CN110662960A - 具有voc感测安全特征的储物箱容积传感器 - Google Patents
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Abstract
提供了舱顶储物箱传感器的操作，该传感器用于监测在包括VOC传感器的箱内消耗的容积，该VOC传感器监测在箱内可能变得过热的物料，诸如电子产品中的锂离子电池。当前，火灾或烟雾检测器不集成到储物箱中，这使得该区域易受经常由乘客存储的电子部件形成的火灾和释气伤害。这种事件的提早检测可以通过快速报告事件并给出事件的位置来防止火灾在飞机上的传播。所述系统利用了适用于包括无线传感器网络和存储容积传感器的其他专利。传感器通过监测箱空间内的空气质量来监测物料的释气或闷烧的物料。
Description
背景技术
商用飞机的客舱中普遍存在储物箱。储物箱位于乘客座位上方，并且存放乘客携带到飞机上的所有类型的物料。Jouper等人的美国专利申请公开号No.US 2015/0241209A1“Apparatus and Method to Monitor the Occupied Volume within a Fixed orVariable Volume,”以及Jouper的美国专利申请公开号No.2017/0255855 A1“NetworkSystem for Autonomous Data Collection”中公开了检测被放置在储物箱中的物料的体积的传感器。此处以引证的方式将US 2015/0241209 A1和US 2017/0255855这两者全文并入。
当前的箱传感器感测占据储物箱容积的一部分的物品，并且确定在箱内占据的容积。箱传感器将该信息报告给外部网络，以便通告航班空服人员、地勤人员和/或数据收集系统。
虽然箱容积占用是有价值的信息，但不仅需要监测所消耗的箱容积，还需要监测所存储物料的状态。更具体地，物料，诸如锂电池和包含锂电池的任何装置、大型存储电容器以及小型电子产品，可能在飞机上引起问题。尤其是锂电池，是多种飞行中事故(诸如释气、电子气味以及自燃火灾)的源头。储物箱呈现出一种独特的情况，其中，膝上型计算机、平板电脑、智能手机以及其他电子产品通常包装在随身行李、公文包以及其他支架的内部。如果在储物箱区域内着火，则这些支架中的每一个都向火提供燃料。
当前的火灾或烟雾检测器未集成到储物箱中，这使得这些封闭的隔室特别易受伤害。
因此，将期望提供用于监测储物箱的内容物的装置和方法。
进一步期望提供一种具有挥发性有机化合物(“VOC”)感测特征的储物箱传感器。
发明内容
公开了一种用于监测储物箱内所占用容积的舱顶储物箱传感器。该传感器特别适合作为VOC传感器来监测可能在储物箱中变得过热的物料或物品，诸如电子产品中的锂离子电池。
VOC传感器被配置为提早检测来自经常由乘客存储的电子部件的释气、气味以及火灾。提早检测可以允许在飞机上快速反应，经由事件的快速报告和标记来防止机上火灾或气体紧急情况的传播，甚至可以避免紧急着陆。
根据本发明，VOC传感器通过监测储物箱空间内的空气质量来监测物料的释气或闷烧的物料。
附图说明
本公开主题的前述概括、优选实施方式以及其他方面将在结合附图阅读时参照下面的具体实施方式的详细描述来更佳地理解，附图中：
图1是根据实施方式的传感器组件。
图2是储物箱内的传感器组件的实施方式的图。
图3A是根据实施方式的示意图。
图3B是根据实施方式的无线电接口的示意图。
图3C是根据实施方式的ToF传感器的示意图。
图3D是根据实施方式的VOC传感器的示意图。
各种附图中同样的附图标记指示同样的元件。示意图中的箭头应被理解为代表通常指示信息或逻辑的流动方向的逻辑路径，并且这种箭头不是必须代表传统的电气路径。
具体实施方式
为了减轻火灾或化学泄漏事件，可以提早检测这种问题并向机组人员说明事件和事件在箱组件内的位置的系统可以减轻火灾的传播，并且允许机组人员及时对该情况作出反应，而不是等待着火灾出现在储物箱外部。
图1描绘了传感器组件101，该传感器组件示出了用于挥发性有机化合物(VOC)的传感器103、微控制器(uC)105、用于发送数据的无线电收发装置(RAD)107、能量采集器(EH)109(在需要的情况下)、用于箱容积的距离传感器111(飞行时间，ToF)。
在实施方式中，从箱的顶部到反射表面(诸如箱的底部或在箱的底部存储的物料)且然后返回到传感器驻留的箱的顶部的距离，表示由飞行时间传感器测量的距离。例如，飞行时间传感器测量光从传感器传播到反射表面且然后再次返回所花费的时间。在另外示例中，该距离被一分为二，以测量从传感器到表面的距离并测量光速。由此，通过利用空箱的参考测量而测量到的距离，来计算储物箱中可用的空间量。
容积/距离传感器是飞行时间传感器或用于测量距离的任何其他适当的传感器。例如，这种容积/距离传感器可以从红外(IR)或激光(亚IR)频率的传感器选择。这些传感器基于较小的物理尺寸和鲁棒性而是理想地合适的。使用多个传感器来基于箱的长度和深度将存储区域分成多个段，这测量从箱顶部到箱底部的距离。例如，可以测量储物箱的长度和深度，并且可以基于长度和深度这两者，将储物箱的长度和深度划分为预定数量的段，每个段接收至少一个传感器。为了监测烟雾或锂电池或其他装置的排气，使用一些VOC传感器来连续地或在一个预编程的时间间隔上监测储物箱内的空气质量，并且借助传感器网络通告重大事件是否发生。如此处讨论的，重大事件可以包括任何令人担忧的、危险的或以其他方式升高水平的VOC、释气、火灾或任何其他形式的燃烧。
容积感测
将初始测量用作参考，各距离传感器测量从箱顶部到乘客装载飞机时添加的物料的距离。微控制器设置从测量到测量的时间范围，并且基于在传感器初始化期间取得的参考和深度测量来计算使用百分比。在集中面板处为机组人员显示该使用百分比，该面板显示飞机的布局、储物箱位置以及已用空间或可用空间的百分比。这允许机组人员在乘客装载舱顶储物箱时提早提醒可用的箱空间容积。通过监测空间容积，机组人员可以通过将多余的行李从飞机内部移至货舱并定位可用的箱空间来减少装载时间的增加。该系统可以立即报告可用的位置和相对容积。
空气质量感测
空气质量感测用于监测事件，诸如来自锂电池、电容器以及其他储能装置的蒸气释气。通常，储能装置存在有自供电问题的独特问题。由于用于制造锂电池的化学物质中的杂质，锂电池已显示出自燃的倾向。因为锂电池存储供附接到它的装置，诸如膝上型计算机、平板计算机或蜂窝电话，消耗的能量，所以锂电池成为过热、释气或可燃事件的自启动和自保持可能性。在诸如储物箱的隐藏空间中的该事件可能不将其自身向乘客或航班空服人员呈现，直到火灾开始离开储物箱本身。这然后将使该箱中的物料的一些(即便不是全部)卷入传播的火灾。事件的早期检测和准确定位是特别有利的，并且有助于飞行安全。
在实施方式中，事件的通告可以在储物箱本地，诸如在远程面板、显示器、手持装置或舱顶投影装置上的发光二极管(LED)指示器。投影装置可以位于箱上方，与事件发生的箱位置相对。然后，投影仪可以将红色或其他适当彩色的显示投影到有问题的箱的前面，从而向航班空服人员迅速说明重大事件的位置。在另外实施方式中，通告可以是超本地化的，使得储物箱内的预定段可以各包含对应的LED指示器，该LED指示器然后可以位于段上方，并且被配置为在发生重大事件时显示警报或说明位置。
另外，该传感器可以是一个独立的装置，该装置用于监测将难以视觉发现释气或火灾事件的空间和地点，诸如舱顶中、面板后面、侧壁、座位下方、厨房中、壁橱、驾驶舱或航班空服人员休息区。独立传感器可以是单个或多个VOC传感器、微控制器、无线电收发装置、操作传感器的储能装置或能量采集器。其他传感器，诸如IR(热传感器)，也可以与VOC传感器结合使用，以检测并通告点燃前或点燃后的火灾。这些传感器中的每一个都帮助航班空服人员在可能的火灾传播之前识别出它们。减少从事件到检测的时间，可以意指挽救飞机上的生命和设备。
功能描述
传感器优选地位于舱顶储物箱的顶部中。位于此处允许连续测量被使用的存储容积。另外，蒸气易于从故障装置上升。其他放置也可以起作用，然而，出于明显的原因，首选顶部。
图1图形地描述了具有三个VOC传感器和微控制器(uC)电路的四个ToF传感器，该电路包括无线电收发装置以及使用太阳能电池或小型电池的能量采集。ToF传感器测量从传感器到箱底部并返回的箱空距离。为了速度、准确性以及对环境光的抵抗力，使用激光传感器。通常，选择不包括在太阳光中的光频率波长是有利的，因为环境光不中断测量周期。
uC是传感器的心脏。它控制无线电收发装置、传感器测量，测量定时以及无线电传输。uC跨集成电路(I2C)间接口与各传感器通信，以便初始化各传感器而且收集测量数据(无论是ToF数据还是VOC数据)。各传感器单独启用并与uC通信。
定期进行容积测量，诸如每秒一次或每10秒一次、或任何其他合适的时段。容积测量通常仅在飞机登机时进行。即，该数据仅在飞机的装载过程期间相关。另一方面，VOC传感器在初始化期间使用预编程的阈值来设置。该阈值表示用于检测和通告的最小VOC水平。阈值水平被设置为高于在传感器所在环境中看到的VOC的环境量。在商用客机的机舱中，示例性VOC环境浓度为十亿分之300，并且触发警报的示例性阈值VOC浓度为十亿分之500。
VOC传感器被设置为定期测量，诸如每250-60000毫秒一次。电流传感器每次测量的最短时间为250毫秒。测量之间的超过60000毫秒(60秒)的延迟可能相对实时地延迟事件的感测。以小于250mSec的时间间隔进行过采样将使用更多功率，并且缩短系统的电池寿命。根据可用功率和其他系统要求，可能会超出采样率上限和下限的限制。
当超过预编程的VOC水平时，从VOC传感器向uC发送中断。该中断说明事件已经由于超过阈值而触发了传感器。uC处理该事件，并且借助无线电收发装置将警告发送到外部接收器，或者uC启用本地灯或显示器，以指示该储物箱内的事件已经发生。该显示器或远程显示器将航班空服人员引导到事件的位置，以采取另外的动作。
图2例示了储物箱213内的传感器组件的实施方式。如图所示，传感器可以位于储物箱的内顶部中。另选地，可以利用其他合适的位置，诸如储物箱的内底部或侧部。
图3A至图3D是包括uC、无线电收发装置、VOC传感器以及ToF传感器的传感器系统的示意图。
图3A例示了微控制器/无线电收发装置的组合。这可以是组合uC和无线电收发装置的单芯片解决方案或凭借微控制器与无线电收发装置之间的通信总线将无线电收发装置和uC分开的离散解决方案。J1是USB编程端口，用于加载协同操作uC、无线电收发装置以及传感器的软件。在加载适当的代码期间，调节器U1从USB连接器提供调节后的3VDC电源。U2是具有到无线电收发装置和传感器的通信总线的32位uC。微控制器的芯片选择输出CS0-CS7允许uC通过将该接口设置为逻辑1来单独寻址各传感器。到传感器的通信跨I2C接口发生，因为所有传感器共享公共总线，所以使用芯片选择接口来确定在任何给定时间要寻址哪个传感器。Y1是控制uC的操作频率的振荡器。
图3B是无线电接口。这是具有E1的2.4GHz无线电收发装置，El是该无线电频率的匹配天线。无线电收发装置的RFP/RFN输出与天线之间的关联部件是阻抗匹配网络，该网络为由无线电收发装置U6施加的最少能量提供最高的天线增益。Y2设置无线电收发装置的操作频率。来自uC的通过串行外设接口(SPI)总线的通信提供无线电收发装置的控制、数据从uC到无线电收发装置的转移以及无线发送无线电信息的命令集。
图3C例示了ToF传感器，该ToF传感器用于测量从传感器到箱底板或位于箱中的物料的距离。在箱为空时取得参考，以便计算所用的百分比。此后进行连续测量，并将其与参考进行比较，以计算在各个传感器下方消耗的空间的百分比。将各传感器的测量求平均来成为所消耗的总容积。可以将为各段计算的值以及总值报告给显示器，以显示可用空间、所消耗的空间以及空间可用的箱内的区域。
图3D例示了VOC传感器。这些传感器由uC控制为测量箱空间内的CO2和挥发性有机化合物值。将读取的值与阈值进行比较，如果该值超过阈值，则将向航班空服人员报警该事件。uC发起测量，将结果与阈值进行比较，如果该值超过该限值，则借助无线电收发装置发送警报，并且转而向箱本地或远离箱的显示器发送警报，说明事件位于哪个箱和哪个箱段。
应当理解，所公开主题的各种部件可以以各种方式彼此通信。比如，部件可以经由电线或另选地无线地和由电信号或经由数字信息彼此通信。
虽然已经关于所公开主题的实施方式描述并例示了所公开主题，但本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开实施方式的特征进行组合、重新设置等，以产生本发明范围内的另外实施方式，并且可以在本发明内和对本发明进行各种其他更改、省略以及添加。
Claims (19)
1.一种在封闭环境中减轻火灾或化学品暴露的风险的系统，所述系统以以下内容为特征：
挥发性有机化合物传感器(103)，所述挥发性有机化合物传感器安装在所述封闭环境的内表面上，与微控制器(105)通信，所述微控制器(105)已经预编程有阈值VOC浓度；和
指示器，所述指示器与所述微控制器(105)通信，有效通告所述阈值VOC浓度何时被超过。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述封闭环境是储物箱(213)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述储物箱位于商用飞机的客舱中。
4.一种传感器组件，所述传感器组件以以下内容为特征：
挥发性有机化合物(VOC)传感器(103)，所述挥发性有机化合物传感器被配置为与微控制器(105)通信；
微控制器(105)；
无线电收发装置(107)，所述无线电收发装置用于发送数据；以及
能量采集器(109)，所述能量采集器电气互连到所述微控制器。
5.根据权利要求4所述的传感器组件，还以用于检测箱容积的距离传感器(111)为特征。
6.根据权利要求5所述的传感器组件，其特征在于：所述距离传感器(111)处于红外频率。
7.根据权利要求5所述的传感器组件，其特征在于：所述距离传感器(111)是多个距离传感器中的一个，所述多个距离传感器安装到储物箱的表面并被隔开，以将所述储物箱分成多个段。
8.根据权利要求7所述的传感器组件，其特征在于：所述段基于储物箱长度和深度来划分。
9.根据权利要求7所述的传感器组件，其特征在于：所述距离传感器(111)被配置为测量从所述储物箱的顶部到所述储物箱的底部的距离。
10.根据权利要求4所述的传感器组件，其特征在于：所述挥发性有机化合物传感器(103)被配置为监测烟雾或排气。
11.根据权利要求10所述的传感器组件，其特征在于：所述烟雾或排气源自锂电池。
12.根据权利要求10所述的传感器组件，其特征在于：所述挥发性有机化合物传感器(103)监测储物箱内的空气质量。
13.根据权利要求12所述的传感器组件，其特征在于：所述挥发性有机化合物传感器(103)通告重大事件，所述重大事件。
14.根据权利要求13所述的传感器组件，其特征在于：所述重大事件从由升高水平的VOC、释气或火灾构成的组中选择。
15.一种感测储物箱容积的方法，所述方法以以下内容为特征：
测量储物箱(213)的初始参考测量；
使用距离传感器(111)测量从所述储物箱的顶部到所装载物料的顶部的距离；
使用微控制器(105)设置用于使用所述距离传感器测量随后距离的时间范围；以及
基于所述初始参考测量计算使用的百分比。
16.根据权利要求15所述的方法，还以以下内容为特征：在显示面板上显示储物箱位置和所述储物箱内该位置处的所用空间的百分比。
17.根据权利要求15所述的方法，还以以下内容为特征：经由挥发性有机化合物传感器(103)检测重大事件。
18.根据权利要求17所述的方法，还以以下内容为特征：经由所述挥发性有机化合物传感器(103)通告所述重大事件。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述重大事件从由升高水平的VOC、释气或火灾构成的组中选择。
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