專(zhuān)利名稱：微粒特性的光學(xué)探測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)的微粒探測(cè)。在一個(gè)形式中，本發(fā)明涉及光學(xué)煙霧探測(cè)器，光學(xué)煙霧探測(cè)器使用電磁輻射的多個(gè)波長(zhǎng)，以便能夠進(jìn)行一系列尺寸的微粒探測(cè)。在優(yōu)選的形式中，本發(fā)明將被描述為使用光的4個(gè)波長(zhǎng)而執(zhí)行微粒探測(cè)，然而不應(yīng)當(dāng)考慮本發(fā)明被限制為這種典型的應(yīng)用或執(zhí)行。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公知探測(cè)空氣中的微粒的多種方法。一種方法包括將光束投射穿過(guò)探測(cè)室 (探測(cè)室中包含空氣樣品)，并且測(cè)量以特定散射角從光束散射的光量。這樣的微粒探測(cè)器可以是吸氣式的，因?yàn)槠鋵⒖諝庵鲃?dòng)吸入其中，或者可選擇地，其可以依靠自然的空氣流， 以使空氣移動(dòng)進(jìn)入探測(cè)室中。公知的是，微粒的角散射特性取決于與微粒尺寸相比的入射光的波長(zhǎng)。因此，煙霧和微粒的探測(cè)器已經(jīng)使用多個(gè)散射角和/或多個(gè)波長(zhǎng)而被制造，以探測(cè)關(guān)注的預(yù)定尺寸的微粒。例如，紫外光被小微粒(例如煙霧)相對(duì)強(qiáng)地散射，而紅外光被這樣的微粒散射較少。另一方面，紫外和紅外光對(duì)于接收的光強(qiáng)的變化同樣敏感，接收的光強(qiáng)的變化由一些因素引起，例如系統(tǒng)的漂移、系統(tǒng)光學(xué)器件的污染或者將大微粒(例如灰塵)引入探測(cè)室。具有這樣的多波長(zhǎng)或多散射角的微粒探測(cè)系統(tǒng)，需要能夠準(zhǔn)確地確定以多個(gè)散射角或波長(zhǎng)接收的信號(hào)是否由關(guān)注的微粒或干擾微粒(例如灰塵)引起。還可以使用光散射的這種波長(zhǎng)敏感性或角度敏感性，來(lái)跟蹤微粒群隨時(shí)間的特性，例如隨著煙霧微粒的尺寸分布的改變，跟蹤火勢(shì)的發(fā)展。因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供方法，用于使用多于一個(gè)的電磁輻射波長(zhǎng)來(lái)確定關(guān)注的微粒是否已經(jīng)進(jìn)入了探測(cè)室。對(duì)本說(shuō)明書(shū)中的任何現(xiàn)有技術(shù)的參考，不是并且也不應(yīng)當(dāng)作為致謝或任何形式的建議，該現(xiàn)有技術(shù)形成澳大利亞或任意管轄區(qū)域的公知常識(shí)，或者有理由認(rèn)為該現(xiàn)有技術(shù)可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員弄清、理解，并且被視為與其相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了探測(cè)氣流中的微粒的方法，包括接收表示以多個(gè)波長(zhǎng)從氣流散射的光的強(qiáng)度的信號(hào)；處理表示以波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以產(chǎn)生表示氣流中的微粒的至少一個(gè)特性的輸出信號(hào)。處理的步驟可以包括，將至少一個(gè)函數(shù)擬合到表示接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)；并且根據(jù)擬合到多個(gè)標(biāo)繪的值的至少一個(gè)函數(shù)，確定表示氣流中的微粒的至少一個(gè)特性的輸出信號(hào)。有利地，可以以下述方法使用該函數(shù)，以表征氣流中微粒的特性。多個(gè)函數(shù)或單一函數(shù)可以擬合到表示接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)。
