[go: up one dir, main page]

TWI861125B - 微粒感測器 - Google Patents

微粒感測器 Download PDF

Info

Publication number
TWI861125B
TWI861125B TW109119592A TW109119592A TWI861125B TW I861125 B TWI861125 B TW I861125B TW 109119592 A TW109119592 A TW 109119592A TW 109119592 A TW109119592 A TW 109119592A TW I861125 B TWI861125 B TW I861125B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
detector
smoke
particle detector
optical sensor
Prior art date
Application number
TW109119592A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202104872A (zh
Inventor
艾立克斯 羅立歐
文忠 謝
菲力普 佛德列克斯
瑞門卡 維多德
馬克思 丹特勒
艾利克 珍 盧思
Original Assignee
德商Ａｍｓ傳感器德國有限公司
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 德商Ａｍｓ傳感器德國有限公司 filed Critical 德商Ａｍｓ傳感器德國有限公司
Publication of TW202104872A publication Critical patent/TW202104872A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI861125B publication Critical patent/TWI861125B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • 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
    • 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
    • G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
    • 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
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • 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
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions 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
    • G01N2015/0038—Investigating nanoparticles
    • 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
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
    • 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
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Fire-Detection Mechanisms (AREA)

Abstract

本發明揭示一種微粒偵測器。該微粒偵測器包括一或多個光源、一光學感測器及一控制器。該一或多個光源可共同操作以同時產生至少兩個波長範圍之發射光。該光學感測器經組態以感測由該一或多個光源發射之該至少兩個波長範圍之光且區分各範圍。該控制器經組態以基於由該光學感測器感測之該光偵測微粒。

Description

微粒感測器
本發明係關於介質流體內(即，液體或氣體內)之微粒之量測及分析。特定言之，本發明係關於對用於此偵測之方法及裝置之改良。明確言之，一些實施例係關於偵測煙霧，例如，用於偵測火災，但本發明整體上不限於此。
偵測、量測及分析流體中之雜質及/或微粒對於許多不同應用(工業上及對於消費者)而言係重要的。工業應用包含在充填氣缸時或在運輸、分析供水或對潔淨室進行品質控制期間量測氣體之粒子含量。消費者應用包含家庭通風系統(例如，當一房間中之粒子達到一臨限位準時啟動通風)及煙霧偵測。
當偵測火災時，偵測明火(open flames)及燜火(smouldering fires)兩者係重要的。燜火可在具有極少空氣供應之情況下開始並蔓延，且在存在高熱量及一燃料源之任何地方都可能被點燃，例如，在發生故障之電子裝置中(其中因故障引起熱量，且燃料源係裝置本身)，或在滾筒乾燥機(tumble drier)中(其中在正常操作期間存在熱量，但一故障可引起熱源處存在燃料)。雖然燜火引起相對較小之直接損壞，但其等可能蔓延成較大火災，且相較於明火(例如，使用一滅火器)通常可使用相對簡單之對策來防止燜火(例如，關閉發生故障之電氣設備件)。
如圖1中所展示之現代煙霧偵測器使用定位於一腔室內之一光源101 (通常為一紅外LED)及一光學感測器102 (通常為一光電二極體)。腔室經塑形以容許空氣流動通過，同時防止非所要光到達感測器。腔室可由一外殼體103、阻擋外部光之一「暗殼體」104及容納LED及光電二極體之一散射腔室105形成。來自LED之光106通常未被引導至感測器，但在煙霧107進入腔室時，來自LED之光被散射108，從而在感測器處產生一信號，該信號接著觸發警報。
微粒之散射高度取決於微粒大小。該大小判定在哪一波長下，微粒將根據米氏(Mie)散射或根據瑞利(Rayleigh)散射散射。兩種散射原理具有圖2中所繪示之不同散射形狀橫截面。各種微粒之散射效率取決於用於散射微粒之波長(或取決於用於偵測微粒之波長)。一些光學煙霧(或微粒偵測器)在其中大多數微粒展示具有大前向效率之米氏類型散射之近紅外波長範圍內起作用。依~135°放置一偵測器仍將獲得不受入射光源影響之大部分散射光。較小微粒將主要展示瑞利散射，其中後向散射效率及前向散射效率兩者同樣強。對於小微粒，依135°觀察散射將導致一信號，使得成一遠更窄角度45°之一額外感測器應導致等量之信號(例如，針對球形微粒)。對於較大微粒，45°處之信號將小於135°處之信號。此容許鑑別微粒大小，此用於防止灰塵導致一錯誤警報(因為灰塵之直徑一般大於1微米，且煙霧微粒一般小於1微米，但此等臨限值可取決於預期火災類型、預期環境(例如，灰塵有多少)及對錯誤警報對比降低之靈敏度之容許度而調整)。然而，此一裝置仍無法鑑別煙霧與水蒸氣，且額外偵測器使其體積更大且不太能夠裝配於標準殼體內。
此等現有煙霧偵測器具有若干常見缺點： • 其等產生許多錯誤警報，包含因水蒸氣或水滴產生錯誤警報。 • 進入量測腔室中之灰塵或沈降於腔室中之煙霧可能引起污染，污染可導致錯誤警報、靈敏度降低或甚至功能完全喪失(例如，若灰塵阻擋光源)。 • 組件老化(以及灰塵污染)將引起偵測器靈敏度之變化。此一般藉由定期保養或更換或藉由對偵測臨限值進行時間相依調整來補償。 • 設計需要空氣進入量測腔室，但排除外部光，此需要減少至偵測器之氣流之一複雜「迷宮」結構。此亦引起偵測器體積大，從而使得其等一般很難看，此引起使用者將其等擋住，從而進一步減小氣流。 • 增加的偵測時間(例如，歸因於至感測器之不良氣流，或靈敏度降低或用以減少錯誤警報之較長量測週期)引起警報觸發(set-off)太遲，此可導致煙霧中毒。 • 另外，當前偵測器無法分析及指示自燜火至明火之火災階段及進展。 • 僅存在有限數目個警報警告臨限值，例如，煙霧正在積聚之一警示，及有可能發生火災之一警示。偵測器可判定存在火災，但無法判定火災階段或可能原因。此使得使用者難以判定應對火災之正確對策。
因此，需要一種避免至少一些上述缺點之偵測器。
根據本發明之一第一態樣，提供一種微粒偵測器。該微粒偵測器包括一或多個光源、一光學感測器及一控制器。該一或多個光源可共同操作以同時產生至少兩個波長範圍之發射光。該光學感測器經組態以感測由該一或多個光源發射之該至少兩個波長範圍之光且區分各範圍。該控制器經組態以基於由該光學感測器感測之該光偵測微粒。
該控制器可進一步經組態以：獲得一背景量測值，該背景量測值係由該光學感測器在該一或多個光源未產生光時之一時期期間感測之光之一量測值；及基於該背景量測值調整自該光學感測器接收之未來量測值。
替代地，控制器可進一步經組態以：獲得一背景量測值，該背景量測值係由該光學感測器在該一或多個光源未產生光時之一時期期間感測之光之一量測值；及判定其中該背景量測值可接受之該至少兩個波長範圍之發射光之一或多個波長範圍，且基於由該光學感測器感測之僅在該一或多個波長範圍內之光來偵測微粒。
可脈衝該一或多個光源，且該控制器可經組態以獲得在各脈衝之關斷週期期間之背景量測值。
該一或多個光源可發射頻率調變光，且該控制器經組態以對該感測器之該等量測值施加對應解調變。
該一或多個光源及該光學感測器可能不在一殼體內。
該光源可以脈衝發射光，且該控制器可經組態以基於該光源之一脈衝之起始與由該光學感測器感測之該光中之一脈衝之起始之間的一時間差來判定經偵測微粒之一距離。
該控制器可經組態以基於在該等波長範圍之各者處感測之該光之間的差異來鑑別微粒大小。
該微粒偵測器可為一煙霧偵測器。
該控制器可經組態以基於比較在該兩個或更多個波長範圍之第一及第二波長範圍中感測之光來鑑別煙霧與水。
該控制器可經組態以判定在一第一波長範圍中感測之光與在一第二波長範圍中感測之光之一比率，且基於該比率鑑別煙霧與水。
一第一波長範圍可在可見光譜內，且一第二波長範圍可在近紅外光譜內。
該控制器可經組態以比較由該光學感測器感測之光與一或多個先前判定之資料檔(profile)，各資料檔包括關於由該感測器在一火災期間感測之光隨時間之預期演進之資訊，且若由該光學感測器感測之該光之時間演進對應於該等資料檔之一者，則發信號通知偵測到一火災。
根據本發明之一第二態樣，提供一種在其內整合有一煙霧偵測器之電子裝置，其中該煙霧偵測器經組態以在偵測到煙霧時切斷至該電子裝置之其他組件之電源。
該煙霧偵測器可為根據第一態樣之一微粒偵測器。
該電子裝置可為以下之一者： 一電動車； 一乾燥機(dryer)； 一烘箱； 一電子菸； 一咖啡機。
根據一第三態樣，提供一種在其內整合有根據第一態樣之一微粒偵測器之通風系統，其中該微粒偵測器經組態以偵測通過該通風系統之一氣流中之煙霧。
