CN116698692A - 一种颗粒物探测器及颗粒物探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒物探测器及颗粒物探测方法，涉及测量领域，当颗粒物探测器所处环境中的颗粒物浓度不同时颗粒物散射到SPAD器件上的光子数量也不同，因此直方图处理电路基于SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成的直方图也不同，因此处理器可根据直方图的信息确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物浓度。激光发光器件自身的发光效率较高，因此利用激光发光器件作为激光光源不需要提高其发射光束的强度和时间；SPAD器件的光电转换效率较高，因此利用SPAD器件作为接收端不需要使用后级放大电路，成本相对降低，精度和灵敏度都有所提高，且体积小。

Description

一种颗粒物探测器及颗粒物探测方法

技术领域

本发明涉及测量领域，特别是涉及一种颗粒物探测器及颗粒物探测方法。

背景技术

目前对烟雾和粉尘等颗粒物进行探测的颗粒物探测器常使用LED（LightEmitting Diode，发光二极管）作为发射端，将PD（Photo-Diode，光电二极管）作为接收端。当空气中有烟雾或粉尘等颗粒物时，颗粒物会散射LED发射的光束，使得PD接收到的散射光信号增强，处理器基于PD接收到的散射光信号的强弱来判断空气中颗粒物的浓度。

但是光电二极管PD的灵敏度和增益都比较低，一方面需要提高LED发射的光束的强度和时间，导致功耗和成本随之增大；另一方面，需要使用后级放大电路对PD的输出信号进行放大，以便处理器判断空气中颗粒物的浓度，但是这无疑引入了新的噪声，同时还增加了成本。此外，由于LED与PD自身尺寸较大，因此颗粒物探测器的整体体积也受到限制，不利用产品小型化。

发明内容

本发明的目的是提供一种颗粒物探测器及颗粒物探测方法，能够降低功耗和成本，提高颗粒物探测精度和灵敏度，且保证颗粒物探测器的小型化。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种颗粒物探测器，包括激光发光器件、SPAD器件、激光驱动电路、直方图处理电路、淬灭电路、处理器、封闭腔室和颗粒物聚集腔体；

所述激光发光器件和所述SPAD器件均位于所述封闭腔室内，所述颗粒物聚集腔体为中空结构以便所述颗粒物聚集在所述颗粒物聚集腔体内，所述颗粒物聚集腔体中靠近所述激光发光器件的光束发射端的前壁的材质为光束可穿透的材质，所述颗粒物聚集腔体中远离所述激光发光器件的光束发射端的后壁的材质为低光反射率的材质；

所述激光发光器件用于根据所述激光驱动电路的驱动向所述颗粒物聚集腔体发射激光；

所述SPAD器件用于接收所述颗粒物聚集腔体中的颗粒物反射回的光子，从而生成雪崩电流；

所述淬灭电路用于将所述雪崩电流淬灭；

所述直方图处理电路用于基于所述SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成直方图；

所述处理器用于控制所述激光驱动电路工作，并根据所述直方图的特征信息计算信噪比，并根据所述信噪比确定所述颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度，所述信噪比与所述颗粒物的浓度成正比关系。

优选的，还包括：

报警模块，用于在接收到所述处理器发送的报警信号时进行报警；

所述处理器还用于在所述信噪比大于预设阈值时生成所述报警信号。

优选的，所述颗粒物聚集腔体中远离所述激光发光器件的光束发射端的后壁上设有吸光涂层。

优选的，所述处理器还用于确定所述直方图的半高宽和波峰峰值，将所述波峰峰值除以所述半高宽之商作为颗粒物区分值，根据所述颗粒物区分值是否位于预设待检测颗粒物区分区间内确定已确定所述浓度的颗粒物是否为待检测颗粒物。