函數(shù)可以是，例如多項(xiàng)式。在一些示例中，輸出信號(hào)可以根據(jù)所述函數(shù)的至少其中之一上的至少一個(gè)點(diǎn)的梯度而被確定。多個(gè)線性函數(shù)可以擬合到兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)。在這種情況下，輸出信號(hào)可以根據(jù)所述多個(gè)線性函數(shù)的梯度而被確定(例如通過(guò)取梯度的平均值)。用于擬合每個(gè)線性函數(shù)的兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)可以表示鄰近的波長(zhǎng)處的散射光?？蛇x擇地，用于擬合每個(gè)線性函數(shù)的兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)可以包括與共同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)。在可選擇的實(shí)施例中，處理表示以波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)的步驟包括，將統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用于表示以波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以產(chǎn)生表示氣流中的微粒的特性的輸出信號(hào)。在這些方法中，波長(zhǎng)依賴參數(shù)可以是波長(zhǎng)、能量或頻率；或者是基于波長(zhǎng)、能量或頻率的參數(shù)；或者是某些其它的參數(shù)。在一些實(shí)施例中，方法可以包括將至少一個(gè)函數(shù)與對(duì)應(yīng)氣流中微粒的一個(gè)或多個(gè)特性的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的識(shí)別標(biāo)志比較。處理表示以波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以產(chǎn)生表示空氣樣品中微粒的特性的輸出信號(hào)的步驟可以包括，將表示以多個(gè)波長(zhǎng)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)與對(duì)應(yīng)氣流中微粒的一個(gè)或多個(gè)特性的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的識(shí)別標(biāo)志比較。優(yōu)選地，所述比較以至少3個(gè)波長(zhǎng)執(zhí)行。在示例性的實(shí)施例中，所述比較以4個(gè)波長(zhǎng)執(zhí)行。預(yù)定的識(shí)別標(biāo)志中的一個(gè)或多個(gè)可以涉及氣流中微粒的特性，包括但不限于微粒濃度、微粒尺寸、微粒尺寸的分布、微粒顏色、微粒組成、微粒類(lèi)型、微粒形狀、火災(zāi)類(lèi)型、火災(zāi)發(fā)展的階段、產(chǎn)生微粒的燃燒材料的類(lèi)型。通過(guò)示例，識(shí)別標(biāo)志可以對(duì)應(yīng)下面的微粒類(lèi)型煙霧微粒、灰塵微粒、棉絨微粒、其它的干擾微粒、宏觀的外來(lái)物體、在預(yù)定的尺寸范圍中的微粒。方法可以包括將表示接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)中任一或者全部歸一化，例如，值可以相對(duì)于最高值或最低值而被歸一化。方法可以進(jìn)一步包括將所述方法重復(fù)一次或多次，以隨時(shí)間跟蹤空氣樣品中由輸出信號(hào)表征的微粒的至少一個(gè)特性。方法可以包括將至少一個(gè)隨時(shí)間跟蹤的特性與基于時(shí)間的識(shí)別標(biāo)志比較。這允許識(shí)別具有特定的時(shí)間特性的某些事件或狀況?？紤]這一點(diǎn)，方法可以基于所述比較而識(shí)別狀況。對(duì)于識(shí)別，適宜的狀況或事件可以包括但不限于火災(zāi)、火災(zāi)的改變(例如規(guī)模的增加)、燃料或燃燒狀況的改變、火災(zāi)階段的發(fā)展(例如從緩慢燃燒到熊熊燃燒)、火災(zāi)類(lèi)型 (例如燃燒材料的類(lèi)型、香煙煙霧或電氣火災(zāi)等)、灰塵產(chǎn)生事件(例如產(chǎn)生或引起灰塵的事件)、瞬時(shí)干擾條件(例如灰塵事件)、探測(cè)器故障(例如光源或光探測(cè)器失靈)、外來(lái)物體侵入探測(cè)室(例如昆蟲(chóng)或棉絨片進(jìn)入探測(cè)室)。方法可以包括預(yù)處理表示以一波長(zhǎng)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)，以去除背景光的效^ ο方法可以包括根據(jù)輸出信號(hào)確定尺寸范圍中的微粒的濃度。在另一方面，本發(fā)明提供微粒探測(cè)系統(tǒng)，包括適于容納空氣樣品的探測(cè)室，用于以多個(gè)波長(zhǎng)照亮空氣樣品的裝置，用于以多個(gè)波長(zhǎng)接收來(lái)自空氣樣品的散射光、并且輸出表示以多個(gè)波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)的裝置，處理裝置，所述處理裝置用于處理表示以多個(gè)波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以使用在此描述的方法產(chǎn)生表示空氣樣品中微粒的至少一個(gè)特性的輸出信號(hào)。在又一方面，提供微粒探測(cè)系統(tǒng)，包括適于容納空氣樣品的探測(cè)室；第一微粒探測(cè)裝置，所述第一微粒探測(cè)裝置包括第一光源和第一光接收器，所述第一光源用于以至少第一波長(zhǎng)照亮空氣樣品的第一體積，所述第一光接收器具有與第一體積相交的視場(chǎng)，用于接收來(lái)自探測(cè)室的散射光并且輸出表示接收的散射光的第一信號(hào)；第二微粒探測(cè)裝置，所述第二微粒探測(cè)裝置包括第二光源和第二光接收器，所述第二光源用于以至少第二波長(zhǎng)照亮空氣樣品的第二體積，所述第二光接收器具有與第二體積相交的視場(chǎng)，用于接收來(lái)自探測(cè)室的散射光并且輸出表示接收的散射光的第二信號(hào)；光源啟動(dòng)裝置，所述光源啟動(dòng)裝置適于選擇性地在第一時(shí)間周期啟動(dòng)第一光源而在第二時(shí)間周期啟動(dòng)第二光源；處理裝置，所述處理裝置適于與第一時(shí)間周期對(duì)應(yīng)地接收來(lái)自第一光接收器的第一信號(hào)和來(lái)自第二光接收器的第二信號(hào)，并且處理接收的信號(hào)，以對(duì)應(yīng)第一時(shí)間周期產(chǎn)生因背景光而被修正的第一輸出，并且適于與第二時(shí)間周期對(duì)應(yīng)地接收來(lái)自第一光接收器的第一信號(hào)和來(lái)自第二光接收器的第二信號(hào)，并且處理接收的信號(hào)，以對(duì)應(yīng)第二時(shí)間周期產(chǎn)生因背景光而被修正的第二輸出。優(yōu)選地，探測(cè)室在第一和第二光接收器中的每一個(gè)的視場(chǎng)內(nèi)包括至少一個(gè)壁，并且其中第一和第二光接收器被定位，使得所述室壁的相同部分基本位于第一和第二光接收器中的每一個(gè)的視場(chǎng)內(nèi)。第一和第二光接收器優(yōu)選地相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的第一和第二光源而定位，使得第一光接收器的視場(chǎng)和第二體積不相交，并且第二光接收器的視場(chǎng)和第一體積不相交。第一和第二波長(zhǎng)優(yōu)選地是不同的波長(zhǎng)，但是可以是相同的波長(zhǎng)。該原理還可以延伸到附加的光源和光接收器。與第一時(shí)間周期對(duì)應(yīng)的第一輸出優(yōu)選地通過(guò)一過(guò)程進(jìn)行因背景光而被修正，所述過(guò)程包括將表示對(duì)應(yīng)第一時(shí)間周期接收的散射光的第二信號(hào)從對(duì)應(yīng)第一時(shí)間周期接收的散射光的第一信號(hào)中減去。相似地，與第二時(shí)間周期對(duì)應(yīng)的第二輸出優(yōu)選地通過(guò)一過(guò)程進(jìn)行因背景光而被修正，所述過(guò)程包括將表示對(duì)應(yīng)第二時(shí)間周期接收的散射光的第一信號(hào)從對(duì)應(yīng)第二時(shí)間周期接收的散射光的第二信號(hào)中減去。正如在此所使用的，除了上下文需要，否則，術(shù)語(yǔ)“包括”及其變體，例如現(xiàn)在分詞形式、第三人稱單數(shù)形式和過(guò)去分詞形式并不旨在排除另外的添加物、組件、整體或步驟。


現(xiàn)在通過(guò)僅僅是參照附圖的非限制性的示例，描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造的微粒探測(cè)室的立體圖；圖2示出了圖1的探測(cè)室沿線2-2的剖視圖；圖3示出了沿線4-4穿過(guò)探測(cè)室的氣流路徑的下部的剖視圖4示出了穿過(guò)探測(cè)室沿線3-3的氣流路徑的上部的剖視圖；圖5示出了探測(cè)室的一部分的局部立體圖，示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的由探測(cè)器的光源照亮的體積和光接收器的視場(chǎng)；圖6示出了通過(guò)探測(cè)室上部的截面，還示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的光接收器的視場(chǎng)和光源的照明區(qū)域之間的交叉；圖7示出了用于本發(fā)明的實(shí)施例的調(diào)節(jié)方式；圖8示出了用于本發(fā)明的實(shí)施例的微粒探測(cè)過(guò)程的流程圖；圖9A、9B和9C示出了使用本發(fā)明的實(shí)施例在4個(gè)波長(zhǎng)處的示例性輸出以及3個(gè)與其相關(guān)的處理方法；圖10是示出了煙霧探測(cè)系統(tǒng)隨時(shí)間漂移的曲線，隨時(shí)間的漂移由探測(cè)室的光學(xué)表面的污染引起。
具體實(shí)施例方式圖1示出了煙霧探測(cè)器的探測(cè)室100的立體圖。探測(cè)室100適于容納由吸入系統(tǒng) (未示出)吸入其中的空氣樣品，并且適于探測(cè)氣流中微粒的存在。如果滿足一個(gè)或多個(gè)警報(bào)條件，微粒探測(cè)警報(bào)器可以發(fā)出聲音。在圖1的探測(cè)室中，空氣樣品被吸入入口 102，流經(jīng)穿過(guò)探測(cè)室的氣流路徑，并且經(jīng)由排出口 104從探測(cè)室100排出。排出氣流的一部分可以被過(guò)濾以提供清潔流，用于清潔探測(cè)器的易于堆積微粒的光學(xué)表面。圖2示出了沿圖1所示的線2-2穿過(guò)探測(cè)室100的剖視圖，而圖3和4分別示出了穿過(guò)流動(dòng)路徑的下臂和上臂的正交的截面。最初，空氣被引入入口 102。接著，空氣穿過(guò)流量傳感器106。在該實(shí)施例中，流量傳感器是超聲流量傳感器，依照以澳大利亞維信防火及保安有限公司(Vision Fire & Security Pty Ltd)名義提交的國(guó)際專(zhuān)利公布W0/2004/10M99運(yùn)作。流量傳感器的超聲換能器108和110設(shè)置在流動(dòng)通道的中心線的相對(duì)側(cè)，并且穿過(guò)流動(dòng)路徑的中心線對(duì)角偏置。超聲流量傳感器106中的流動(dòng)路徑的截面通常是長(zhǎng)方形的。如果需要，流動(dòng)路徑的尺度此時(shí)可以被選擇為，保持流動(dòng)路徑的流量傳感器之內(nèi)的截面與入口 102的截面面積相等。通過(guò)將這些截面匹配，不會(huì)因超聲流量傳感器引起壓強(qiáng)變化，并且此外通過(guò)選擇相對(duì)扁平的長(zhǎng)方形形狀(或其它細(xì)長(zhǎng)的形狀，例如橢圓形)，超聲流量傳感器的豎直長(zhǎng)度可以被最小化。更特別地，這使得流量傳感器垂直于超聲信號(hào)的傳播方向的尺度之一能夠被保持較小，以防止傳感器中不需要的回聲(多路徑效應(yīng))。接著，氣流沿流動(dòng)路徑的下部前進(jìn)并且在彎曲部分112周?chē)鲃?dòng)，并且進(jìn)入探測(cè)室的上部中的關(guān)注的區(qū)域。此時(shí)，圖4示出了穿過(guò)探測(cè)室100的剖視圖。探測(cè)室100的該部分在其壁中包括一些孔，例如114和116，使得與探測(cè)室有關(guān)的光源能夠照亮氣流，并且還使得光接收器能夠接收來(lái)自被照亮的體積內(nèi)的散射光。在圖2和4的剖視圖中，可以看到光學(xué)部件118、120。 這些光學(xué)部件118和120包括一個(gè)或多個(gè)光源和相關(guān)的光學(xué)器件，用于照亮探測(cè)室100之內(nèi)的體積。與光學(xué)部件118和120中的每一個(gè)有關(guān)的光學(xué)器件可以包括一個(gè)或多個(gè)透鏡和空間孔徑，以限定所需的照明體積。出于顯而易見(jiàn)的原因，光源部件118和120適于將光與探測(cè)室100的中心線成一定角度地發(fā)射，并且由此光源部件118和120與中心線呈一定角度。
這在圖5和6中被更好地示出，圖5和6示出了由光源中的每一個(gè)引起的照明光錐和光接收器的視場(chǎng)。首先參照?qǐng)D5，其示出了探測(cè)室100的一部分的局部剖視圖。在該圖中，示出了探測(cè)室殼體125的一部分。在該殼體的后部126中安裝光學(xué)部件118之一，包括電路板130上的表面貼裝的LED。還提供透鏡132?？讖?光穿過(guò)其中照射)限定準(zhǔn)直光圈，以產(chǎn)生第一被照亮的體積134。另外，鏡像光源部件(未在該圖中示出)產(chǎn)生第二照明體積136。如圖6所示，由于光源相對(duì)于流動(dòng)路徑的中心線的角偏移，被照亮的體積134和 136部分地重疊，并且不與室的殼體125的外壁相交。照明體積134和136被殼體125的斜置的后壁127終止。壁127可以被構(gòu)造為包括一個(gè)或多個(gè)折流裝置，以控制從表面127的反射。照明體積134和136與相應(yīng)對(duì)準(zhǔn)的光接收器(例如光電二極管142)的視場(chǎng)138 和140相交。另一光電二極管沒(méi)有在該圖中示出。在該圖中，視場(chǎng)138和140示出為錐形以幫助理解。被照亮的體積134和對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)138的交叉，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的關(guān)注區(qū)域144，而照明體積136和對(duì)應(yīng)的光接收器視場(chǎng)140形成第二關(guān)注區(qū)域146。在該實(shí)施例中，光電二極管的視場(chǎng)的中心線設(shè)置為，相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的光源形成的被照明的體積的中心線成67度角。在使用中，當(dāng)流經(jīng)探測(cè)器100的氣流中的微粒進(jìn)入光接收器之一的視場(chǎng)時(shí)，在被照亮的體積內(nèi)與微粒撞擊的一部分光將被散射進(jìn)入對(duì)應(yīng)的光接收器的視場(chǎng)。被接收的光的強(qiáng)度可以用于確定氣流中微粒的濃度。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，光源118和120發(fā)射不同波長(zhǎng)的輻射。最優(yōu)選地，光源能夠以大量波長(zhǎng)發(fā)射。例如，光源120可以適于以紅外波長(zhǎng)發(fā)光，而另一光源118可以適于以多個(gè)波長(zhǎng)(例如以3個(gè)波長(zhǎng)，一個(gè)在電磁波譜的藍(lán)色部分，一個(gè)在電磁波譜的綠色部分， 而一個(gè)在電磁波譜的紅色部分)發(fā)光。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，還可以使用其它的光發(fā)射裝置，例如可以使用一個(gè)或多個(gè)寬帶光源。光接收器138和140優(yōu)選地關(guān)于其對(duì)應(yīng)的第一和第二光源134和136而定位，使得第一光接收器138的視場(chǎng)和由第二光源136照亮的體積并不相交，并且反過(guò)來(lái)也一樣。然而，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，被照亮的體積不會(huì)是清晰限定的錐形，因?yàn)閬?lái)自光源的光強(qiáng)將從被照亮的體積的中心徑向衰減。準(zhǔn)確的輪廓將取決于使用的光源和系統(tǒng)的光學(xué)構(gòu)造。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)于第一光接收器的視場(chǎng)和第二被照亮的體積(以及第二光接收器的視場(chǎng)和第一被照亮的體積)的不交叉的優(yōu)選，不應(yīng)當(dāng)被理解為要求在光接收器的視場(chǎng)之內(nèi)沒(méi)有來(lái)自光源的光，而僅僅要求在接收器的視場(chǎng)之內(nèi)的來(lái)自光源的亮度級(jí)低于某個(gè)可接受的閾值，例如亮度級(jí)已經(jīng)下降到_3dB點(diǎn)以下，或者下降到峰值強(qiáng)度的某些其它百分比(例如1%)。相似地，被照亮的體積的邊緣可以以光能的水平為基礎(chǔ)確定。兩個(gè)光電二極管的視場(chǎng)138和140還被安排為使其在其撞擊的探測(cè)室表面處基本重疊。這樣能夠如下所述地在探測(cè)器中執(zhí)行背景減除算法。再次回到光源118和120，在優(yōu)選的形式中，光源包括紅外LED 120和紅綠藍(lán) (RGB)LED 118。這使得光的4個(gè)波長(zhǎng)處于相對(duì)緊湊的物理空間中。當(dāng)然，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以使用可見(jiàn)范圍之內(nèi)或之外的光或電磁輻射的更多或更少的波長(zhǎng)。在優(yōu)選的形式中，樣品體積依次被4個(gè)波長(zhǎng)中的每一個(gè)照亮。例如，LED開(kāi)關(guān)方案可以如表1所列地執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)氣流中的微粒的方法，包括接收表示以多個(gè)波長(zhǎng)從氣流散射的光的強(qiáng)度的信號(hào)；處理表示以所述波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以產(chǎn)生表示氣流中的微粒的至少一個(gè)特性的輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理的步驟進(jìn)一步包括將至少一個(gè)函數(shù)擬合到表示接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)；并且根據(jù)所述至少一個(gè)函數(shù)，確定表示氣流中的微粒的至少一個(gè)特性的輸出信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于包括將多個(gè)函數(shù)擬合到表示接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和它們對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于單一函數(shù)被擬合到表示接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和它們對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于函數(shù)或函數(shù)之一是多項(xiàng)式。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于輸出信號(hào)根據(jù)所述函數(shù)的至少其中之一上的至少一個(gè)點(diǎn)的梯度而被確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于多個(gè)線性函數(shù)被擬合到兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述輸出信號(hào)根據(jù)所述多個(gè)線性函數(shù)的梯度而被確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于用于擬合線性函數(shù)的所述兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)表示鄰近的波長(zhǎng)處的散射光。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于用于擬合每個(gè)線性函數(shù)的兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)包括對(duì)應(yīng)于共同波長(zhǎng)的信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理表示以所述波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)的步驟包括，將統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用于表示以波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以產(chǎn)生表示氣流中的微粒的特性的輸出信號(hào)。
12.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述波長(zhǎng)依賴參數(shù)選自波長(zhǎng)、能量或頻率；或者基于波長(zhǎng)、能量或頻率的參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2-11中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括將至少一個(gè)函數(shù)與對(duì)應(yīng)氣流中微粒的一個(gè)或多個(gè)特性的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的識(shí)別標(biāo)志比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測(cè)微粒的方法，其特征在于處理表示以所述波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以產(chǎn)生表示空氣樣品中微粒的特性的輸出信號(hào)的步驟可以包括將表示以多個(gè)波長(zhǎng)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)與對(duì)應(yīng)氣流中微粒的一個(gè)或多個(gè)特性的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的識(shí)別標(biāo)志比較。
15.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的探測(cè)微粒的方法，其特征在于使用至少3個(gè)波長(zhǎng)。
16.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的探測(cè)微粒的方法，其特征在于使用4個(gè)波長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述預(yù)定的識(shí)別標(biāo)志中的一個(gè)或多個(gè)涉及氣流中微粒的以下特性中的任意一個(gè)或多個(gè)微粒尺寸、微粒尺寸的分布、微粒顏色、微粒組成、微粒類(lèi)型、微粒形狀、火災(zāi)類(lèi)型、火災(zāi)發(fā)展的階段、由某種燃燒材料產(chǎn)生的微粒。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于預(yù)定的識(shí)別標(biāo)志對(duì)應(yīng)下面的微粒類(lèi)型煙霧微粒、灰塵微粒、棉絨微粒、其它的干擾微粒、宏觀的外來(lái)物體、在預(yù)定的尺寸范圍中的微粒、由某種材料的燃燒而產(chǎn)生的微粒。
19.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于包括將表示接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)中任一或者全部歸一化。
20.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括將所述方法重復(fù)一次或多次，以隨時(shí)間跟蹤空氣樣品中由輸出信號(hào)表征的微粒的至少一個(gè)特性。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括將至少一個(gè)隨時(shí)間跟蹤的特性與基于時(shí)間的識(shí)別標(biāo)志比較。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括，基于所述比較而識(shí)別狀況。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述狀況選自火災(zāi)、火災(zāi)的改變、火災(zāi)階段的發(fā)展、灰塵產(chǎn)生事件、瞬時(shí)干擾條件、探測(cè)器故障、外來(lái)物體侵入探測(cè)室、某種材料的燃燒。
24.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于包括預(yù)處理表示以一波長(zhǎng)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)，以去除背景光的效果。
25.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于根據(jù)所述輸出信號(hào)確定尺寸范圍中的微粒的濃度。
26.一種微粒探測(cè)系統(tǒng)，包括探測(cè)室，所述探測(cè)室適于容納空氣樣品； 用于以多個(gè)波長(zhǎng)照亮空氣樣品的裝置；用于以多個(gè)波長(zhǎng)接收來(lái)自空氣樣品的散射光的裝置，所述裝置輸出表示以多個(gè)波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)；和處理裝置，所述處理裝置用于處理表示以多個(gè)波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以使用前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求中所述的方法產(chǎn)生表示空氣樣品中微粒的至少一個(gè)特性的輸出信號(hào)。
27.一種微粒探測(cè)系統(tǒng)，包括探測(cè)室，所述探測(cè)室適于容納空氣樣品；第一微粒探測(cè)裝置，所述第一微粒探測(cè)裝置包括第一光源和第一光接收器，所述第一光源用于以至少第一波長(zhǎng)照亮空氣樣品的第一體積，所述第一光接收器具有與所述第一體積相交的視場(chǎng)，用于接收來(lái)自所述探測(cè)室的散射光并且輸出表示接收的散射光的第一信號(hào)；第二微粒探測(cè)裝置，所述第二微粒探測(cè)裝置包括第二光源和第二光接收器，所述第二光源用于以至少第二波長(zhǎng)照亮空氣樣品的第二體積，所述第二光接收器具有與所述第二體積相交的視場(chǎng)，用于接收來(lái)自所述探測(cè)室的散射光并且輸出表示接收的散射光的第二信號(hào)；光源啟動(dòng)裝置，所述光源啟動(dòng)裝置適于選擇性地在第一時(shí)間周期啟動(dòng)第一光源而在第二時(shí)間周期啟動(dòng)第二光源；和處理裝置，所述處理裝置適于與所述第一時(shí)間周期對(duì)應(yīng)地接收來(lái)自所述第一光接收器的第一信號(hào)和來(lái)自所述第二光接收器的第二信號(hào)，并且處理接收的信號(hào)，以對(duì)應(yīng)所述第一時(shí)間周期產(chǎn)生因背景光而被修正的第一輸出；并且適于與所述第二時(shí)間周期對(duì)應(yīng)地接收來(lái)自所述第一光接收器的第一信號(hào)和來(lái)自所述第二光接收器的第二信號(hào)，并且處理接收的信號(hào)，以對(duì)應(yīng)所述第二時(shí)間周期產(chǎn)生因背景光而被修正的第二輸出。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的微粒探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述探測(cè)室在所述第一和第二光接收器中的每一個(gè)的視場(chǎng)內(nèi)包括至少一個(gè)壁，并且其中所述第一和第二光接收器被定位，使得所述室壁的相同部分基本位于所述第一和第二光接收器中的每一個(gè)的視場(chǎng)內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或洲所述的微粒探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二光接收器相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的第一和第二光源而定位，使得第一光接收器的視場(chǎng)和第二體積不相交， 并且第二光接收器的視場(chǎng)和第一體積不相交。
30.根據(jù)權(quán)利要求27- 中任意一項(xiàng)所述的微粒探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二波長(zhǎng)是不同的波長(zhǎng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求27-30中任意一項(xiàng)所述的微粒探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于與所述第一時(shí)間周期對(duì)應(yīng)的第一輸出通過(guò)一過(guò)程進(jìn)行因背景光而被修正，所述過(guò)程包括將表示對(duì)應(yīng)所述第一時(shí)間周期接收的散射光的第二信號(hào)從對(duì)應(yīng)所述第一時(shí)間周期接收的散射光的第一信號(hào)中減去。
32.根據(jù)權(quán)利要求27-31中任意一項(xiàng)所述的微粒探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于與所述第二時(shí)間周期對(duì)應(yīng)的第二輸出通過(guò)一過(guò)程進(jìn)行因背景光而被修正，所述過(guò)程包括將表示對(duì)應(yīng)所述第二時(shí)間周期接收的散射光的第一信號(hào)從對(duì)應(yīng)所述第二時(shí)間周期接收的散射光的第二信號(hào)中減去。
33.根據(jù)權(quán)利要求27-29中任意一項(xiàng)所述的微粒探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二波長(zhǎng)是相同的波長(zhǎng)。
34.一種超聲流量傳感器，所述流量探測(cè)器包括入口，用于接收空氣樣品，所述入口具有第一橫截面面積，所述流量探測(cè)器還包括出口，空氣樣品通過(guò)所述出口離開(kāi)所述流量傳感器，流量探測(cè)室在所述入口和所述出口之間延伸，其中，所述流量探測(cè)室的橫截面面積基本等于所述入口的橫截面面積。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的超聲流量傳感器，其特征在于所述入口的橫截面形狀與所述流量探測(cè)室的橫截面形狀不同。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種探測(cè)氣流中的微粒的方法。所述方法包括接收表示以多個(gè)波長(zhǎng)從氣流散射的光的強(qiáng)度的信號(hào)，并且處理表示以波長(zhǎng)中的每一個(gè)接收的光的強(qiáng)度的信號(hào)和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)依賴參數(shù)，以產(chǎn)生表示氣流中的微粒的至少一個(gè)特性的輸出信號(hào)。本發(fā)明還描述微粒探測(cè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N21/94GK102232183SQ200980144262
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者凱末爾·阿賈伊, 尼汀·瓦耶達(dá), 布賴恩·亞歷山大 申請(qǐng)人:愛(ài)克斯崔里斯科技有限公司