根據一第四態樣，提供一種偵測火災之方法。提供一微粒偵測器，該微粒偵測器能夠偵測煙霧微粒且判定經偵測微粒之大小。比較來自該微粒偵測器之量測值與一或多個先前判定之資料檔，各資料檔包括關於一火災之微粒大小及密度隨時間之預期演進之資訊。若該偵測器之該等量測值之時間演進對應於該等資料檔之一者，則發信號通知偵測到一火災。
各資料檔可對應於一特定火災階段及一或多種材料之燃燒。
發信號通知偵測到一火災可包括：指示對應於該經識別資料檔之一火災階段。
該等資料檔可包括以下之一或多者： 指示燜燒(smouldering)電子器件之一資料檔，其中微粒大小及密度隨時間之預期演進係在0.001微米至0.1微米範圍內之微粒之一上升密度； 指示明火之一資料檔，其中微粒大小及密度隨時間之預期演進係大於0.1微米之微粒之一快速上升密度。
相較於[先前技術]中所描述之已知系統，此處所揭示之本發明微粒偵測器具有以下優點： 1. 能夠鑑別微粒大小及/或不同類型之微粒(例如，煙霧對比水) 2. 針對一類似靈敏度位準減少偵測時間 3. 可使偵測器更緊湊，且可在沒有一殼體之情況下使用偵測器。
最後，此處所揭示之本發明微粒偵測器利用一新穎方法，至少在於其包括經組態以感測至少兩個波長範圍之光且區分各範圍之一光學感測器。
本文中將描述對微粒偵測器之數種改良。將瞭解，雖然為便於理解實例，主要就煙霧偵測器進行描述，但技術亦與其他流體(即，液體或除空氣外之氣體)中之其他微粒之偵測有關。亦將瞭解，所列出之改良可分開應用，且雖然其等之間可存在協同效應，但除非有陳述，否則存在一種改良不需要存在任何其他改良。
多波長偵測 可對微粒偵測進行之第一改良係使用多個波長之光(即，分開偵測至少兩個波長通道中之散射光)。如下文將更詳細描述，此容許改良之大小鑑別，且亦容許鑑別物質(例如，鑑別水、煙霧及/或灰塵)。
多波長偵測使用發射在目標波長之各者下之光之一光源(或一光源組合，其等在一起發射所有目標波長下之光)，及針對複數個不同波長或波長範圍之各者給出強度讀數之一光譜感測器或另一光學感測器或感測器陣列。
一尤其有用的配對係：在可見光譜中之一波長(380 nm至740 nm)，例如，400 nm至600 nm，特定言之470 nm或550 nm；及在近紅外(NIR)光譜中之一波長(780 nm至2500 nm)，例如，在範圍900 nm至1500 nm或900 nm至1150 nm中，特定言之910 nm之一波長。使用此等波長容許鑑別煙霧與水滴。圖3A及圖3B展示自一910 nm/550 nm感測器獲得之結果。圖3A展示910 nm處之散射信號(被調整為零基線)，且圖3B展示910 nm處之散射信號與550 nm處之散射信號之比率。
當煙霧301被引入至腔室中時，910 nm信號增加，910 nm信號與550 nm信號之間的比率亦增加。當水302被引入至腔室中時，910 nm信號亦增加(此將引起一單波長感測器中之一錯誤警報)，但910 nm信號與550 nm信號之間的比率降低。此容許區分煙霧與水，從而減少錯誤警報之可能性。圖4展示一910 nm/470 nm感測器之類似量測值，在此情況中，當煙霧401被引入時，910 nm信號上升，但910 nm/470 nm比率保持近似恆定。當水402被引入時，910 nm信號及910 nm/470 nm比率兩者皆增加。
可使用一類似技術來基於相同物質之微粒之微粒大小(例如，煙霧微粒之大小)進行鑑別。一般而言，針對兩個波長，隨著微粒大小增加，由較高波長之散射產生之信號將比由較低波長之散射產生之信號降低得更快。因而，藉由監測絕對信號(即，由感測器在各波長處產生之信號)及/或相對信號(即，由感測器在各波長處產生之信號之間的差值及/或比率)，可基於微粒大小進行鑑別。
先前工作已展示以此方式避免灰塵之某種有限微粒大小鑑別，但此使用脈衝光源，其中腔室藉由各源各別照明，且一寬譜感測器用於偵測散射。上述量測裝置具有顯著優點，其不需要在不同光源之間脈衝(因為其等同時在作用中，或可為一單個寬譜光源)，此意謂偵測時間可顯著縮短。
另外，使用多個波長容許改良對殼體之污染或由光源與感測器之間的非所要反射(即，來自殼體本身而非來自所關注微粒之反射)所引起之「雜散光」之抗性。污染將趨於提供持續減少之特定波長之「雜散」信號，且偵測到污染可觸發感測器之一重新校準或感測器需要保養之一警示。運用多個波長，有可能存在甚至在存在污染之情況下仍將容許感測器之有用操作之至少一個波長。
另外，隨著(若干)光源老化，波長之相對強度可改變，此亦可用於觸發校準及/或保養警示。
可針對(若干)光源之功率譜校準感測器。
偵測器可經組態以在偵測器感測清潔空氣時，例如，在偵測光在一低值附近穩定持續至少一預定時間(例如，至少1分鐘，或至少1小時)時，執行一自校準常式。
雖然上文已提供使用兩個波長之實例，但可使用更大數目個波長。使用用於波長偵測之一光譜感測器或具有大量獨立範圍之其他光學感測器，及一寬譜光源容許藉由軟體更改所關注波長，而非需要對單元進行實體改變，若發展出更好的偵測技術，則此係容許對單元升級之一顯著改良。
開放式形狀因數微粒量測裝置 可構造一種不需要一散射腔室之微粒量測裝置。此尤其有用，因為其增加至偵測區域之氣流，且容許顯著較小之裝置。
圖5中展示一例示性微粒量測裝置。裝置包括照明至少一目標區域之一光源501，及偵測由目標區域內之微粒503散射之光之一偵測器502。光源501及偵測器501之任一者或兩者可配備有最佳化其等效能(例如，聚焦出射光/入射光)之光學裝置504。
消除背景光 在預期存在背景光之情況下，偵測器可經組態以減小此光對所得信號之影響。
在一第一例示性方法中，關閉燈且監測來自偵測器之信號以獲得一「背景信號」。接著，在開啟光源501時自偵測器進行之未來量測減去背景信號。
在應用於如先前所描述之一多波長偵測器之一第二例示性方法中，如上獲得一背景信號。分析背景信號以判定多波長偵測器所使用之哪一或多個波長具有顯著背景光(例如，低於一臨限值，或作為其他通道之背景光之一部分)，且此等波長用於偵測。若期望在特定頻帶中之多個波長(例如，以避免歸因於水蒸氣之錯誤警報)，則可針對各頻帶(例如，針對可見光及近紅外光兩者)重複此程序。
藉由脈衝光源，可頻繁地執行上述兩個實例之任一者，而對量測時間僅有較小影響(此將比提高靈敏度所補償的更多)。
在一第三例示性方法中，可藉由如信號處理技術中已知之任何適合方法對光源進行頻率調變，且可例如使用相敏鎖定對來自偵測器之信號進行解調變。
可組合上述三個實例之各者，例如，可獲得一背景信號，且將背景信號用於判定最適合之波長並自最終量測值減去背景信號，或可判定最適合之波長，且對該等波長使用頻率調變以進一步改良信雜比。
微粒位置及運動之偵測 在運用一脈衝光源之一微粒偵測器中，「飛行時間」(即，光源之一脈衝之起始與感測器信號中之對應脈衝之起始之間的時間差)可用於判定微粒之距離。在多個脈衝內比較此等量測值可用於估計微粒之速度。可以數種方式使用此資訊。
首先，煙霧趨於移動，因此任何靜止偵測都不太可能為煙霧，例如，其可為腔室(對於封閉偵測器)或環境(對於開放偵測器)之一特徵，或其可為已沈降於腔室壁上之灰塵。另外，煙霧趨於上升，因此下落物體同樣不太可能為煙霧。最後，煙霧趨於以一中等速度移動，因此快速移動之物體不太可能為煙霧(就一開放偵測器而言，其等可為例如飛蟲)。
其次，距離量測值可用作量測微粒之密度之一代理，隨著流體傳播微粒之數量密度更高，預期平均微粒距離量測值會更低。
火災階段之偵測 藉由一煙霧偵測器鑑別微粒大小容許火災偵測之更智慧方法。例如，如圖6中所展示，已發現，對於因電子器件引起之大多數火災，存在產生少量極小(0.001微米至0.1微米)煙霧微粒之一初始「燜燒」階段601。隨著燜燒加劇，微粒之數目及大小逐漸增加，且接著隨著一明火602爆發而快速增加。
因而，藉由偵測微粒之數目及大小，可偵測及鑑別燜燒階段與明火階段，且容許更早偵測到燜燒階段。例如，即使微粒之密度不夠高而無法正常觸發一煙霧偵測器，微粒之大小及數目兩者之逐漸增加仍可指示一燜火。
火災階段之鑑別可用於向住戶及/或緊急服務機構提供更有用的通知，及/或啟動自動對策。例如，若燜燒電子器件在仍然燜燒時被關閉則通常可防止燜燒電子器件引起一明火，且此可自動完成或藉由已被適當通知之一建築物住戶來完成。另一方面，明火係一危險情形且應警告建築物住戶尋求避免火災之一出口路線。
火災之「資料檔」(即，隨著火災演進，微粒之數量密度及大小之變化)將取決於正在燃燒之材料及燃燒之階段(例如，熱解、燜燒、氧量過剩之火焰，或氧量不足之火焰)。例如，不同於上文所論述之電子器件火災，正庚烷(通常在測試煙霧偵測器時用作點火之一燃料)在燜燒時將趨於產生少量較大微粒，且在明火中時產生大量較小微粒。
可藉由使用能夠鑑別一測試火災期間之微粒大小之一偵測器來針對特定材料或情形以實驗方式(例如，使用個別材料之樣本，或來自模擬「真實世界」房間中之火災之量測值)判定火災資料檔。接著，用於實際用途之一煙霧偵測器可使用此等火災資料檔來偵測火災。
在一實例中，煙霧偵測器上可儲存有若干火災資料檔，且若經偵測微粒之特性匹配資料檔之任一者則將發出一警示，以指示火災階段及/或可能來源(例如，一燜燒電子器件火災，或一木材明火(open wood fire))。可基於煙霧偵測器之可能用途來選擇火災資料檔，例如，家庭火災將具有與工業環境中之火災非常不同之可能燃料範圍。
整合式煙霧偵測 數種上述改良容許較小煙霧偵測器單元。目前，煙霧偵測主要藉由體積相對較大之專用裝置實行。代替性地，可將利用上述改良之一或多者之一小煙霧偵測模組整合於其他裝置內用於較早偵測到引起燜燒或火災之故障。
在一項實例中，煙霧偵測可整合於一電子裝置內，尤其是具有引起火災之危險之一電子裝置(例如，具有大電池或用於給大電池充電之裝置，諸如電動車；具有加熱元件之裝置，諸如乾燥機；電子菸及咖啡機；或具有高功率負載之裝置，諸如烘箱及冰箱)。偵測器包括一光源及一感測器，其中光源照明一偵測區域，且感測器經定位以偵測來自偵測區域之散射光。偵測器亦可包括容納光源及感測器且具有容許氣流通過偵測區域之通道之一殼體。替代地，偵測器可為上文所論述之「開放式形狀因數」類型，且可不具有一特定殼體(但可整合於電子裝置之殼體內)。
在偵測到煙霧時，電子裝置可經組態以發出一警報及/或採取適當對策(諸如關閉裝置)。
偵測器可利用上文所描述之「火災資料檔」，例如，將裝置(諸如燜燒電子器件)之已知燃燒風險或織物之燃燒(針對乾燥機)之資料檔儲存於其上。經偵測之火災類型可用於在偵測到煙霧時判定適當對策及/或警示級別。例如，在其中偵測到燜燒電子器件之一裝置中，可將該裝置切斷電源且僅發出一低級警示，而在其中偵測到明火之一裝置中，可切斷電源並發出一較響警示。
在另一實例中，煙霧偵測可整合於具有高氣流之裝置(諸如通風單元)內，以偵測單元之輸入側上之火災。此在例如廚房烹飪處上方之通風櫃(fume hoods)中尤其有用。在此情況中，煙霧之偵測係用於發出一警示，但若煙霧偵測單元有能力啟動對策則其亦可啟動對策(例如，連接至可關閉之一「智慧烘箱」，或有權切斷廚房內之電器之電源)。
在又一實例中，偵測器可作為一特定煙霧偵測單元或作為一現有可攜式裝置(諸如一行動電話)之部分提供於一可攜式裝置內。此容許使用者甚至在其等無法控制之環境中(例如，當拜訪別人家時)仍有一煙霧偵測器以確保安全。
例示性圖 圖7展示一例示性微粒偵測器。微粒偵測器包括一或多個光源701、一光學感測器702及一控制器703。一或多個光源共同操作以同時產生至少兩個波長範圍之發射光711。光學感測器702經組態以感測該至少兩個波長範圍之光且區分各範圍。由光學感測器702感測之光係來自由偵測器監測之區域中之微粒713之散射光712。控制器703經組態以基於由光學感測器702感測之光712偵測此等微粒713。
圖8係偵測火災之一例示性方法之一流程圖。在步驟801中，提供偵測煙霧微粒且判定經偵測微粒之大小之一微粒偵測器。在步驟802中，比較來自該微粒偵測器之量測值與一或多個先前判定之資料檔，各資料檔包括關於一火災之微粒大小及密度隨時間之預期演進之資訊。在步驟803中，若偵測器之量測值之時間演進對應於資料檔之一者，則發信號通知偵測到一火災。
進一步說明 本發明之實施例可用於許多不同應用中，包含煙霧偵測、空氣過濾、流體產品(例如，壓縮氣體或水)之品質保證及其他工業。對於煙霧偵測，實例可用於住宅及商業地產兩者，或用於包含但不限於電動車及其等充電器、乾燥機、烘箱、其他廚房電器、電子菸或任何其他電子裝置之裝置內。
熟習此項技術者將理解，在先前描述及隨附發明申請專利範圍中，諸如「上方」、「沿著」、「側面」等之位置術語係參考概念繪示(諸如隨附圖式中所展示之概念繪示)給出。此等術語係為便於參考而使用，但並不意欲具有限制性質。因此，當處於如隨附圖式中所展示之一定向時，此等術語應被理解為指代一物件。
在本文中使用術語「光」之情況下，此不限於可見光，而是亦包含電磁光譜之其他部分(例如，可見光、紅外光及/或紫外光)。類似地，在一感測器被描述為「光學」之情況下，此不將其限於偵測可見光，而是包含落在上述定義內之任何光。
儘管已依據如上文所闡述之實例描述本發明，但應理解，此等實例僅為闡釋性的且發明申請專利範圍不限於該等實例。鑑於本發明，熟習此項技術者將能夠進行修改及替代，預期該等修改及替代落在隨附發明申請專利範圍之範疇內。本說明書中所揭示或繪示之各特徵可單獨地或與本文中所揭示或繪示之任何其他特徵以任何適當組合併入於任何實施例中。
101:光源 102:光學感測器 103:外殼體 104:暗殼體 105:散射腔室 106:光 107:煙霧 108:散射/散射光 301:引入至偵測器之煙霧 302:引入至偵測器之水 401:引入至偵測器之煙霧 402:引入至偵測器之水 501:光源 502:偵測器 503:微粒 504:光學裝置 601:初始燜燒階段/燜火 602:明火 701:光源(一或多個) 702:光學感測器 703:控制器 711:發射光 712:散射光 713:微粒 801:例示性方法之第一步驟 802:例示性方法之第二步驟 803:例示性方法之第三步驟
現將僅藉由實例且參考隨附圖式描述本發明，其中： 圖1展示一習知煙霧偵測器； 圖2繪示各種散射類型，及其等如何取決於微粒大小及散射光之波長； 圖3A及圖3B展示在偵測煙霧及水期間自一例示性偵測器獲得之結果； 圖4展示在偵測煙霧及水期間自另一例示性偵測器獲得之結果； 圖5展示一例示性微粒量測裝置； 圖6繪示在由電子器件引起之一火災期間之微粒大小之進展； 圖7係一例示性微粒偵測器之一示意圖； 圖8係一例示性方法之一流程圖。
501:光源
502:感測器
503:微粒
504:光學裝置

Claims (19)

  1. 一種微粒偵測器，其包括：一或多個光源，其等可共同操作以同時產生至少兩個波長範圍之發射光；一光學感測器，其經組態以感測由該一或多個光源發射之該至少兩個波長範圍之光且區分各範圍；及一控制器，其經組態以基於由該光學感測器感測之該光偵測微粒，其中該微粒偵測器具有一或多個資料檔儲存於其上，該一或多個資料檔包括：指示燜燒電子器件之一資料檔，其中當燜燒增加，微粒的數目增加以及該等微粒之大小係在0.001微米至0.1微米範圍內增加；以及指示明火之一資料檔，其中該微粒的數目增加比在指示燜燒電子器件之該資料檔內還快以及該等微粒之該大小增加至大於0.1微米。
  2. 如請求項1之微粒偵測器，其中該控制器經組態以：獲得一背景量測值，該背景量測值係由該光學感測器在該一或多個光源未產生光時之一時期期間感測之光之一量測值；基於該背景量測值調整自該光學感測器接收之未來量測值。
  3. 如請求項1之微粒偵測器，其中該控制器經組態以：獲得一背景量測值，該背景量測值係由該光學感測器在該一或多個光源未產生光時之一時期期間感測之光之一量測值； 判定其中該背景量測值可接受之該至少兩個波長範圍之發射光之一或多個波長範圍，且基於由該光學感測器僅在該一或多個波長範圍中感測之光來偵測微粒。
  4. 如請求項2之微粒偵測器，其中該一或多個光源經脈衝，且該控制器經組態以獲得在各脈衝之關斷週期期間之該背景量測值。
  5. 如請求項1之微粒偵測器，其中該一或多個光源發射頻率調變光，且該控制器經組態以對該感測器之該等量測值施加對應解調變，以及其中該一或多個光源及該光學感測器未在一殼體內。
  6. 如請求項1之微粒偵測器，其中該光源以脈衝發射光，且該控制器經組態以基於該光源之一脈衝之一起始與由該光學感測器感測之該光中之一脈衝之一起始之間的一時間差來判定經偵測微粒之一距離。
  7. 如請求項1之微粒偵測器，其中該控制器經組態以基於在該等波長範圍之各者處感測之該光之間的差異來鑑別微粒大小。
  8. 如請求項1之微粒偵測器，其中該微粒偵測器係一煙霧偵測器。
  9. 如請求項8之微粒偵測器，其中該控制器經組態以基於比較在該兩個或更多個波長範圍之第一及第二波長範圍中感測之光來鑑別煙霧與水。
  10. 如請求項9之微粒偵測器，其中該控制器經組態以判定在一第一波長範圍中感測之光與在一第二波長範圍中感測之光之一比率，且基於該比率鑑別煙霧與水。
  11. 如請求項9之微粒偵測器，其中該至少兩個波長範圍之一第一波長範圍在可見光譜內，且該至少兩個波長範圍之一第二波長範圍在近紅外光譜內。
  12. 如請求項8之微粒偵測器，其中該控制器經組態以比較由該光學感測器感測之光與該一或多個資料檔，該一或多個資料檔之各資料檔包括關於在一火災期間由該感測器感測之光隨時間之預期演進之資訊，且若由該光學感測器感測之該光之該時間演進對應於該一或多個資料檔之一者，則發信號通知偵測到一火災。
  13. 一種電子裝置，其內整合有一煙霧偵測器，其中該煙霧偵測器經組態以在偵測到煙霧時切斷該電子裝置之其他組件之電源，該煙霧偵測器具有一或多個資料檔儲存於其上，該一或多個資料檔包括：指示燜燒電子器件之一資料檔，其中當燜燒增加，微粒的數目增加以及該等微粒之大小係在0.001微米至0.1微米範圍內增加；以及指示明火之一資料檔，其中該微粒的數目增加比在指示燜燒電子器件之該資料檔內還快以及該等微粒之該大小增加至大於0.1微米。
  14. 如請求項13之電子裝置，其中該煙霧偵測器係一微粒偵測器，其包 括：一或多個光源，該一或多個光源可共同操作以同時產生至少兩個波長範圍之發射光；一光學感測器，其經組態以感測由該一或多個光源發射之該至少兩個波長範圍之光且區分各範圍；以及一控制器，其經組態以基於由該光學感測器感測之該光來偵測多個微粒。
  15. 如請求項13之電子裝置，其中該電子裝置係以下之一者：一電動車；一乾燥機；一烘箱；一電子菸；以及一咖啡機。
  16. 一種通風系統，其內整合有如請求項8之微粒偵測器，其中該微粒偵測器經組態以偵測通過該通風系統之一氣流中之煙霧。
  17. 一種偵測火災之方法，該方法包括：提供能夠偵測煙霧微粒且判定經偵測微粒之大小之一微粒偵測器；比較來自該微粒偵測器之量測值與一或多個先前判定之資料檔，各資料檔包括關於一火災之微粒大小及密度隨時間之預期演進之資訊；若該偵測器之該等量測值之該時間演進對應於該等資料檔之一者， 則發信號通知偵測到一火災，該一或多個先前判定之資料檔包括：指示燜燒電子器件之一資料檔，其中當燜燒增加，微粒的數目增加以及該等微粒之大小係在0.001微米至0.1微米範圍內增加；以及指示明火之一資料檔，其中該微粒的數目增加比在指示燜燒電子器件之該資料檔內還快以及該等微粒之該大小增加至大於0.1微米。
  18. 如請求項17之方法，其中該一或多個先前判定之資料檔之各資料檔對應於一特定火災階段及一或多種材料之燃燒。
  19. 如請求項17之方法，其中發信號通知該偵測到一火災包括：指示對應於該經識別資料檔之一火災階段。
TW109119592A 2019-06-11 2020-06-11 微粒感測器 TWI861125B (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962859868P 2019-06-11 2019-06-11
US62/859,868 2019-06-11
US201962861416P 2019-06-14 2019-06-14
US62/861,416 2019-06-14
US202062991865P 2020-03-19 2020-03-19
US62/991,865 2020-03-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202104872A TW202104872A (zh) 2021-02-01
TWI861125B true TWI861125B (zh) 2024-11-11

Family

ID=71103354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109119592A TWI861125B (zh) 2019-06-11 2020-06-11 微粒感測器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12038365B2 (zh)
CN (1) CN113939727A (zh)
DE (1) DE112020002849T5 (zh)
TW (1) TWI861125B (zh)
WO (1) WO2020249485A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11913864B2 (en) 2020-11-24 2024-02-27 Pixart Imaging Inc. Smoke detector with increased scattered light intensity
US11615684B2 (en) * 2020-11-24 2023-03-28 Pixart Imaging Inc. Smoke detector
DE102022130012A1 (de) * 2022-11-14 2024-05-16 HELLA GmbH & Co. KGaA Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Aerosolen vor einem Kraftfahrzeug
WO2024149768A1 (en) * 2023-01-12 2024-07-18 ams Sensors Germany GmbH Smoke detector and method for smoke detection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060114112A1 (en) * 2000-02-10 2006-06-01 Cole Martin T Smoke detectors particularly ducted smoke detectors
US7746239B2 (en) * 2003-11-17 2010-06-29 Hochiki Corporation Light scattering type smoke detector
US20160033400A1 (en) * 2008-09-05 2016-02-04 Xtralis Technologies Ltd Detection of particle characteristics
EP3029648A1 (de) * 2014-12-01 2016-06-08 Siemens Schweiz AG Streulichtrauchmelder mit zwei zweifarbigen Leuchtdioden und einem gemeinsamen Photosensor oder mit einer zweifarbigen Leuchtdiode und mit zwei Photosensoren jeweils in einer Vorwärts- und Rückwärtsstreulichtanordnung
US9482607B2 (en) * 2012-04-29 2016-11-01 Valor Fire Safety, Llc Methods of smoke detecting using two different wavelengths of light and ambient light detection for measurement correction

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7129847B2 (en) * 2003-08-06 2006-10-31 Edwards Systems Technology, Inc. Detector with dust filter and airflow monitor
US7495573B2 (en) * 2005-02-18 2009-02-24 Honeywell International Inc. Camera vision fire detector and system
EP2093731A1 (de) * 2008-02-19 2009-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Linearer optischer Rauchmelder mit mehreren Teilstrahlen
GB2464105A (en) * 2008-10-01 2010-04-07 Thorn Security A Particle Detector
US20100194574A1 (en) 2009-01-30 2010-08-05 David James Monk Particle detection system and method of detecting particles
DE102011083939B4 (de) * 2011-09-30 2014-12-04 Siemens Aktiengesellschaft Auswerten von Streulichtsignalen bei einem optischen Gefahrenmelder und Ausgeben sowohl eines gewichteten Rauchdichtesignals als auch eines gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signals
JP2013195328A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Sony Corp 微小粒子測定装置及び光照射装置並びに微小粒子測定装置用の光学部材
EP3091517B1 (de) * 2015-05-06 2017-06-28 Siemens Schweiz AG Offener streulichtrauchmelder sowie prüfgerät für einen derartigen offenen streulichtrauchmelder
US20180220500A1 (en) * 2017-01-30 2018-08-02 Newtonoid Technologies, L.L.C. Smart ovens and optional browning trays therefor
JP6935280B2 (ja) * 2017-09-13 2021-09-15 ニッタン株式会社 信号検出回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060114112A1 (en) * 2000-02-10 2006-06-01 Cole Martin T Smoke detectors particularly ducted smoke detectors
US7746239B2 (en) * 2003-11-17 2010-06-29 Hochiki Corporation Light scattering type smoke detector
US20160033400A1 (en) * 2008-09-05 2016-02-04 Xtralis Technologies Ltd Detection of particle characteristics
US9482607B2 (en) * 2012-04-29 2016-11-01 Valor Fire Safety, Llc Methods of smoke detecting using two different wavelengths of light and ambient light detection for measurement correction
EP3029648A1 (de) * 2014-12-01 2016-06-08 Siemens Schweiz AG Streulichtrauchmelder mit zwei zweifarbigen Leuchtdioden und einem gemeinsamen Photosensor oder mit einer zweifarbigen Leuchtdiode und mit zwei Photosensoren jeweils in einer Vorwärts- und Rückwärtsstreulichtanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
DE112020002849T5 (de) 2022-03-03
US20220244160A1 (en) 2022-08-04
WO2020249485A1 (en) 2020-12-17
TW202104872A (zh) 2021-02-01
CN113939727A (zh) 2022-01-14
US12038365B2 (en) 2024-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI861125B (zh) 微粒感測器
US7551277B2 (en) Particle monitors and method(s) therefor
US8947244B2 (en) Smoke detector utilizing broadband light, external sampling volume, and internally reflected light
EP2112639B1 (en) Improvement(s) related to particle detectors
AU2015253189A1 (en) Sensor-enabled range hood system and method
AU2007327541A1 (en) Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor
JP7506793B2 (ja) 室内空気の品質の検出および監視を備えたチャンバレス煙検出器
US11087605B2 (en) Smoke detection methodology
CN119007378A (zh) 基于颗粒粒径、形状及折射率联合特征的火灾烟雾探测器
US20250180406A1 (en) System and method for analyzing ignition-inducing phenomena
KR102559543B1 (ko) 라만산란광 측정장치 및 이를 이용한 화재판정 장치와 방법
AU2007203107B2 (en) Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor
Volkov et al. Algorithm for identifying the location of a potential indoor fire source, its characteristics, and the cause of fire
EP3460428A1 (en) Dual wavelength detector
CA2598745A1 (en) Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor
JP2025148901A (ja) 感知システム
HK40061948A (zh) 基於多波长散射的使用多维度指标监测的烟雾检测系统和方法
HK40061948B (zh) 基於多波长散射的使用多维度指标监测的烟雾检测系统和方法