优选的，所述激光发光器件为垂直腔面发射激光器或边发射激光器。

优选的，所述直方图处理电路包括时间数字转换器和统计直方图生成电路；

所述时间数字转换器用于将所述电压脉冲信号转换为时间信号，所述时间信号表征光子飞行时间；

所述统计直方图生成电路用于根据所述光子飞行时间和所述SPAD器件在预设时间段内被光子触发的次数生成所述直方图。

优选的，所述激光发光器件、所述SPAD器件、所述激光驱动电路、所述直方图处理电路、所述淬灭电路以及所述处理器封装在一个模组内；所述模组和所述颗粒物聚集腔体均位于所述封闭腔室内。

优选的，在所述激光发光器件和所述SPAD器件均设置于所述封闭腔室的后壁，且所述激光发光器件的光束发射端的延长线和所述SPAD器件的光子接收端的延长线之间的夹角呈锐角时，所述颗粒物聚集腔体具体位于所述封闭腔室的前壁上；

在所述激光发光器件和所述SPAD器件均设置于所述封闭腔室的底部，且所述激光发光器件的光束发射端的延长线和所述SPAD器件的光子接收端的延长线之间的夹角呈钝角时，所述颗粒物聚集腔体具体位于封闭腔室的顶壁上。

为解决上述技术问题本申请还提供了一种颗粒物探测方法，应用于上述任一的颗粒物探测器中的处理器上，所述颗粒物探测方法包括：

控制所述颗粒物探测器中的激光驱动电路驱动所述颗粒物探测器中的激光发光器件向所述颗粒物探测器中的颗粒物聚集腔体发射激光，所述颗粒物探测器中的SPAD器件开始曝光；

控制激光驱动电路停止驱动激光发光器件向颗粒物聚集腔体发射激光，SPAD器件停止曝光；

获取直方图，所述直方图是颗粒物探测器中的直方图处理电路基于SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值生成的；所述预设时间段指所述SPAD器件从开始曝光到停止曝光的时间段；

根据所述直方图的特征信息计算信噪比，根据所述信噪比确定所述颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度，所述信噪比与所述颗粒物的浓度成正比关系。

优选的，在根据所述信噪比确定所述颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度之后，还包括：

在所述信噪比大于预设阈值时控制生成报警信号，以便所述颗粒物探测器中的报警模块报警。

本发明的有益效果在于提供了一种颗粒物探测器及颗粒物探测方法，颗粒物探测器包括激光发光器件、SPAD器件、激光驱动电路、直方图处理电路、淬灭电路、处理器、封闭腔室和颗粒物聚集腔体。当颗粒物探测器所处环境中的颗粒物浓度不同时颗粒物散射到SPAD器件上的光子数量也不同，因此直方图处理电路基于SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成的直方图也不同，因此处理器可根据直方图的信息确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物浓度。激光发光器件自身的发光效率较高，因此利用激光发光器件作为激光光源不需要提高其发射光束的强度和时间；SPAD器件的光电转换效率较高，因此利用SPAD器件作为接收端不需要使用后级放大电路，成本相对降低，精度和灵敏度都有所提高，且体积小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种颗粒物探测器的第一结构示意图；

图2为本发明提供的一种颗粒物探测器生成的直方图；

图3为本发明提供的一种颗粒物探测器的探测方法流程图；

图4为本发明提供的颗粒物探测器中的信号整形电路的电路图；

图5为本发明提供的一种颗粒物探测方法的流程图；

图6为本发明提供的一种颗粒物探测器的第二结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种颗粒物探测器及颗粒物探测方法，能够降低功耗和成本，提高颗粒物探测精度和灵敏度，且保证颗粒物探测器的小型化。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图6，图6为本发明提供的一种颗粒物探测器的第二结构示意图，该颗粒物探测器包括激光发光器件1、SPAD器件2、激光驱动电路3、直方图处理电路5、淬灭电路4、处理器6、封闭腔室7和颗粒物聚集腔体8。其中，激光发光器件1、SPAD器件2、激光驱动电路3、直方图处理电路5、淬灭电路4、处理器6的电路连接结构参见图1。

