CN111630365B - 粒子检测传感器 - Google Patents

粒子检测传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN111630365B
CN111630365B CN201980009433.4A CN201980009433A CN111630365B CN 111630365 B CN111630365 B CN 111630365B CN 201980009433 A CN201980009433 A CN 201980009433A CN 111630365 B CN111630365 B CN 111630365B
Authority
CN
China
Prior art keywords
particles
light
mass concentration
detection sensor
particle
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.)
Active
Application number
CN201980009433.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111630365A (zh
Inventor
永谷吉祥
中川贵司
安池则之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of CN111630365A publication Critical patent/CN111630365A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111630365B publication Critical patent/CN111630365B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • 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
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • 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
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/51—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid inside a container, e.g. in an ampoule
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (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)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

粒子检测传感器(1)检测对象流体所含的粒子，该粒子检测传感器具备：投光部(20)，其朝检测区域(DA)射出光(L1)；受光部(30)，其对投光部(20)射出的光具有受光灵敏度，通过对穿过检测区域(DA)的粒子所引起的光(L1)的散射光(L2)进行光电转换，来产生并输出电信号；信号处理电路(50)，其基于电信号，计算包含第一粒子的第一粒径区间的第一质量浓度、以及包含第一粒子和大于该第一粒子的第二粒子的第二粒径区间的第二质量浓度；以及校正电路(60)，其基于第一粒子的粒子数来推测第二粒子的粒子数，并基于推测出的粒子数进行第二质量浓度的校正。

Description

粒子检测传感器
技术领域
本发明涉及一种粒子检测传感器。
背景技术
以往，已知如下一种光电式粒子检测传感器：具备投光元件与受光元件，对飘浮在空气中的粒子进行检测，并计算所检测到的粒子的粒径(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-210183号公报
发明内容
发明要解决的问题
在光电式粒子检测传感器中，能够根据粒径和粒子的个数来计算每个粒径区间的质量浓度。此时，为了以足够的精度计算质量浓度，必须取得固定数量以上的粒子数。然而，一般而言，随着粒子直径增大，飘浮在大气中的粒子的数量减少。因此，存在大的粒径区间的质量浓度的测量精度恶化这样的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够精度良好地测量多个粒径区间的质量浓度的粒子检测传感器。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的一个方式的粒子检测传感器是检测对象流体所含的粒子的粒子检测传感器，具备：投光部，其朝检测区域射出光；受光部，其对所述投光部射出的光具有受光灵敏度，通过对穿过所述检测区域的粒子所引起的所述光的散射光进行光电转换，来产生并输出电信号；信号处理电路，其基于所述电信号，计算包含第一粒子的第一粒径区间的第一质量浓度、以及包含所述第一粒子和大于该第一粒子的第二粒子的第二粒径区间的第二质量浓度；以及校正电路，其基于所述第一粒子的粒子数推测所述第二粒子的粒子数，并基于推测出的粒子数进行所述第二质量浓度的校正。
发明的效果
根据本发明的粒子检测传感器，能够精度良好地测量多个粒径区间的质量浓度。
附图说明
图1是实施方式的粒子检测传感器的立体图。
图2是实施方式的粒子检测传感器的剖视图。
图3是用以说明实施方式的粒子检测传感器的动作的放大剖视图。
图4是表示实施方式的粒子检测传感器的信号处理电路的一例的图。
图5是表示从实施方式的粒子检测传感器的受光元件输出的电信号、且对微小粒子的粒子数进行测量的期间的信号的图。
图6是表示从实施方式的粒子检测传感器的受光元件输出的电信号、且对粗大粒子的粒子数进行测量的期间的信号的图。
图7是由实施方式的粒子检测传感器检测出的粒子的直方图。
图8是表示与PM2.5及PM10的各个粒径相对的浓度分布的图。
图9是表示粗大粒子的粒子数的测量期间的调整例作为实施方式的粒子检测传感器的动作的第一例的图。
图10是表示运算质量浓度时的平均化的循环次数的调整例作为实施方式的粒子检测传感器的动作的第二例的图。
图11是表示对象流体的引导量的调整例作为实施方式的粒子检测传感器的动作的第三例的图。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式的粒子检测传感器，使用附图来详细地进行说明。此外，以下说明的实施方式均用于表示本发明的一个具体例。因此，以下实施方式所表示的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，并非旨在限定本发明。因此，关于以下实施方式的结构要素中的、未在独立权利要求中记载的结构要素，作为任意的结构要素进行说明。
另外，各图为示意图，并非严密地进行了图示。因此，例如各图的比例尺等未必一致。另外，对各图中实质性相同的结构标注相同的标记，省略或简化重复的说明。
(实施方式)
[结构]
首先，关于实施方式的粒子检测传感器1，使用图1～图3进行说明。
图1是本实施方式的粒子检测传感器1的立体图。图2是本实施方式的粒子检测传感器1的剖视图。具体而言，图2示出了粒子检测传感器1的壳体10的Z轴方向的大致中央处的平行于XY面的剖面。图3是用以说明本实施方式的粒子检测传感器1的动作的放大剖视图。具体而言，图3放大地示出了图2所示的剖面中包含检测区域DA的部分。
此外，X轴、Y轴及Z轴示出三维正交坐标系的三个轴。X轴方向及Y轴方向为沿着具有大致扁平长方体形状的壳体10的2条边的方向。Z轴方向相当于壳体10的厚度方向。
粒子检测传感器1为检测对象流体所含的多个粒子P的光电式粒子检测传感器。在本实施方式中，对象流体例如为空气(大气)等气体。粒子P为飘浮在气体中的微米级的微粒子，即颗粒物质(气溶胶)。具体而言，粒子P为PM2.5、飘浮颗粒物质(SPM：SuspendedParticulate Matter)、PM10等。
如图1所示，粒子检测传感器1具备壳体10。如图2所示，粒子检测传感器1具备投光部20、受光部30、引导装置40、信号处理电路50及校正电路60。
此外，在图2所示的剖面上未显现出信号处理电路50及校正电路60，因而在图2中，示意性地表现信号处理电路50及校正电路60。信号处理电路50及校正电路60例如安装在壳体10的外侧面、且与设置有流入口11及流出口12的面相反侧的面等。
壳体10收纳投光部20及受光部30，在内部具有检测区域DA。壳体10形成有包含多个粒子P的气体的流路。检测区域DA位于气体的流路上。
具体而言，如图1所示，壳体10具有使气体流入至内部的流入口11、及使流入的气体流出至外部的流出口12。如图2的粗虚线的箭头所示，在壳体10的内部，从流入口11至流出口12的路径相当于气体的流路。图2中示出气体的流路形成为L字状的例子，但气体的流路也可以形成为连结流入口11与流出口12的直线状。
壳体10例如具有遮光性，抑制成为噪声的原因的外部光入射到受光部30及检测区域DA。壳体10例如是通过使用黑色的树脂材料的注射成型来形成的。具体而言，壳体10是组合通过注射成型形成的多个部件来构成的。投光部20及受光部30被这些多个部件夹持而固定在壳体10内的规定位置。
在壳体10的内部也可以设置使杂散光通过多重反射而衰减的光阱构造。杂散光为从投光部20射出的光L1(参照图3)之中未被正在穿过检测区域DA的粒子P散射的光，即散射光L2(参照图3)以外的光。光阱构造也能够使从流入口11或流出口12入射至内部的外部光衰减。
投光部20朝检测区域DA射出光L1。如图2及图3所示，投光部20具备投光元件21及透镜22。
投光元件21例如为固体发光元件，具体而言为半导体激光器等激光元件。或者，投光元件21也可以为发光二极管(LED：Light Emitting Diode)或有机EL(Electroluminescence：电致发光)元件等。
投光元件21射出的光L1为红外光、紫外光、蓝光、绿光或红光等在规定的波长具有峰的光。光L1的峰的半高宽也可以为例如50nm以下等窄频带。另外，光L1为由DC驱动而产生的连续光或脉冲光，但不限定于此。
透镜22配置在投光元件21与检测区域DA之间。透镜22例如为聚光透镜，使从投光元件21射出的光L1效率良好地聚光于检测区域DA。
受光部30对投光部20射出的光具有受光灵敏度，通过对穿过检测区域DA的粒子P所引起的光L1的散射光L2进行光电转换，来产生并输出电信号。如图2及图3所示，受光部30具备受光元件31及透镜32。
受光元件31例如为光电二极管、光电晶体管或光电倍增管等将接收到的光转换成电信号的光电转换元件。受光元件31输出与接收到的光的受光强度相应的电信号。受光元件31在投光元件21射出的光L1的波长频带具有灵敏度。
如图2所示，受光元件31配置在投光元件21射出的光L1不直接入射的位置。具体而言，受光元件31配置在不与投光元件21的光轴重合的位置。此外，投光元件21的光轴相当于投光元件21射出的光L1之中强度最强的光的路径。具体而言，投光元件21的光轴相当于连结投光元件21与检测区域DA的直线。在本实施方式中，受光元件31配置成受光元件31的光轴在检测区域DA与投光元件21的光轴交叉。
透镜32配置在受光元件31与检测区域DA之间。透镜32使检测区域DA中因粒子P而散射的散射光L2效率良好地聚光于受光元件31。
引导装置40为朝检测区域DA引导对象流体的装置。具体而言，引导装置40为产生穿过检测区域DA的气流的送风机构。引导装置40例如为加热器等发热元件，产生因发热引起的上升气流。此外，为了效率良好地利用上升气流，在本实施方式中，以图1及图2所示的Y轴正向为铅垂上方，Y轴负向为铅垂下方的方式将粒子检测传感器1竖立使用。
引导装置40也可以为小型风扇等。引导装置40配置在壳体10的内部，但也可以配置在壳体10的外侧。
信号处理电路50基于从受光部30输出的电信号，按每个粒径区间计算质量浓度。具体而言，信号处理电路50基于电信号，计算包含第一粒子的第一粒径区间的第一质量浓度、及包含第一粒子和大于该第一粒子的第二粒子的第二粒径区间的第二质量浓度。
第一粒子具体而言为微小粒子，即粒径例如为2.5μm以下的粒子。在本实施方式中，第一粒径区间例如为PM2.5等小粒径区间，第一质量浓度为PM2.5的质量浓度。
第二粒子具体而言为粒径比微小粒子的粒径大的粗大粒子，即粒径例如为10μm以下的粒子。在本实施方式中，第二粒径区间例如为PM10等大粒径区间，第二质量浓度为PM10的质量浓度。此外，第二粒径区间也可以为SPM，第二质量浓度也可以为SPM的质量浓度。
信号处理电路50基于从受光部30输出的电信号的峰值大小来测量粒子数及粒径，并基于测量结果计算每个粒径区间的质量浓度。具体而言，信号处理电路50通过比较电信号的峰值与预先确定为同粒径对应的1个以上的阈值，来推测检测出的粒子的粒径。
在本实施方式中，信号处理电路50基于电信号中的与第一期间对应的第一信号来计算PM2.5的质量浓度，基于电信号中的与第二期间对应的第二信号来计算PM10的质量浓度。第一期间例如为PM2.5所含的微小粒子的粒子数(以下记述为PM2.5粒子数)的测量期间。第二期间为与第一期间不同的期间，例如为PM10所含的粗大粒子的粒子数(以下记述为PM10粒子数)的测量期间。
即，在本实施方式的粒子检测传感器1中，分时进行PM2.5粒子数的测量与PM10粒子数的测量。具体而言，信号处理电路50将从受光部30输出的电信号按每个规定的期间划分并进行运算，由此进行每个粒径区间的粒子数的测量。
此时，信号处理电路50使从受光元件31输出的电信号的放大率(增益)根据测量对象的粒径区间而不同。具体而言，如图4所示，信号处理电路50具备2个放大器51及52、以及开关53。
图4是表示本实施方式的信号处理电路50的结构的图。如图4所示，信号处理电路50还具备3个电阻54～56、以及运算电路57。信号处理电路50具有2个放大器51及52的多级结构。
放大器51及52分别是例如运算放大器。在放大器51的正输入端子与负输入端子之间连接有受光元件31。放大器51的输出端子经由电阻54来与负输入端子连接。放大器51的输出端子还与放大器52的正输入端子连接。
放大器52的负输入端子经由电阻55接地。放大器52的输出端子经由电阻56来与负输入端子连接。放大器52的输出端子与运算电路57连接。
开关53与电阻56并联设置，即设置在放大器52的输出端子与负输入端子之间。通过使开关53导通(接通)，放大器52的输出端子与负输入端子短路，因而不进行放大器52的放大。在将开关53设为接通的情况下，仅进行放大器51的放大。如此，通过开关53的接通/断开，能够使电信号的放大率不同。
具体而言，信号处理电路50在测量PM2.5粒子数的第一期间，通过将开关53设为断开来增大放大率。例如，在将从受光元件31输出的光电流的大小设为I、将放大器52的输出信号的电压设为Vout的情况下，以下式(1)表示开关53断开时的Vout。
(1) Vout＝Z1×(1+Z3/Z2)×I
此外，Z1～Z3分别是电阻54～56的电阻值。放大率以Z1×(1+Z3/Z2)表示。
在测量PM2.5粒子数的情况下，由于反射来自投光元件21的光的粒子为微小粒子，因此该粒子的散射光L2减弱。因此，从受光元件31输出的光电流减小。因此，通过断开开关53而增大放大率，能够增大输出信号的电压。由此，易于峰值与阈值的比较，能够精度良好地进行粒径的推测。
另外，信号处理电路50在测量PM10粒子数的第二期间，通过将开关53设为接通来减小放大率。以下式(2)表示开关53接通时的Vout。
(2) Vout＝Z1×I
在测量PM10粒子数的情况下，由于反射来自投光元件21的光的粒子为粗大粒子，因此与微小粒子相比散射光L2增强。因此，从受光元件31输出的光电流也增大。因此，也可以将开关53设为接通来减小放大率。
如此，通过根据测量对象的粒子的大小使放大率不同，能够不拘于测量对象的粒子的大小地，使Vout可取的范围等同。由此，能够容易地进行后级的运算电路57的峰值与阈值的比较。
在本实施方式中，运算电路57基于与进行PM2.5粒子数的测量的第一期间对应的电信号所表现出的峰的极大值(以下记述为峰值)来推测粒子的粒径并将其分类为多个子区间中的任一个。PM2.5的子区间为根据1个以上的阈值分割相当于PM2.5的粒径区间而得到的多个子区间。
图5是表示从本实施方式的粒子检测传感器1的受光元件31输出的电信号、且测量PM2.5粒子数的第一期间的第一信号的图。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示电信号的信号强度。在本实施方式中，由于将从受光元件31输出的电信号转换成电压Vout，因此纵轴相当于电压值。
例如，如图5所示，PM2.5根据4个阈值1～4分割成4个子区间。具体而言，PM2.5例如包含1.0μm以上的第一子区间、小于1.0μm且0.5μm以上的第二子区间、小于0.5μm且0.3μm以上的第三子区间、及小于0.3μm的第四子区间。此外，阈值4为用以去除噪声成分的阈值。
在图5中示出了显现5个峰S1～S5的例子。峰S1～S5分别相当于通过由受光元件31接收穿过检测区域DA的粒子所引起的散射光L2而显现的电信号的变化。运算电路57通过比较峰S1～S5各自的峰值与阈值，来将粒子分类为PM2.5的第一子区间～第四子区间中的任一个。
例如，由于峰S1的峰值小于阈值2且为阈值3以上，因此相当于峰S1的粒子被分类为第三子区间。同样，由于峰S2的峰值小于阈值3且为阈值4以上，因此相当于峰S2的粒子被分类为第四子区间。由于峰S3的峰值小于阈值1且为阈值2以上，因此相当于峰S3的粒子被分类为第二子区间。由于峰S4及S5各自的峰值为阈值1以上，因此分别相当于峰S4及S5的粒子被分类为第一子区间。
关于PM10也同样。具体而言，运算电路57基于与进行PM10粒子数的测量的第二期间对应的电信号中所显现的峰的极大值(峰值)来推测粒子的粒径并将其分类为多个子区间中的任一个。PM10的子区间为根据1个以上的阈值分割相当于PM10的粒径区间而得到的多个子区间。
图6是表示从本实施方式的粒子检测传感器1的受光元件31输出的电信号、且测量PM10粒子数的第二期间的第二信号的图。在图6中，横轴表示时间，纵轴表示电信号的信号强度。在本实施方式中，由于将从受光元件31输出的电信号转换成电压Vout，因此纵轴相当于电压值。
例如，如图6所示，PM10根据4个阈值A～D分割成4个子区间。具体而言，PM10例如包含小于10μm且5μm以上的第一子区间、小于5μm且2.5μm以上的第二子区间、小于2.5μm且1.0μm以上的第三子区间、及小于1.0μm的第四子区间。
在图6中示出了显现5个峰Sa～Se的例子。峰Sa～Se分别相当于通过由受光元件31接收穿过检测区域DA的粒子所引起的散射光L2而显现的电信号的变化。运算电路57通过比较峰Sa～Se各自的峰值与阈值，来将粒子分类为PM10的第一子区间～第四子区间中的任一个。具体的处理与PM2.5的情况同样。
此外，PM2.5及PM10中的至少一方的子区间的个数不限定于4个，也可以为2个或3个，又可以为5个。或者，子区间的个数也可以为1个。即，PM2.5及PM10中的至少一方也可以不分割为多个子区间。
此外，在本实施方式的粒子检测传感器1中，实际上也包含穿过检测区域DA的中心以外的部分的大量粒子。例如，在大的粒子穿过检测区域DA的端部的情况下，由受光元件31接收该粒子所引起的散射光的受光强度减小。因此，即便为大的粒子，也存在将该粒子的尺寸误判定为“小”的可能性。
本实施方式的运算电路57为了抑制该误判定，而在存储器中保持有例如图7所示的将信号强度(电压值)与粒子的每种尺寸的粒子的频度建立对应而得到的直方图。图7是由本实施方式的粒子检测传感器1检测出的粒子的直方图。在图7中，横轴为信号强度，纵轴为粒子的每种尺寸的粒子的频度。
如图7所示，在信号强度大的情况下，其几乎均为粒径大的粒子。另一方面，在信号强度小的情况下，不仅含有粒径小的粒子，还包含穿过检测区域DA的中心以外的部分的粒径大的粒子及粒径中等的粒子。运算电路57基于电信号的峰强度，通过参照图7所示的直方图，来推测与该峰对应的粒子P的尺寸。
运算电路57按每个子区间对固定的动作期间中检测出的粒子P的个数进行计数。运算电路57按每个子区间，计算预先确定的平均质量与计数得到的个数的乘积，并将计算得到的每个子区间的乘积相加，由此分别计算PM2.5的质量浓度及PM10的质量浓度。
运算电路57例如以包含比较器等的1个以上的电子部件实现。例如，运算电路57也可以由MPU(Micro Processing Unit：微处理单元)等实现。运算电路57所进行的处理可以用硬件实现，也可以用由处理器执行的软件实现。
校正电路60基于第一粒径区间所含的第一粒子的粒子数推测第二粒径区间所含的第二粒子的粒子数，并基于推测出的粒子数进行第二粒径区间的质量浓度的校正。具体而言，校正电路60基于PM2.5所含的微小粒子的粒子数，推测PM10所含的粗大粒子的粒子数。校正电路60基于推测出的粗大粒子的粒子数来进行PM10的质量浓度的校正。
在本实施方式中，微小粒子的粒子数为分割PM2.5所得的多个子区间中的、最大粒径的子区间所含的粒子数。例如，图5所示的例子中的微小粒子的粒子数是粒径为1.0μm以上的第一子区间所含的粒子的粒子数。
校正电路60基于第一子区间所含的粒子的粒子数的含有率来推测粗大粒子的粒子数。含有率相当于第一子区间所含的粒子的粒子数与相当于PM2.5的所有粒子数的比例。
在本实施方式中，校正电路60大致进行2种校正。2种校正为对由信号处理电路50计算出的PM10的质量浓度进行校正的第一校正、以及对PM10粒子数的测量方法进行调整的第二校正。关于各校正处理的细节稍后进行说明。
校正电路60例如以1个以上的电子部件实现。例如，校正电路60也可以用MPU等实现。校正电路60所进行的动作可以用硬件实现，也可以用由处理器执行的软件实现。
[校正处理]
以下，对校正电路60所进行的校正处理进行说明。
首先，关于对PM10的质量浓度进行校正的第一校正，使用图8进行说明。图8是表示与PM2.5及PM10各自的粒径相对的浓度分布的图。在图8中，横轴表示粒径[μm]，纵轴表示质量浓度。
如图8所示，PM2.5的浓度分布与PM10的浓度分布存在重复的部分(阴影部分)。重复部分例如为相当于PM2.5的第一子区间的部分。
PM2.5的浓度分布与PM10的浓度分布存在相关关系。因此，能够基于相当于重复部分的第一子区间所含的微小粒子的粒子数的含有率，来推测PM10所含的粗大粒子的粒子数。例如，校正电路60具有存储表示含有率与粗大粒子的粒子数的对应关系的对应信息的存储器。校正电路60从该存储器读取对应信息，并参照读取的对应信息，由此基于微小粒子的粒子数的含有率进行粗大粒子的推测。
校正电路60基于推测出的粗大粒子的粒子数，对由运算电路57计算出的PM10的质量浓度进行校正。例如，校正电路60在基于推测出的粒子数的质量浓度与基于PM10粒子数的测量结果(即实测数)计算出的质量浓度产生了规定值以上的差异的情况下，校正电路60通过将推测结果与实测结果平均化来作为PM10的质量浓度的校正值进行输出。此外，校正值也可以不为推测结果与实测结果的平均，也可以为例如使推测结果的权重更强而得到的加权相加值。
另外，也可以在存储器中存储将推测出的粗大粒子的粒子数与质量浓度的校正值建立对应而得到的对应信息。校正电路60也可以从存储器读取该对应信息，并参照读取出的对应信息，由此根据推测出的粒子数决定质量浓度的校正值并输出。此外，例如能够通过在判明了PM10的质量浓度的环境下获得基于PM2.5粒子数的推测值，来预先生成对应信息。
接着，就针对粒子数的测量方法的第二校正的细节进行说明。
＜测量期间的校正(第一例)＞
首先，就针对粒子数的测量处理的校正的第一例，使用图9进行说明。
图9是表示粗大粒子的粒子数的测量期间的调整例作为本实施方式的粒子检测传感器1的校正的第一例的图。校正电路60基于推测出的粗大粒子的粒子数，变更PM10粒子数的测量期间即第二期间的长度。
在本实施方式的粒子检测传感器1中，如图9所示，按序进行微小粒子的粒子数的测量、粗大粒子的粒子数的测量、PM2.5的质量浓度的计算、及PM10的质量浓度的计算。微小粒子的粒子数的测量相当于用以计算PM2.5的质量浓度的第一期间。粗大粒子的粒子数的测量相当于用以计算PM10的质量浓度的第二期间。
在本实施方式中，如图9所示，校正电路60在推测出的粒子数少的情况下，与推测出的粒子数多的情况相比，延长第二期间。由此，易于将检测的粗大粒子的数量(检测数)确保为固定数以上，因此能够精度良好地测量粗大粒子的粒子数，能够精度良好地计算PM10的质量浓度。
此外，在推测出的粒子数多的情况下，即便不延长第二期间，也能够确保固定数以上的粗大粒子的检测数。因此，能够精度良好地测量粗大粒子的粒子数，能够精度良好地计算PM10的质量浓度。另外，能够缩短从测量粒子数至计算质量浓度所需的时间。
＜平均化的循环次数的校正(第二例)＞
接着，就针对粒子数的测量处理的校正的第二例，使用图10进行说明。
图10是表示运算质量浓度时的平均化的循环次数的调整例作为本实施方式的粒子检测传感器1的校正的第二例的图。校正电路60基于推测出的粗大粒子的粒子数来变更运算PM10的质量浓度时的平均化的循环次数。
在本实施方式的粒子检测传感器1中，如图10所示，将微小粒子的粒子数的测量、粗大粒子的粒子数的测量、PM2.5的质量浓度的计算、及PM10的质量浓度的计算作为1次循环，该循环被重复进行多次。通过将多次循环的每次循环计算的质量浓度进行平均化，来计算质量浓度。
具体而言，运算电路57将基于在粗大粒子的测量期间获得的电信号(第二信号)计算PM10的质量浓度的处理重复进行规定次数，并将获得的规定次数的质量浓度平均化，由此计算PM10的质量浓度。校正电路60变更平均化的次数即循环次数。
在本实施方式中，如图10所示，校正电路60在推测出的粒子数少的情况下，与推测出的粒子数多的情况相比，增加循环次数。例如，在图10中示出了以下例子：在推测出的粒子数多的情况下，循环次数为3次，相对地，在推测出的粒子数少的情况下，循环次数为6次。此外，循环次数的具体数值例并不限定于这些。
由此，在平均化的假定之下，易于将检测的粗大粒子的数量(检测数)确保为固定数以上，因此能够精度良好地测量粗大粒子的粒子数，能够精度良好地计算PM10的质量浓度。
此外，运算电路57在PM2.5的质量浓度的情况下也同样。此时，关于平均化的循环次数，在PM2.5时与PM10时可以相同，也可以不同。例如，PM2.5时的循环次数也可以不拘于推测出的粒子数而始终固定。
＜引导量的校正(第三例)＞
接着，就针对粒子数的测量处理的校正的第三例，使用图11进行说明。
图11是表示对象流体的引导量的调整例作为本实施方式的粒子检测传感器1的校正的第三例的图。校正电路60变更在粗大粒子的测量期间即第二期间内由引导装置40引导的对象流体的引导量。
在本实施方式中，引导装置40为用以将气体引入壳体10的内部的送风机构。因此，校正电路60将吸气量作为引导量来进行变更。例如，在引导装置40为电阻元件来利用因发热引起的上升气流的情况下，校正电路60通过调整流通于电阻元件的电流来调整发热量。例如，校正电路60能够通过增加电流流通，增加发热量，来使上升气流增强，增加吸气量。
如图11所示，校正电路60在推测出的粒子数少的情况下，与推测出的粒子数多的情况相比，使吸气量增加。由此，1次测量中引入的气体量增加，因此也能够使气体所含的粒子数增加。因此，能够确保固定数以上的粗大粒子的检测数。因此，能够精度良好地测量粗大粒子的粒子数，能够精度良好地计算PM10的质量浓度。
在PM10粒子数的测量方法的第二校正中，也可以进行上述的第一例～第三例的全部，也可以仅进行1个。另外，也可以进行PM10粒子数的测量方法的第二校正以及PM10的质量浓度的第一校正这两方，也可以仅进行任一方。
[效果等]
如以上所述，本实施方式的粒子检测传感器1是检测对象流体所含的粒子的粒子检测传感器，具备：投光部20，其朝检测区域DA射出光；以及受光部30，其对投光部20射出的光L1具有受光灵敏度，通过对穿过检测区域DA的粒子所引起的光的散射光L2进行光电转换，来产生并输出电信号。粒子检测传感器1还具备：信号处理电路50，其基于电信号，计算包含微小粒子的第一粒径区间的第一质量浓度(例如PM2.5的质量浓度)、以及包含微小粒子和大于该微小粒子的粗大粒子的第二粒径区间的第二质量浓度(例如PM10的质量浓度)；以及校正电路60，其基于微小粒子的粒子数来推测粗大粒子的粒子数，并基于推测出的粒子数进行第二质量浓度的校正。
由此，能够容易地测量固定数以上的粒子数，并由于基于精度良好地测量出的微小粒子的粒子数来推测粗大粒子的粒子数，因而粗大粒子的粒子数的推测精度也变高。根据本实施方式，由于基于推测结果对PM10的质量浓度进行校正，因此PM10的质量浓度的测量精度也提高。因此，不仅是PM2.5，PM10的质量浓度也能够精度良好地测量。如此，根据本实施方式的粒子检测传感器1，能够精度良好地测量多个粒径区间的质量浓度。
另外，例如，微小粒子的粒子数为第一粒径区间分割成的多个子区间中的、最大粒径的子区间所含的粒子数。校正电路60基于微小粒子的粒子数的含有率来推测粗大粒子的粒子数。
由此，由于PM2.5的最大粒径的子区间的粒子数的含有率与PM10所含的粗大粒子的粒子数存在相关关系，因此能够基于该相关关系来精度良好地推测粗大粒子的粒子数。由于粗大粒子的粒子数的推测精度提高，因此PM10的质量浓度的测量精度也提高。因此，不仅是PM2.5，PM10的质量浓度也能够精度良好地测量。
另外，例如，信号处理电路50基于电信号中的与第一期间对应的第一信号来计算PM2.5的质量浓度，且基于电信号中的与不同于第一期间的第二期间对应的第二信号来计算PM10的质量浓度。
由此，能够以时间序列计算PM2.5的质量浓度和PM10的质量浓度。由于能够获得PM10的质量浓度的实测值，因此校正的精度提高。因此，不仅是PM2.5，PM10的质量浓度也能够精度良好地测量。
另外，例如，作为校正，校正电路60基于推测出的粒子数，来对基于第二信号计算出的PM10的质量浓度进行校正。
由此，由于对PM10的质量浓度的运算结果进行校正，因此能够精度良好地测量PM10的质量浓度。
另外，例如，作为校正，校正电路60基于推测出的粒子数来变更粗大粒子的测量期间的长度。
由此，能够延长粗大粒子的测量所需的时间，因此易于将粗大粒子的粒子数确保为固定数以上。因此，不仅是PM2.5，PM10的质量浓度也能够精度良好地测量。
另外，例如，信号处理电路50将基于第二信号计算PM10的质量浓度的处理重复进行规定次数，并将获得的规定次数的质量浓度平均化，由此计算PM10的质量浓度。作为校正，校正电路60变更上述重复的次数(即循环次数)。
由此，能够延长计算PM10的质量浓度时的平均化周期，因此易于将粗大粒子的粒子数确保为固定数以上。因此，不仅是PM2.5，PM10的质量浓度也能够精度良好地测量。
另外，例如，粒子检测传感器1还具备朝检测区域DA引导对象流体的引导装置40。作为校正，校正电路60变更在第二期间内由引导装置40引导的对象流体的引导量。
由此，由于测量粗大粒子的粒子数时引导的气体量增加，因此易于将粗大粒子的粒子数确保为固定数以上。因此，不仅是PM2.5，PM10的质量浓度也能够精度良好地测量。
(其它)
以上，关于本发明的粒子检测传感器，基于上述实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中，说明了对象流体为气体的情况，但并不限定于此。对象流体也可以为水等液体。粒子检测传感器1检测水等液体中所含的粒子，并计算质量浓度。此时，粒子检测传感器1具有防止安装在壳体10的外侧面的信号处理电路50与液体接触的防水机构。防水机构例如为被设置为覆盖信号处理电路50的金属制的密封构件。该密封构件例如通过焊接等无间隙地固定于壳体10。
另外，例如，在粒子检测传感器1中，也可以不进行PM10粒子数的测量。具体而言，信号处理电路50也可以按序进行微小粒子的测量、PM2.5的质量浓度的运算、以及PM10的质量浓度的运算。在PM10的质量浓度的运算中，也可以使用基于PM2.5所含的微小粒子的粒子数的含有率推测出的粗大粒子的粒子数，来计算PM10的质量浓度。
另外，例如，校正电路60也可以基于PM2.5所含的微小粒子的所有粒子数而非PM2.5的最大粒径的子区间，来推测粗大粒子的粒子数。
另外，例如，粒子检测传感器1也可以不具备引导装置40。例如，粒子检测传感器1也可以配置在气流朝固定方向流动的场所，并配置为流入口11位于气流的上游侧，流出口12位于下游侧。
另外，例如，在上述实施方式中示出了投光部20及受光部30各自具备透镜的例子，但不限定于此。例如，投光部20及受光部30中的至少一方也可以具备反射镜(反射体)以代替透镜。
此外，粒子检测传感器1例如搭载于空调、空气净化机、换气扇等各种家电设备等。各种家电设备也可以根据由粒子检测传感器1检测出的粒子的质量浓度，来控制其动作。例如，空气净化机也可以在粒子的质量浓度大于规定的阈值的情况下，增强运转强度(具体而言为空气净化力)。
此外，对各实施方式实施本领域技术人员能想到的各种变形而获得的形态、通过在未脱离本发明主旨的范围内任意组合各实施方式中的结构要素及功能而实现的形态也包含于本发明。
附图标记说明
1：粒子检测传感器；20：投光部；30：受光部；40：引导装置；50：信号处理电路；60：校正电路；DA：检测区域；L1：光；L2：散射光。

Claims (7)

1.一种粒子检测传感器，其检测对象流体所含的粒子，该粒子检测传感器具备：
投光部，其朝检测区域射出光；
受光部，其对所述投光部射出的光具有受光灵敏度，通过对穿过所述检测区域的粒子所引起的所述光的散射光进行光电转换，来产生并输出电信号；
信号处理电路，其基于所述电信号，计算包含第一粒子的第一粒径区间的第一质量浓度、及包含所述第一粒子和大于该第一粒子的第二粒子的第二粒径区间的第二质量浓度；以及
校正电路，其基于所述第一粒子的粒子数来推测所述第二粒子的粒子数，并基于推测出的粒子数进行所述第二质量浓度的校正，
其中，所述第一粒径区间是与所述第二粒径区间不同的区间。
2.根据权利要求1所述的粒子检测传感器，其特征在于，
所述第一粒子的粒子数为所述第一粒径区间分割成的多个子区间中的最大粒径的子区间所含的粒子数，
所述校正电路基于所述第一粒子的粒子数的含有率来推测所述第二粒子的粒子数。
3.根据权利要求1或2所述的粒子检测传感器，其特征在于，
所述信号处理电路基于所述电信号中的与第一期间对应的第一信号来计算所述第一质量浓度，且
基于所述电信号中的与不同于所述第一期间的第二期间对应的第二信号来计算所述第二质量浓度。
4.根据权利要求3所述的粒子检测传感器，其特征在于，
作为所述校正，所述校正电路基于推测出的粒子数，来对基于所述第二信号计算出的第二质量浓度进行校正。
5.根据权利要求3所述的粒子检测传感器，其特征在于，
作为所述校正，所述校正电路基于推测出的粒子数来变更所述第二期间的长度。
6.根据权利要求3所述的粒子检测传感器，其特征在于，
所述信号处理电路将基于所述第二信号计算所述第二质量浓度的处理重复进行规定次数，并将获得的规定次数的质量浓度平均化，由此计算所述第二质量浓度，
作为所述校正，所述校正电路变更所述规定次数。
7.根据权利要求3所述的粒子检测传感器，其特征在于，
还具备引导装置，该引导装置朝所述检测区域引导所述对象流体，
作为所述校正，所述校正电路变更在所述第二期间内由所述引导装置引导的所述对象流体的引导量。
CN201980009433.4A 2018-02-27 2019-01-23 粒子检测传感器 Active CN111630365B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018033439 2018-02-27
JP2018-033439 2018-02-27
PCT/JP2019/002077 WO2019167485A1 (ja) 2018-02-27 2019-01-23 粒子検出センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111630365A CN111630365A (zh) 2020-09-04
CN111630365B true CN111630365B (zh) 2023-02-24

Family

ID=67808827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980009433.4A Active CN111630365B (zh) 2018-02-27 2019-01-23 粒子检测传感器

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6883770B2 (zh)
KR (1) KR102321560B1 (zh)
CN (1) CN111630365B (zh)
TW (1) TW201939009A (zh)
WO (1) WO2019167485A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10935480B1 (en) 2018-09-26 2021-03-02 Airviz Inc. Optical-particle sensor head
WO2021129919A1 (en) * 2019-12-23 2021-07-01 Robert Bosch Gmbh Gaseous fluid monitor and method for monitoring properties of gaseous fluid
TWI735191B (zh) * 2020-03-27 2021-08-01 國立陽明交通大學 光達除霧系統與方法
TWI739528B (zh) * 2020-07-24 2021-09-11 熱映光電股份有限公司 氣體檢測裝置
KR102681896B1 (ko) * 2022-03-21 2024-07-05 (주)인프라칩 미세먼지농도 감지 방법 및 장치

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3609043A (en) * 1968-11-19 1971-09-28 Parker Hannifin Corp Spray droplet analyzer
US3936666A (en) * 1974-09-16 1976-02-03 Coulter Electronics, Inc. Apparatus for measuring a particle size dividing one of the mass or particle number of a particulate system into predetermined fractions
JPH04184144A (ja) * 1990-11-17 1992-07-01 Horiba Ltd 粒度分布解析方法
EP0990888A2 (en) * 1998-09-29 2000-04-05 Horiba, Ltd. Apparatus and method for measuring a particle size distribution
JP2000199739A (ja) * 1998-10-30 2000-07-18 Horiba Ltd 粒子径分布解析方法
JP2001141639A (ja) * 1999-11-16 2001-05-25 Natl Aerospace Lab 粒径分布測定装置
JP2001337028A (ja) * 2000-05-30 2001-12-07 Nikkiso Co Ltd 粒度分布測定方法および装置
JP2010048573A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Shimadzu Corp 粒子径測定装置及び粒子径測定方法
CN203929579U (zh) * 2014-04-11 2014-11-05 苏州宏瑞净化科技有限公司 一种双通道大流量尘埃粒子传感器
JP2015072135A (ja) * 2013-10-01 2015-04-16 東邦チタニウム株式会社 粒度分布測定方法
JP2015210188A (ja) * 2014-04-25 2015-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 粒子測定装置
WO2016067484A1 (ja) * 2014-10-31 2016-05-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 粒子検出センサ
CN106018223A (zh) * 2016-05-24 2016-10-12 深圳市蜂联科技有限公司 一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718788B2 (ja) * 1988-11-08 1995-03-06 富士電機株式会社 光学的微粒子測定装置
JP3672158B2 (ja) * 1997-03-10 2005-07-13 富士電機システムズ株式会社 濁度の測定方法および装置
JP5212224B2 (ja) * 2009-03-31 2013-06-19 トヨタ自動車株式会社 粒径分布モデル作成方法、当該粒径分布モデル作成方法を用いた燃料電池触媒の劣化予測方法、及び当該燃料電池触媒の劣化予測方法を用いた燃料電池の制御方法
KR100962541B1 (ko) 2010-02-11 2010-06-14 한은정 액중 미립자 측정기의 교정 방법
JP5950319B2 (ja) * 2010-06-15 2016-07-13 新日本空調株式会社 パーティクル濃度測定装置
US8854621B1 (en) * 2012-08-29 2014-10-07 University Of South Florida Systems and methods for determining nanoparticle dimensions
JP6207722B2 (ja) 2014-04-08 2017-10-04 三菱電機株式会社 浮遊粒子検出装置
JP6233711B2 (ja) 2014-04-25 2017-11-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 粒子測定装置
JP6936229B2 (ja) * 2015-09-23 2021-09-15 マルバーン パナリティカル リミテッド 粒子特性評価
JP6738993B2 (ja) 2016-04-06 2020-08-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 微粒子検知装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3609043A (en) * 1968-11-19 1971-09-28 Parker Hannifin Corp Spray droplet analyzer
US3936666A (en) * 1974-09-16 1976-02-03 Coulter Electronics, Inc. Apparatus for measuring a particle size dividing one of the mass or particle number of a particulate system into predetermined fractions
JPH04184144A (ja) * 1990-11-17 1992-07-01 Horiba Ltd 粒度分布解析方法
EP0990888A2 (en) * 1998-09-29 2000-04-05 Horiba, Ltd. Apparatus and method for measuring a particle size distribution
JP2000199739A (ja) * 1998-10-30 2000-07-18 Horiba Ltd 粒子径分布解析方法
JP2001141639A (ja) * 1999-11-16 2001-05-25 Natl Aerospace Lab 粒径分布測定装置
JP2001337028A (ja) * 2000-05-30 2001-12-07 Nikkiso Co Ltd 粒度分布測定方法および装置
JP2010048573A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Shimadzu Corp 粒子径測定装置及び粒子径測定方法
JP2015072135A (ja) * 2013-10-01 2015-04-16 東邦チタニウム株式会社 粒度分布測定方法
CN203929579U (zh) * 2014-04-11 2014-11-05 苏州宏瑞净化科技有限公司 一种双通道大流量尘埃粒子传感器
JP2015210188A (ja) * 2014-04-25 2015-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 粒子測定装置
WO2016067484A1 (ja) * 2014-10-31 2016-05-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 粒子検出センサ
CN106574898A (zh) * 2014-10-31 2017-04-19 松下知识产权经营株式会社 粒子检测传感器
CN106018223A (zh) * 2016-05-24 2016-10-12 深圳市蜂联科技有限公司 一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
可吸入颗粒物浓度监测方法的探究;王登山等;《洁净与空调技术》;20150317(第01期);第112-114页 *
基于光散射的粒子测量方法综述;叶超等;《激光与红外》;20150420(第04期);第444-445页 *
角散射低质量浓度烟尘在线测量系统设计;于天泽等;《光学仪器》;20180215(第01期);第12-16页 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6883770B2 (ja) 2021-06-09
KR102321560B1 (ko) 2021-11-03
CN111630365A (zh) 2020-09-04
WO2019167485A1 (ja) 2019-09-06
JPWO2019167485A1 (ja) 2020-12-03
TW201939009A (zh) 2019-10-01
KR20200099588A (ko) 2020-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111630365B (zh) 粒子检测传感器
US20200011779A1 (en) Highly integrated optical particle counter (opc)
KR101913973B1 (ko) 입자 검출 센서
RU2351918C2 (ru) Способ оценки сигнала рассеянного света и детектор рессеянного света для осуществления способа
CN109959592B (zh) 灰尘传感器
WO2018045768A1 (zh) 家用电器、粉尘传感器及其标定方法、标定装置
CN111051851B (zh) 粒子检测传感器
KR102017257B1 (ko) 입자 크기별 계수가 가능한 소형 광학식 미세 먼지 센서
JP2006189337A (ja) 微粒子測定装置
KR102490311B1 (ko) 먼지 센서
JP2015210189A (ja) 粒子測定装置
JP2010160750A (ja) 煙感知器
CN111051853B (zh) 粒子检测系统以及粒子检测方法
JP7110852B2 (ja) 粒子センサおよび電子機器
KR200381009Y1 (ko) 광학식 미세먼지검출장치
JP2019158723A (ja) 粒子センサ及びそれを備えた電子機器並びに粒子情報検出方法
JP2019008595A (ja) 煙感知装置、コンセント、照明器具及びパワーコンディショナー
KR20180113341A (ko) 입자 센싱 장치
WO2019176609A1 (ja) 粒子センサおよび電子機器
JP5907498B1 (ja) 粒子検出センサ
WO2022210258A1 (ja) 煙感知器
CN208607120U (zh) 一种具有零点参考校准模块的粒子传感器
KR20220094244A (ko) 온도 보정이 가능한 소형 광학식 미세먼지센서 및 이를 이용한 보정 방법

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant