了本发明的具有自校准功能的粒子浓度检测系统的一种示例性结构示意图。
具体实施方式
图1示出了在本发明的一些实施例中的具有自校准功能的粒子浓度检测系统。例如，可以将该系统集成为应用于空气净化器、新风系统、空调、便携式空气质量检测装置中的光学粒子传感器。该系统包括：光传感器110，其内部光检测器117感测内部光源111发射的、经第一透镜112准直的检测光113投射至粒子感测区域114后被粒子散射所产生的散射光115且被第二透镜116所汇聚的光线并变换输出对应的电信号；通信地耦合在光传感器110和输出接口130之间的信号处理单元120。其中，光传感器110感测进入其粒子检测区域114的环境空气并输出检测到的电信号；信号处理单元120对从光传感器110接收到的电信号进行滤波放大、采样及数字化处理后，形成与被感测粒子散射光强度直接相关的能力倾向值，然后记录、分析和计算该能力倾向值数据并参考存储的标定值来确定检测到的粒子浓度。所述标定值为信号处理单元120中存储的预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系。
接下来，所述系统的自校准方法包括：信号处理单元120以预定的样本量统计分析检测到的环境空气测量值，信号处理单元120以所统计样本中最低的环境空气测量值与预定参考值的差异来判定所述系统的测量数据是否存在漂移以及测量数据的漂移程度，信号处理单元120依据所述漂移程度来进行数据校准。
在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统依据外部设备的工作状态所确定的预定工作时间段内检测到的环境空气测量值。
在一些实施例中，所述预定的样本量为所述系统累计预定工作时间内检测到的环境空气测量值。在这些实施例中的一些实施例中，所述预定工作时间为一个≥12小时的确定时间，例如，24小时、36小时、48小时或72小时等。
在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的能力倾向值数据。在这些实施例中的一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的能力倾向值数据与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。
在一些实施例中，所述环境空气测量值为检测到的粒子浓度值。在这些实施例中的一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。在这些实施例中的另一些实施例中，信号处理单元120以所统计样本中最低的粒子浓度值与预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。
可以将该系统构成部件分布于光学粒子传感器、空气质量检测装置及其所应用的空气净化器、新风系统或空调等设备中的一个或多个装置。
可以使用可在微处理器上执行的软件、定制电路或者其组合来执行由信号处理单元120执行的此处描述的功能。
本领域普通技术人员将意识到，在不背离本发明的精神和本质特征的情况下，可以通过其他特定的形式来实施本发明。因此，本描述在各个方面被视为示意性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求指示，并且旨在将其等效物的含义和范围中所伴有的所有改变包括在其中。
Claims (8)
1.一种粒子浓度检测系统的自校准方法，所述系统包括：信号处理单元，以及与所述信号处理单元通信耦合的光传感器，其中，所述光传感器感测进入其粒子检测区域的环境空气并输出检测到的电信号，所述信号处理单元对从所述光传感器接收到的所述电信号进行滤波放大、采样及数字化处理后形成与被感测粒子散射光强度直接相关的能力倾向值，然后记录、分析和计算该能力倾向值数据并参考存储的标定值来确定检测到的粒子浓度，所述标定值为所述信号处理单元中存储的预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系，
其特征在于，所述自校准方法包括：
所述信号处理单元以预定的样本量统计分析检测到的环境空气测量值，
所述信号处理单元以所统计样本中最低的环境空气测量值与预定参考值的差异来判定所述系统的测量数据是否存在漂移以及测量数据的漂移程度，
所述信号处理单元依据所述漂移程度来进行数据校准。
2.根据权利要求1所述的自校准方法，其特征在于，所述预定的样本量为所述系统依据外部设备的工作状态所确定的预定工作时间段内检测到的环境空气测量值。
3.根据权利要求1所述的自校准方法，其特征在于，所述预定的样本量为所述系统累计预定工作时间内检测到的环境空气测量值。
4.根据权利要求3所述的自校准方法，其特征在于，所述预定工作时间为一个≥12小时的确定时间。
5.根据权利要求1所述的自校准方法，其特征在于，所述环境空气测量值为检测到的能力倾向值数据，所述信号处理单元以所统计样本中最低的能力倾向值数据与所述预定参考值的差值的函数对所述标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。
6.根据权利要求1所述的自校准方法，其特征在于，所述环境空气测量值为检测到的能力倾向值数据，所述信号处理单元以所统计样本中最低的能力倾向值数据与所述预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。
7.根据权利要求1所述的自校准方法，其特征在于，所述环境空气测量值为检测到的粒子浓度值，所述信号处理单元以所统计样本中最低的粒子浓度值与所述预定参考值的差值的函数对所述标定值中预先确定的能力倾向值数据与粒子浓度值的对应关系进行数据校准。
8.根据权利要求1所述的自校准方法，其特征在于，所述环境空气测量值为检测到的粒子浓度值，所述信号处理单元以所统计样本中最低的粒子浓度值与所述预定参考值的差值的函数对检测到的粒子浓度进行数据校准。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810305282.4A CN110346253A (zh) | 2018-04-01 | 2018-04-01 | 一种粒子浓度检测系统的自校准方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810305282.4A CN110346253A (zh) | 2018-04-01 | 2018-04-01 | 一种粒子浓度检测系统的自校准方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110346253A true CN110346253A (zh) | 2019-10-18 |
Family
ID=68173062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810305282.4A Withdrawn CN110346253A (zh) | 2018-04-01 | 2018-04-01 | 一种粒子浓度检测系统的自校准方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110346253A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113685973A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 珠海拓芯科技有限公司 | 一种空气质量传感器的校准方法及空调 |
| CN115290518A (zh) * | 2022-10-10 | 2022-11-04 | 张家港谱析传感科技有限公司 | 一种带自校准的粒径谱仪 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103328968A (zh) * | 2010-11-01 | 2013-09-25 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 校准空气传感器的方法 |
| WO2017001605A1 (en) * | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Ge Healthcare Bio-Sciences Ab | A method and a system for determining a concentration range for a sample by means of a calibration curve |
| CN107110756A (zh) * | 2014-11-21 | 2017-08-29 | 海因里希·伊格尔塞德尔 | 用于同时测量细颗粒物浓度pm1、pm2.5和pm10的方法和系统 |
| CN107462504A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-12-12 | 北京绿林环创科技有限公司 | 在线自校空气颗粒物检测装置及其自校、状态自诊断方法 |
| CN107655803A (zh) * | 2017-10-28 | 2018-02-02 | 上海先积集成电路有限公司 | 一种双工作模式的粒子传感器及其检测方法 |
-
2018
- 2018-04-01 CN CN201810305282.4A patent/CN110346253A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103328968A (zh) * | 2010-11-01 | 2013-09-25 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 校准空气传感器的方法 |
| CN107110756A (zh) * | 2014-11-21 | 2017-08-29 | 海因里希·伊格尔塞德尔 | 用于同时测量细颗粒物浓度pm1、pm2.5和pm10的方法和系统 |
| WO2017001605A1 (en) * | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Ge Healthcare Bio-Sciences Ab | A method and a system for determining a concentration range for a sample by means of a calibration curve |
| CN107462504A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-12-12 | 北京绿林环创科技有限公司 | 在线自校空气颗粒物检测装置及其自校、状态自诊断方法 |
| CN107655803A (zh) * | 2017-10-28 | 2018-02-02 | 上海先积集成电路有限公司 | 一种双工作模式的粒子传感器及其检测方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113685973A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 珠海拓芯科技有限公司 | 一种空气质量传感器的校准方法及空调 |
| CN115290518A (zh) * | 2022-10-10 | 2022-11-04 | 张家港谱析传感科技有限公司 | 一种带自校准的粒径谱仪 |
| CN115290518B (zh) * | 2022-10-10 | 2022-12-30 | 张家港谱析传感科技有限公司 | 一种带自校准的粒径谱仪 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11105715B2 (en) | System and method of conducting particle monitoring using low cost particle sensors | |
| US9891154B2 (en) | System and method for converting optical diameters of aerosol particles to mobility and aerodynamic diameters | |
| US7973929B2 (en) | System and method for calibration verification of an optical particle counter | |
| CN108603825A (zh) | 用于对单独流体承载颗粒进行检测和/或形态分析的方法和设备 | |
| Cambra-López et al. | Comparison between light scattering and gravimetric samplers for PM10 mass concentration in poultry and pig houses | |
| JP2012509486A (ja) | 媒体中の固体粒子を分析する方法およびシステム | |
| CN107607449A (zh) | 一种检测颗粒物质量浓度的装置及方法 | |
| CN110346253A (zh) | 一种粒子浓度检测系统的自校准方法 | |
| JP3532274B2 (ja) | 粒子検出装置 | |
| US6970799B2 (en) | Method and apparatus for particle sizing | |
| CN102323193A (zh) | 一种激光散射法空气颗粒分布测量方法及装置 | |
| CN107655803A (zh) | 一种双工作模式的粒子传感器及其检测方法 | |
| CN108120659A (zh) | 一种具有自归零校准的粒子浓度检测系统和方法 | |
| WILLEKE et al. | Sampling and interpretation errors in aerosol monitoring | |
| CN109791101B (zh) | 一种同时测量不同粒径颗粒物质量浓度的方法及装置 | |
| CN207472723U (zh) | 一种具有自归零校准的粒子浓度检测系统 | |
| CN207457013U (zh) | 一种双工作模式的光学粒子传感器 | |
| Lattanzio | Particulate Matter Sensing for Air Quality Measurements | |
| CN109253953A (zh) | 一种可测量多种颗粒物质量浓度的方法和系统 | |
| AU2021358511A1 (en) | Air measurement device | |
| Keady | Getting data you need with particle measurements | |
| US20240264066A1 (en) | Polydispersed particle challenge sample volume calibration of optical particle counters | |
| KR20180072369A (ko) | 광학측정장치 | |
| CN117825220A (zh) | 一种致敏气溶胶监测仪及方法 | |
| Moss et al. | Chemical Monitoring of |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20191018 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |