CN110892460B - 带有室内空气质量检测和监测的无腔室型烟雾检测器 - Google Patents

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Abstract

操作检测系统的方法包括：将系统从用于感测烟雾的正常模式切换到用于感测气载粒子的高灵敏度模式，使得在高灵敏度模式下，检测系统配置成在小于2.5微米的直径的粒子与小于10微米的直径的粒子之间作出判别。将光从检测系统的一个或多个光源透射到被监测空间中；以及在检测系统的一个或多个光感测装置处检测散射光。对散射光的检测指示被监测空间中的一个或多个室内空气质量状况。

Description

带有室内空气质量检测和监测的无腔室型烟雾检测器
背景技术
示范性实施例涉及室内空气质量传感器、烟雾传感器的领域，并且更特定地涉及无腔室型（chamberless）烟雾及室内空气质量传感器。
通常位于壳体或封壳内侧的烟雾传感器（诸如，商业烟雾传感器）使用近红外光或其它波长的光（在位于封壳内侧的小型塑料腔室内侧散射）利用受控尺寸的入口来防止不需要的粒子进入。然而，一些不想要的气载（airborne）粒子设法进入到腔室中，引起错误警报。随着时间推移，这些粒子也可能聚集于传感器腔室的入口处，导致对于烟雾粒子而更难以扩散到腔室中。另外，聚集于腔室表面上的粒子可以提高灵敏度，由此导致更频繁的错误警报或滋扰警报。
为了缓解这些问题中的一些，可以使用无腔室型烟雾检测器。然而，在无腔室的情况下，不存在物理上受到良好保护的测量容积，意味着定义明确的操作策略是维持测量完整性的关键。另外，用于检测的光在某些情况下几乎持续接通，并且可能给用户带来滋扰并且消耗更多的功率。因此，存在对于改进的无腔室型烟雾检测的需要。
另外，通过检测PM2.5和PM10粒子的存在性而监测设置有烟雾传感器的相同空间的室内空气质量通常是期望的。典型地，然而，监测室内空气质量要求独立式单元，其要求借助于电池或有线连接的自身电源。
发明内容
在一个实施例中，操作检测系统的方法包括将系统从用于感测烟雾的正常模式切换到用于感测气载粒子的高灵敏度模式，使得在高灵敏度模式下，检测系统配置成在小于2.5微米的直径的粒子与小于10微米的直径的粒子之间作出判别。将光从检测系统的一个或多个光源透射到被监测空间中；以及在检测系统的一个或多个光感测装置处检测散射光。对散射光的检测指示被监测空间中的一个或多个室内空气质量状况。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，一个或多个室内空气质量状况包括小于2.5微米和10微米中的一个或多个的直径的气载粒子。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，一个或多个室内空气质量状况包括小于2.5微米和/或10微米的直径的气载粒子。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，切换到高灵敏度模式包括以下项中的一个或多个：相对于正常模式而增长一个或多个光源的接通时间；相对于正常模式而提高透射光的强度；以及增大检测电路的增益。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，一个或多个荧光气载粒子在被监测空间中经由从一个或多个光源透射的光来激发，并且，由一个或多个荧光气载粒子发射的光在检测系统的一个或多个光感测装置处被检测到。某种类型的气载粒子在被监测空间中的存在性通过在一个或多个光感测装置处检测由一个或多个荧光气载粒子发射的光而确定。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，气载粒子类型经由在一个或多个光感测装置处使用一个或多个滤光片来判别。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，一个或多个滤光片是一个或多个偏振滤光片。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，颗粒的粒子大小在检测系统处判别，其中，粒子大小指示气载粒子的类型。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，光在第一波长下发射，并且，在第一波长下进行的光反向散射的量在烟雾检测器处被检测到，并且，光在第二波长下发射，并且，在第二波长下进行的光反向散射的量在烟雾检测器处被检测到。颗粒粒子大小经由在第一波长下进行的光反向散射的量与在第二波长下进行的光反向散射的量的比来确定。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，第一波长处于UV光谱或可见光谱之一，并且，第二波长处于可见光谱或IR光谱之一。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，所散射的光的第一量在烟雾检测器的第一光感测装置处被检测到，并且，所散射的光的第二量在烟雾检测器的第二光感测装置处被检测到。颗粒粒子大小经由所述光的第一量与所述光的第二量的比来确定。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，一个或多个光源包括可见光源或紫外光源。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，一个或多个光源包括LED、UVLED或激光二极管。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，补偿所感测的环境光水平。
在另一实施例中，操作检测系统的方法包括：将光从检测系统的一个或多个光源透射到被监测空间中；在检测系统处的一个或多个光感测装置处接收散射光信号，其中，从被监测空间中的障碍物接收散射光信号。目标气态物质（gaseous species）的存在性经由在所选择的波长下接收的散射光的量的减少来确定。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，所检测的气态物质在烟雾检测器处经由吸收光谱来判别。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，一个或多个光源包括可见光源或红外光源。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，气态物质是CO、氡或H2S之一。
在又另一实施例中，室内空气质量监测器包括：一个或多个光源，配置成将光发射到被监测空间中；一个或多个光感测装置，配置成接收从一个或多个光源发射的散射光；以及处理器，配置成针对被监测空间中的一个或多个室内空气质量状况的存在性而评估所接收的散射光信号。一个或多个室内空气质量状况包括小于2.5微米和/或10微米的直径的气载粒子。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，室内空气质量监测器配置成：在高灵敏度模式下操作，以便监测包括小于2.5微米和/或10微米的直径的气载粒子的室内空气质量状况，并且可切换到相对较低的灵敏度的正常模式，以便检测烟雾。
另外或备选地，在此实施例或其它实施例中，当与正常模式相比时，高灵敏度模式包括以下项中的一个或多个：一个或多个光源的相对于正常模式而增长的接通时间；透射光的相对于正常模式而提高的强度；以及检测电路的相对于正常模式而增大的增益。
附图说明
下文中的描述不应当以任何方式被认为是限制性的。参考附图，同样的元件被相同地编号：
图1图示根据本公开的一个实施例的烟雾检测器的示意图；
图2图示根据本公开的一个实施例的形成第一感测容积的烟雾检测器的侧视图；
图3图示根据本公开的一个实施例的形成第二感测容积的烟雾检测器的侧视图；
图4图示根据本公开的一个实施例的在一个波长的光的情况下形成第三感测容积的烟雾检测器的侧视图；
图5图示根据本公开的一个实施例的利用另一波长的光的形成第四感测容积的烟雾检测器的侧视图；
图6图示操作烟雾检测器的方法的示意图；
图7图示操作烟雾检测器的另一方法的示意图；以及
图8图示烟雾检测器的另一实施例的示意图。
具体实施方式
所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详述在本文中参考附图而经由例证而非限制来呈现。
图1图示一般以10指示的烟雾检测器的示范性实施例。烟雾检测器10包括多个光源和多个光感测装置。在实施例中，多个光源包括第一光源12和第二光源14。第一光源12和第二光源14可以包括发光二极管（LED）。第一光源12和第二光源14可以在一个或多个波长下将光发射到在下文中被称为“被监测空间”的空间中，该空间可以是光发射到其中的建筑物、房间或房间的一部分。在实施例中，第一光源12可以发射红外光的波长特性的光，并且，第二光源14可以发射蓝色可见光的波长特性的光。红外光可以在烟雾的检测和错误警报判别中使用，并且，蓝色可见光可以在烟雾的错误警报判别中使用。另外，在一些实施例中，红外光和可见光的组合可以被利用于确定检测器10处或其附近的粒子的大小。
在实施例中，多个光感测装置包括在光从第一光源12和第二光源14发射的视线上位于烟雾检测器10的不同区域内的第一光感测装置16、第二光感测装置18以及第三光感测装置20。第一光感测装置16、第二光感测装置18以及第三光感测装置20的视场与第一光源12和第二光源14的发射的重叠形成不同的重叠感测容积。多个光感测装置配置成测量来自第一光源12和第二光源14的信号。
在实施例中，第一光感测装置16、第二光感测装置18以及第三光感测装置20包括光电二极管。光感测装置不限于光电二极管，并且能够包括光感测装置（诸如，雪崩式光电二极管（APD）、多像素式光子计数器（MPPC）及其它光电检测器）。例如，第一光感测装置16可以用于限定前向散射式感测检测容积38（在图2中示出），前向散射式感测检测容积38由来自具有第一入射角的第一光源12和第二光源14的发射的重叠形成。在图2中所示出的实施例中，与第一光感测装置16成大约130度的第一入射角。将意识到，可以在一些实施例中使用其它值或角度。入射角可以定义为第一光源12和第二光源14的光锥的对称轴与光感测装置16、18、20的接受锥的对称轴之间的角度，其中，可以在光源12、14直接地指向光感测装置16、18、20的情况下定义180度。将意识到，光的散射角度可以通过从180度减去入射角而计算。
现在参考图3，第二光感测装置18可以用于限定第一后向散射式感测检测容积40，第一后向散射式感测检测容积40由来自具有与第二光感测装置18的第二入射角的第一光源12和第二光源14的发射的重叠形成。在图3中所示出的实施例中，第二入射角大约65度。将意识到，可以在一些实施例中使用其它值或角度。
第三光感测装置20可以用于限定第二后向散射式感测检测容积42（在图4和图5中示出），第二后向散射式感测检测容积42由来自具有与第三光感测装置20的第三入射角的第一光源12和第二光源14的发射的重叠形成。在所示出的实施例中，第三入射角大约0度。
烟雾检测器10进一步包括与多个光源和多个传感器电通信的处理装置30。处理装置30包括能够存储可执行指令的存储器（未示出）。可执行指令可以按任何方式并且在任何抽象层次上存储或组织，诸如与一个或多个应用、进程或例程结合，以根据本文中所描述的方法而分析由多个传感器检测的信号，以便在达到预设阈值水平之后作出警报决定。
在一些实施例中，烟雾检测器10可在用于检测烟雾的“正常”模式和可以利用于监测周围空间的室内空气质量的“高灵敏度”模式下操作。本公开中的对室内空气质量（IAQ）的监测涉及检测空间中的灰尘或其它气载粒子（其被称为PM2.5粒子（具有2.5微米或更小的直径的那些粒子）和PM10粒子（具有10微米或更小的直径的那些粒子）。在这样的实施例中，烟雾检测器10包括扩大烟雾检测器10的动态范围并且改进烟雾检测器10从相同感测区域和波长检测的检测灵敏度以促进在高灵敏度模式下进行的操作的额外的电子器件或其它构件。在一些实施例中，额外的电子器件或其它构件可以包括二次模拟到数字转换器（ADC）和改变检测电路的增益的在处于正常模式的一次较低比特型ADC到处于高灵敏度模式的二次较高比特型ADC之间的切换的切换装置。而且，在高灵敏度模式下，一个或多个光学滤波器可以被利用于滤除非期望波长（诸如，处于由光源12、14发射的那些波长的范围之外的波长）。
然而，本领域技术人员将意识到，感测区域和/或波长对于正常模式和高灵敏度模式而可能是不同的。而且，高灵敏度模式可以包括相对于在正常模式下进行的操作而放大处理器30处的检测电路、增长光源12、14接通时间和/或提高光源12、14强度。在一些实施例中，在高灵敏度模式下进行的操作可以包括获得以例如每隔1-10分钟测量一次（与在正常模式下每隔1-2秒钟测量一次对比）的速率进行的测量。能够设定关于在第一波长下从第一光源12散射的光与在第二波长下从第二光源14散射的光的比的阈值，以判别属于PM2.5范围和PM10范围内的粒子。前向散射感测区域与后向散射感测区域的比同样地也可以提供粒子大小信息，并且能够用于改进粒子大小确定以及PM2.5测量和PM10测量的准确度。例如，可以在第一波长下从第一光源12发射光，并且，在烟雾检测器10处检测在第一波长下进行的光反向散射的量。也可以在第二波长下从第二光源14发射光，并且，在烟雾检测器处检测在第二波长下进行的光反向散射的量。在第一波长下进行的光反向散射的量与在第二波长下进行的光反向散射的量的比指示颗粒粒子大小。
而且，在其它实施例中，从多个入射角（例如，从第一光感测装置16、第二光感测装置18以及第三光感测装置20中的两个或更多个）检测的散射光信号的比可以利用于确定所检测的粒子大小。如上文中所陈述的，在一些实施例中，光感测装置16、18、20具有至少部分地由感测检测容积38、40、42限定的不同入射角。因而，在第一光感测装置16处以由第一感测检测容积38限定的第一入射角检测的散射光的第一量与在第二光感测装置18处以第二入射角检测的散射光的第二量的比可以利用于确定颗粒粒子大小。
现在参考图6，一种操作烟雾检测器10以监测室内空气质量以及PM2.5粒子（具有2.5微米或更小的直径的那些粒子）的检测和PM10（具有10微米或更小的直径的那些粒子）的检测的方法。
在框100，烟雾检测器10从用于烟雾检测的正常模式切换到用于气载粒子检测的高灵敏度模式。在框102，光从例如第二光源14经由LED或UV LED来以UV或蓝色可见光谱从烟雾检测器透射。另外，可以利用光源（诸如，光纤发射器或激光二极管）。在框104，透射光被透射光的路径中的任何气载粒子散射。在框106，在烟雾检测器10的光感测装置16、18、20中的一个或多个处接收散射光。在框108，处理装置30被利用于针对PM2.5 粒子和PM10粒子的存在性而分析在光感测装置16、18、20处接收的散射光。
在一些实施例中，在框110，透射光在空间中激发荧光粒子（诸如，霉菌或花粉粒子或其它微生物污染物）。在框112，烟雾检测器10的光感测装置16、18、20中的一个或多个被利用于感测从荧光粒子发射的光。光感测装置16、18、20可以配置成仅接受处于比由第二光源14发射的那些波长更长的波长的光。更长的波长指示由荧光粒子发射的光，并且因而指示荧光粒子（诸如，花粉）在空间中的存在性。在一些实施例中，滤光片（未示出）可以在适当的光感测装置16、18、20处被利用于使光感测装置16、18、20配置成仅接受比所发射的波长更长。
而且，在一些实施例中，在框114中，判别在框112中检测到的粒子的类型。这可以例如通过在一个或多个偏振滤光片位于荧光粒子与光感测装置16、18、20之间的情况下使从荧光粒子发射的光在被光感测装置16、18、20感测之前偏振而完成。为了检测特定粒子，可以利用一个或多个不同的偏振滤光片，其中每个偏振滤光片被调谐成允许检测或判别特定粒子或粒子类型。
在框116中，第一光源12和第二光源14可以被利用于通过评估蓝光反向散射与IR反向散射（由反向散射光感测装置18和20感测）的比而确定粒子大小。
而且，烟雾检测器10可以被利用于针对气态物质在空间中的存在性而检测或监测空间。目标气态物质可以包括CO、氡、H2S、VOC、制冷剂、烃或其它物质。参考图7，在框202，从第一光源12和/或第二光源14朝向例如空间中的墙壁或其它障碍物发射光。在框204，一个或多个光感测装置16、18、20接收散射光。尤其，反向散射式光电二极管18、20可以被利用于检测从墙壁或障碍物散射的发射光，并且然后在框206，气态物质在处理装置30处经由所接收的散射光的吸收光谱来检测并且判别。
在一些实施例中，烟雾检测器10配置成检测空间中的环境光水平以改进烟雾检测的灵敏度和可靠性，并且配置成用于其它室内空气质量监测和检测。
参考图8，环境光监测电路32可操作地连接到烟雾检测器10处的处理装置30。监测电路32连接到光接收装置16、18、20中的一个或多个，光接收装置16、18、20可以配置成周期性地接收可以由监测电路32评估的环境光信号。一旦光被第一光源12和/或第二光源14透射，以便进行烟雾和/或其它室内空气质量检测和监测，所接收的光信号就可以在处理装置30处基于所接收的环境光信号的强度而被调整。例如，所接收的光信号可以由连接到光接收装置16、18、20的一个或多个放大器34放大。而且，可变放大电路36可以被利用于基于由监测电路32感测的环境光水平而变更一个或多个放大器34所应用的放大的量。
在一些实施例中，监测电路32在第一光源12和第二光源14即将被触发以便进行检测操作之前触发环境光水平测量。然后可以从由于第一光源12和第二光源14的触发而造成的所接收的光信号减去所检测的环境光水平。而且，如果所感测的环境光水平高于可以以其进行有用检测的阈值，则第一光源12和第二光源14此时可能未触发，并且，测量环境光水平的过程可以在预定时延之后重新开始。
本文中所公开的实施例虑及使用烟雾检测器10来检测并且监测除了烟雾之外的其它室内空气质量状况（诸如，目标气体、颗粒污染物、微生物污染物或其它状况）。这排除对于额外的单独供电的室内空气质量传感器在相同空间（在其中放置烟雾检测器）中被利用的需要，从而导致消费者和企业大大地节约成本。
术语“大约”旨在包括与基于提交申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差程度。例如，“大约”可包括给定值的±8%或5%或2%的范围。
本文中所使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并不旨在成为本公开的限制。如本文中所使用的，单数形式“一（a/an）”和“该（the）”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。还将理解的是，术语“包括（comprise和/或comprising）”当在本说明书中使用时，规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其群组的存在或添加。
尽管已经参考一个或多个示范性实施例描述了本公开，但是由本领域技术人员将理解的是，可做出各种改变并且等同物可代替其元件而不脱离本公开的范围。另外，可做出许多修改以使特定的情况或材料适应于本公开的教导而不脱离其实质范围。因此，旨在的是本公开不限于作为设想用于实行该公开的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落在权利要求范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种操作检测系统的方法，包括：
将所述系统从用于感测烟雾的正常模式切换到用于感测气载粒子的高灵敏度模式，使得在所述高灵敏度模式下，所述检测系统配置成在小于2.5微米的直径的粒子与小于10微米的直径的粒子之间作出判别；
将光从所述检测系统的一个或多个光源透射到被监测空间中；以及
在所述检测系统的一个或多个光感测装置处检测散射光；
其中，对散射光的所述检测指示所述被监测空间中的一个或多个室内空气质量状况，并且
其中，切换到所述高灵敏度模式包括以下项中的一个或多个：相对于所述正常模式而增长所述一个或多个光源的接通时间；相对于所述正常模式而提高透射光的强度；以及相对于所述正常模式而增大检测电路的增益。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个室内空气质量状况包括小于2.5微米和10微米中的一个或多个的直径的气载粒子。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述被监测空间中经由从所述一个或多个光源透射的光来激发一个或多个荧光气载粒子；
在所述检测系统的一个或多个光感测装置处检测由所述一个或多个荧光气载粒子发射的光；以及
经由在所述一个或多个光感测装置处检测由所述一个或多个荧光气载粒子发射的光来确定某种类型的气载粒子在所述被监测空间中的存在性。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括经由在所述一个或多个光感测装置处使用一个或多个滤光片来判别气载粒子类型。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个滤光片是一个或多个偏振滤光片。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述检测系统处判别所述粒子的粒子大小，其中，所述粒子大小指示气载粒子的类型。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
在第一波长下发射光，并且在所述检测系统处检测在所述第一波长下进行的光反向散射的量；
在第二波长下发射光，并且在所述检测系统处检测在所述第二波长下进行的光反向散射的量；以及
经由在所述第一波长下进行的光反向散射的量与在所述第二波长下进行的光反向散射的量的比来确定颗粒粒子大小。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一波长处于UV光谱或可见光谱之一，并且，所述第二波长处于所述可见光谱或IR光谱之一。
9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
在所述检测系统的第一光感测装置处检测所散射的光的第一量；
在所述检测系统的第二光感测装置处检测所散射的光的第二量；以及
经由所述光的第一量与所述光的第二量的比来确定颗粒粒子大小。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个光源包括可见光源或紫外光源。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个或多个光源包括LED、UVLED或激光二极管。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括补偿所感测的环境光水平。
13.一种操作检测系统的方法，包括：
将光从所述检测系统的一个或多个光源透射到被监测空间中；
在所述检测系统处的一个或多个光感测装置处接收散射光信号，其中从所述被监测空间中的障碍物接收所述散射光信号；以及
经由在所选择的波长下接收的散射光的量的减少来确定目标气态物质的存在性，
其中，所述检测系统能操作在用于感测烟雾的正常模式和用于感测气载粒子的高灵敏度模式，并且
其中，与所述正常模式相比，所述高灵敏度模式包括以下项中的一个或多个：所述一个或多个光源的相对于所述正常模式而增长的接通时间；透射光的相对于所述正常模式而提高的强度；以及检测电路的相对于所述正常模式而增大的增益。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在所述检测系统处经由吸收光谱来判别所检测的气态物质。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个光源包括可见光源或红外光源。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述气态物质是CO、氡或H2S之一。
17.一种室内空气质量监测器，包括：
一个或多个光源，配置成将光透射到被监测空间中；
一个或多个光感测装置，配置成接收从所述一个或多个光源发射的散射光；以及
处理器，配置成针对所述被监测空间中的一个或多个室内空气质量状况的存在性而评估所述所接收的散射光信号；
其中，所述一个或多个室内空气质量状况包括小于2.5微米和/或10微米的直径的气载粒子，
其中，所述室内空气质量监测器能操作在用于感测烟雾的正常模式和用于感测气载粒子的高灵敏度模式，并且
其中，与所述正常模式相比，所述高灵敏度模式包括以下项中的一个或多个：所述一个或多个光源的相对于所述正常模式而增长的接通时间；透射光的相对于所述正常模式而提高的强度；以及检测电路的相对于所述正常模式而增大的增益。
18.根据权利要求17所述的室内空气质量监测器，其中，所述室内空气质量监测器配置成在高灵敏度模式下操作，以便监测包括小于2.5微米和/或10微米的直径的气载粒子的室内空气质量状况，并且可切换到相对较低的灵敏度的正常模式，以便检测烟雾。
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