激光发光器件1和SPAD器件2均位于封闭腔室7内，颗粒物聚集腔体8为中空结构以便颗粒物聚集在颗粒物聚集腔体8内，颗粒物聚集腔体8中靠近激光发光器件1的光束发射端的前壁81的材质为光束可穿透的材质，颗粒物聚集腔体8中远离激光发光器件1的光束发射端的后壁82的材质为低光反射率的材质；

激光发光器件1用于根据激光驱动电路3的驱动向颗粒物聚集腔体8发射激光；

SPAD器件2用于接收颗粒物聚集腔体8中的颗粒物反射回的光子，从而生成雪崩电流；

淬灭电路4用于将雪崩电流淬灭；

直方图处理电路5用于基于SPAD器件2在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成直方图；

处理器6用于控制激光驱动电路3工作，并根据直方图的特征信息计算信噪比，并根据信噪比确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度，信噪比与颗粒物的浓度成正比关系。

为解决相关技术中颗粒物探测器使用LED和PD进行颗粒物探测带来的成本高、体积大以及引入噪声导致颗粒物探测灵敏度和精度不高的问题，本申请提供了一种将激光发光器件1作为颗粒物探测器的发射端，将SPAD器件2作为颗粒物探测器的接收端的颗粒物探测器。并且相关技术中直接根据PD输出的电流的大小对颗粒物浓度进行简单判断，只能提供一个维度的信息，必须设置能够屏蔽外界光的屏蔽罩，否则会受到外界环境光的干扰。而在本申请中利用直方图处理电路5基于SPAD器件2被光子触发得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成直方图，直方图能够体现时间和强度两个维度的信息，时间对应反射物距离，强度对应颗粒物浓度。请参照图2，图2为本发明提供的一种颗粒物探测器生成的直方图。因此利用直方图信息确定颗粒物浓度能够更加精准，并且利用直方图的信噪比确定颗粒物浓度能够消除环境光带来的影响。

具体的，由于激光发光器件1自身的发光效率比较高，因此使用激光发光器件1作为激光光源时不需要提高发射光束的强度和时长。激光发光器件1可以为垂直腔面发射激光器或边发射激光器，本申请对此不作特别限定。由于SPAD器件2的光电转换效率较高，因此利用SPAD器件2作为接收端不需要使用后级放大电路，不会引入新的噪声，能够降低成本，提高精度和灵敏度。另外，由于激光发光器件1和SPAD器件2自身的尺寸相对于相关技术中的LED和PD的尺寸而言相对较小，因此可以减小颗粒物探测器的整体体积，更容易实现颗粒物探测器的小型化。

为了使激光发光器件1和SPAD器件2能够正常工作还设置有激光驱动电路3和淬灭电路4。处理器6能够控制激光驱动电路3是否工作，当处理器6控制激光驱动电路3开始工作后激光发光器件1会被激光驱动电路3驱动从而向颗粒物聚集腔体8发射激光。并且激光驱动电路3可以调整激光发光器件1的发光功率、发光时间间隔以及发光脉冲宽度等参数。SPAD器件2被光子触发后会生成雪崩电流，为了保证SPAD器件2下一次仍能够被光子触发，需要淬灭电路4将雪崩电流淬灭。淬灭电路4可以是一个电路，也可以仅是一个电阻。

请参照图6，颗粒物聚集腔体8为中空结构，因此烟尘等颗粒物能够自由进入并聚集在颗粒物聚集腔体8中。颗粒物聚集腔体8包括前壁81和后壁82，前壁81的材质要求为光束可以穿透的材质，以便激光发光器件1发射的光束能够穿过颗粒物聚集腔体8的前壁81后再被颗粒物聚集腔体8内的颗粒物反射至SPAD器件2；后壁82的材质要求为低光反射率的材质，例如在后壁82上增加吸光涂层等，避免后壁82将光束反射至SPAD器件2进而影响直方图中的信息以及最终的颗粒物浓度的判断。在SPAD器件2和颗粒物聚集腔体8之间形成一个封闭腔室7，能够避免外部颗粒物对激光发光器件1和SPAD器件2自身性能造成的影响，保证颗粒物浓度探测的精准度。

直方图处理电路5基于SPAD器件2在预设时间段内被光子触发得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成直方图，直方图通常用来测距，在本申请利用直方图能够体现时间和强度两个维度的信息的特点，也即直方图的时间可以对应反射物距离，直方图的强度可以对应颗粒物浓度的特点，利用直方图进行颗粒物浓度探测。处理器6获取直方图处理电路5生成的直方图，并根据直方图的特征信息确定直方图的信噪比（例如通过直方图的波峰峰值和底噪确定直方图的信噪比）。由于直方图的纵轴代表强度对应颗粒物的浓度，因此直方图的信噪比与颗粒物的浓度呈正比关系，基于信噪比便能确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度。

还需要说明的是，外界环境光的干扰以及部分非欲探测的颗粒物的干扰带来的反射光，能够体现在直方图的底噪上，因此通过计算直方图的信噪比并基于信噪比确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度能够消除这些干扰对颗粒物浓度探测带来的干扰。

综上，本发明提供了一种颗粒物探测器，当颗粒物探测器所处环境中的颗粒物浓度不同时颗粒物散射到SPAD器件2上的光子数量也不同，因此直方图处理电路5基于SPAD器件2在预设时间段内被光子触发得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成的直方图也不同，因此处理器6可根据直方图的信息确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物浓度。激光发光器件1自身的发光效率较高，因此利用激光发光器件1作为激光光源不需要提高其发射光束的强度和时间；SPAD器件2的光电转换效率较高，因此利用SPAD器件2作为接收端不需要使用后级放大电路，成本相对降低，精度和灵敏度都有所提高，且体积小。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，还包括：

报警模块9，用于在接收到处理器6发送的报警信号时进行报警；

处理器6还用于在信噪比大于预设阈值时生成报警信号。

考虑到在实际应用中颗粒物浓度过高时会带来一定的安全隐患，为了提醒使用者及时发现及时处理，在本实施例中还设置有报警模块9。处理器6确定直方图处理电路5生成的直方图的信噪比大于预设阈值时，表示颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度已经偏高，因此处理器6向报警模块9发送报警信号。当报警模块9接收到报警信号之后便立刻进行报警，以及时提醒使用者。报警模块9可以为蜂鸣器等，预设阈值可根据实际需求进行调整，本申请对此不作特别限定。

作为一种优选的实施例，处理器6还用于确定直方图的半高宽和波峰峰值，将波峰峰值除以半高宽之商作为颗粒物区分值，根据颗粒物区分值是否位于预设待检测颗粒物区分区间内确定已确定浓度的颗粒物是否为待检测颗粒物。

考虑到实际应用中，颗粒物探测器所在的环境中存在的颗粒物的种类繁多，其中包含欲探测浓度的颗粒物，还包含干扰的颗粒物。本申请考虑到不同种类的颗粒物存在不同的反射特征，并且其反射特征能够体现在直方图的波峰峰值和半高宽上，因此处理器6在获取到直方图之后还确定了直方图的半高宽和波峰峰值。处理器6将直方图的波峰峰值除以半高宽之商作为颗粒物区分值，预先在处理器6中存储有待检测颗粒物对应的预设待检测颗粒物区分区间，当颗粒物区分值位于该区分区间内时则确定目前确定浓度的颗粒物是待检测颗粒物。预设待检测颗粒物区分区间可以根据实际实验进行设置和修正，通过改变预设待检测颗粒物区分区间的边界值和区间长度能够实现对更多种颗粒物的区分。

请参照图3，图3为本发明提供的一种颗粒物探测器的探测方法流程图。待检测颗粒物为黑烟或白烟，水蒸气、雾气、油烟以及粉尘等不是待检测颗粒物，待检测颗粒物对应的颗粒物区分区间为9到10。当处理器6确定直方图的信噪比超过预设阈值，但是颗粒物区分值不在9到10之间时可以不进行报警；当直方图的信噪比超过预设阈值且颗粒物区分值处于9到10之间时在进行报警。

综上，在本实施例中利用直方图的波峰峰值和半高宽能够区分多种颗粒物，从而确定已经确定浓度的颗粒物是否为待检测颗粒物，便于后续进行报警处理等操作。

作为一种优选的实施例，直方图处理电路5包括时间数字转换器和统计直方图生成电路；

时间数字转换器用于将电压脉冲信号转换为时间信号，时间信号表征光子飞行时间；

统计直方图生成电路用于根据光子飞行时间和SPAD器件2在预设时间段内被光子触发的次数生成直方图。

在本实施例中直方图处理电路5包括TDC（Time-Digital Converter，时间数字转换器）以及统计直方图生成电路。TDC所需的电压脉冲信号可通过信号整形电路51得到，信号整形电路51将SPAD器件2被光子触发后生成的雪崩电流转化为电压脉冲信号，信号整形电路51的电路结构可以参照图4，图4为本发明提供的颗粒物探测器中的信号整形电路51的电路图；然后由时间数字转换器将电压脉冲信号转换为时间信号，并且该时间信号能够表征光子的飞行时间；最终由统计直方图电路根据光子飞行时间以及SPAD器件2在预设时间段内被光子触发的次数生成直方图。直方图能够体现时间和强度两个维度的信息，时间可以对应反射物距离，直方图的强度可以对应颗粒物浓度。

作为一种优选的实施例，激光发光器件1、SPAD器件2、激光驱动电路3、直方图处理电路5、淬灭电路4以及处理器6封装在一个模组10内；模组10和颗粒物聚集腔体8均位于封闭腔室7内。

在本实施例中激光发光器件1、SPAD器件2、激光驱动电路3、直方图处理电路5、淬灭电路4以及处理器6均被封装在一个模组10内，也即在实际生产时会将上述各个部件均设置连接好之后封装在模组10内，然后将模组10和颗粒物聚集腔体8设置于封闭腔室7内。因此使用者购买以及使用时，只需要封装好的颗粒物探测器即可，并且当颗粒物探测器中的部件发生故障时也只需替换模组10、颗粒物聚集腔体8或封闭腔室7中的一个或多个即可，使用更加方便，成本更低。

作为一种优选的实施例，在激光发光器件1和SPAD器件2均设置于封闭腔室7的后壁82，且激光发光器件1的光束发射端的延长线和SPAD器件2的光子接收端的延长线之间的夹角呈锐角时，颗粒物聚集腔体8具体位于封闭腔室7的前壁81上；

在激光发光器件1和SPAD器件2均设置于封闭腔室7的底部，且激光发光器件1的光束发射端的延长线和SPAD器件2的光子接收端的延长线之间的夹角呈钝角时，颗粒物聚集腔体8具体位于封闭腔室7的顶壁上。

考虑到当颗粒物的种类不同时，颗粒物的直径也存在差别。根据颗粒物直径与入射光波长比值的不同，光散射的角度和强弱也存在差别。也即，不同的颗粒物在不同的方向有不同的反射强度，为此，在本实施例中提供了两种激光发光器件1、SPAD器件2以及颗粒物聚集腔体8的设置方式。

具体的，在激光发光器件1和SPAD器件2均设置于封闭腔室7的后壁82，且激光发光器件1的光束发射端的延长线和SPAD器件2的光子接收端的延长线之间的夹角呈锐角时，颗粒物聚集腔体8具体位于封闭腔室7的前壁81上。在激光发光器件1和SPAD器件2均设置于封闭腔室7的底部，且激光发光器件1的光束发射端的延长线和SPAD器件2的光子接收端的延长线之间的夹角呈钝角时，颗粒物聚集腔体8具体位于封闭腔室7的顶壁上。针对不同种类的颗粒物为激光发光器件1和SPAD器件2选择不同的设置方式，进一步提高颗粒物探测器的探测性能。

请参照图5，图5为本发明提供的一种颗粒物探测方法的流程图，该颗粒物探测方法，应用于上述任一的颗粒物探测器中的处理器上，颗粒物探测方法包括：

S11：控制颗粒物探测器中的激光驱动电路驱动颗粒物探测器中的激光发光器件向颗粒物探测器中的颗粒物聚集腔体发射激光，颗粒物探测器中的SPAD器件开始曝光；

S12：控制激光驱动电路停止驱动激光发光器件向颗粒物聚集腔体发射激光，SPAD器件停止曝光；

S13：获取直方图，直方图是颗粒物探测器中的直方图处理电路基于SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值生成的；预设时间段指从SPAD器件从开始曝光到停止曝光的时间段；

S14：根据直方图的特征信息计算信噪比，根据信噪比确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度，信噪比与颗粒物的浓度成正比关系。

本申请提供的颗粒物探测方法应用于上述各实施例对应的颗粒物探测器中的处理器上，下面结合颗粒物探测器的各个部件对本申请利用直方图确定颗粒物探测器所处环境的颗粒物浓度的具体过程进行介绍：

首先处理器控制激光驱动电路开始工作，激光发光器件受到激光驱动电路的驱动开始向颗粒物聚集腔体发射激光。激光穿过颗粒物聚集腔体的前壁之后，颗粒物聚集腔体内的颗粒物将激光发光器件发射的激光反射至SPAD器件，使得SPAD器件开始曝光。在SPAD器件开始曝光并持续预设时间段后，控制激光驱动电路停止驱动激光发光器件向颗粒物聚集腔体发射激光，SPAD器件停止曝光。

直方图处理电路根据SPAD器件在预设时间段内的触发情况生成直方图，该直方图具体是颗粒物探测器中的直方图处理电路基于SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值生成的。直方图能够体现时间和强度两个维度的信息，时间对应反射物距离，强度对应颗粒物浓度。然后处理器获取直方图处理电路生成的直方图，并计算直方图的信噪比，由于直方图的纵轴代表强度对应颗粒物的浓度，因此直方图的信噪比与颗粒物的浓度呈正比关系，处理器基于信噪比便能确定颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度。同时，处理器还可以在检测到信噪比大于预设阈值时生成报警信号，以便颗粒物探测器中的报警模块在接收到报警信号之后及时进行提醒，保证安全。

综上，在本申请中颗粒物探测器不仅具有低功耗、低成本、高精度和高灵敏度的优点，还由于处理器根据直方图的信噪比确定颗粒物浓度使得颗粒物探测器确定的颗粒物浓度不受外界环境光等干扰，进一步提高探测精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种颗粒物探测器，其特征在于，包括激光发光器件、SPAD器件、激光驱动电路、直方图处理电路、淬灭电路、处理器、封闭腔室和颗粒物聚集腔体；

所述激光发光器件和所述SPAD器件均位于所述封闭腔室内，所述颗粒物聚集腔体为中空结构以便所述颗粒物聚集在所述颗粒物聚集腔体内，所述颗粒物聚集腔体中靠近所述激光发光器件的光束发射端的前壁的材质为光束可穿透的材质，所述颗粒物聚集腔体中远离所述激光发光器件的光束发射端的后壁的材质为低光反射率的材质；

所述激光发光器件用于根据所述激光驱动电路的驱动向所述颗粒物聚集腔体发射激光；

所述SPAD器件用于接收所述颗粒物聚集腔体中的颗粒物反射回的光子，从而生成雪崩电流；

所述淬灭电路用于将所述雪崩电流淬灭；

所述直方图处理电路用于基于所述SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值，从而生成直方图；

所述处理器用于控制所述激光驱动电路工作，并根据所述直方图的特征信息计算信噪比，并根据所述信噪比确定所述颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度，所述信噪比与所述颗粒物的浓度成正比关系。

2.如权利要求1所述的颗粒物探测器，其特征在于，还包括：

报警模块，用于在接收到所述处理器发送的报警信号时进行报警；

所述处理器还用于在所述信噪比大于预设阈值时生成所述报警信号。

3.如权利要求1所述的颗粒物探测器，其特征在于，所述颗粒物聚集腔体中远离所述激光发光器件的光束发射端的后壁上设有吸光涂层。

4.如权利要求3所述的颗粒物探测器，其特征在于，所述处理器还用于确定所述直方图的半高宽和波峰峰值，将所述波峰峰值除以所述半高宽之商作为颗粒物区分值，根据所述颗粒物区分值是否位于预设待检测颗粒物区分区间内确定已确定所述浓度的颗粒物是否为待检测颗粒物。

5.如权利要求1所述的颗粒物探测器，其特征在于，所述激光发光器件为垂直腔面发射激光器或边发射激光器。

6.如权利要求1所述的颗粒物探测器，其特征在于，所述直方图处理电路包括时间数字转换器和统计直方图生成电路；

所述时间数字转换器用于将所述电压脉冲信号转换为时间信号，所述时间信号表征光子飞行时间；

所述统计直方图生成电路用于根据所述光子飞行时间和所述SPAD器件在预设时间段内被光子触发的次数生成所述直方图。

7.如权利要求1所述的颗粒物探测器，其特征在于，所述激光发光器件、所述SPAD器件、所述激光驱动电路、所述直方图处理电路、所述淬灭电路以及所述处理器封装在一个模组内；所述模组和所述颗粒物聚集腔体均位于所述封闭腔室内。

8.如权利要求1至7任一项所述的颗粒物探测器，其特征在于，在所述激光发光器件和所述SPAD器件均设置于所述封闭腔室的后壁，且所述激光发光器件的光束发射端的延长线和所述SPAD器件的光子接收端的延长线之间的夹角呈锐角时，所述颗粒物聚集腔体具体位于所述封闭腔室的前壁上；

在所述激光发光器件和所述SPAD器件均设置于所述封闭腔室的底部，且所述激光发光器件的光束发射端的延长线和所述SPAD器件的光子接收端的延长线之间的夹角呈钝角时，所述颗粒物聚集腔体具体位于封闭腔室的顶壁上。

9.一种颗粒物探测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一项所述的颗粒物探测器中的处理器上，所述颗粒物探测方法包括：

控制所述颗粒物探测器中的激光驱动电路驱动所述颗粒物探测器中的激光发光器件向所述颗粒物探测器中的颗粒物聚集腔体发射激光，所述颗粒物探测器中的SPAD器件开始曝光；

控制所述激光驱动电路停止驱动所述激光发光器件向所述颗粒物聚集腔体发射激光，所述SPAD器件停止曝光；

获取直方图，所述直方图是所述颗粒物探测器中的直方图处理电路基于所述SPAD器件在预设时间段内被光子触发后得到光子从发射到接收的飞行时间和光子累计计数值生成的；所述预设时间段指所述SPAD器件从开始曝光到停止曝光的时间段；

根据所述直方图的特征信息计算信噪比，根据所述信噪比确定所述颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度，所述信噪比与所述颗粒物的浓度成正比关系。

10.如权利要求9所述的颗粒物探测方法，其特征在于，在根据所述信噪比确定所述颗粒物探测器所处环境中的颗粒物的浓度之后，还包括：

在所述信噪比大于预设阈值时控制生成报警信号，以便所述颗粒物探测器中的报警模块报警。