颗粒检测系统及相关方法

摘要

描述了一种颗粒检测器，例如烟气检测器。在一种形式中该检测器包括检测腔室和发射单辐射光束的辐射源。该检测器也包括经设置以从共同的感兴趣区接收辐射的辐射接收系统和成像系统。还公开了一种用于分析颗粒检测器的输出的方法和系统。

权利要求

1.一种颗粒检测器，其特征在于，包括：

检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；

辐射源，其经配置以发射辐射光束，所述辐射光束具有已知的偏振特性，所述光束穿过至少部分所述腔室传播，并且所述光束经设置在感兴趣区横穿样品流；

辐射接收系统，其经配置以接收通过与样品流中携带的颗粒相互作用而从所述光束散射的辐射，所述辐射接收系统进一步经配置以相对于所述光束的传播方向和已知偏振而在多个散射角和多个偏振角处接收辐射，并生成表示接收到的辐射的至少一个输出信号；

控制器，其经配置以分析表示接收到的辐射的所述至少一个输出信号，以确定样品流中携带的颗粒的存在。

2.根据权利要求1所述的颗粒检测器，其特征在于，其中所述辐射接收系统包括多个辐射接收传感器，每个辐射接收传感器经配置以在相应的散射角接收辐射。

3.根据权利要求2所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，每个传感器经设置以相对于所述光束的偏振角在已知的偏振角处接收辐射。

4.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述辐射接收系统包括第一多个辐射接收传感器，所述第一多个辐射接收传感器经配置以相对于所述光束在第一偏振角处接收辐射，其中每一个所述第一多个辐射传感器均经设置以在相应的散射角处接收。

5.根据权利要求4所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述辐射接收系统包括第二多个辐射接收传感器，所述第二多个辐射接收传感器均经配置以相对于所述光束在不同于所述第一偏振角的第二偏振角处接收辐射，其中所述第二多个辐射传感器中的每一个经设置以在相应的散射角处接收辐射。

6.根据权利要求5所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述第一多个辐射传感器和所述第二多个辐射传感器经设置以使每个第一多个辐射传感器中的至少一个传感器以及每个第二多个辐射传感器中的至少一个传感器经设置以在同一相应的散射角处接收辐射。

7.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述或每个辐射传感器经配置以提供输出信号表示接收到的辐射水平。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述检测器经配置以将来自所述传感器的至少一个子集的输出信号暂时相关联。

9.根据权利要求8所述的颗粒检测器，其特征在于，其中暂时相关联的输出信号用于识别感兴趣颗粒与所述光束之间的相互作用。

10.根据权利要求8或9所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，暂时相关联的输出信号用于识别颗粒特性，例如颗粒尺寸、类型或颜色。

11.一种颗粒检测器，其特征在于，包括：

检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；

辐射源，其经配置以发射辐射光束，所述光束穿过至少部分腔室传播，并且所述光束经设置以在感兴趣区横穿所述样品流；

成像系统，其经配置以捕捉感兴趣区的图像；

控制器，其经配置以基于捕捉到的图像中所包含的散射所形成的辐射来分析图像，以确定在感兴趣区与所述光束相互作用的样品流中携带有颗粒。

12.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述辐射源发射辐射光束，所述辐射光束的波长足够短以便在所述检测腔室中从空气散射到足够的范围，从而在样品流中没有携带任何颗粒的情况下，所述成像系统能够捕捉到光束的图像。

13.根据权利要求12所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述光束在电磁频谱的紫色或紫外区域内。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述控制器经配置以在捕捉到的图像上执行背景消除。

15.根据权利要求14所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，背景消除涉及基于根据不含有所述光束的图像的至少一个区域而确定的有代表性的所接收到的背景辐射水平，对处于含有所述光束的图像的集合区中的所接收到的辐射水平进行校正。

16.根据权利要求14或15任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，背景消除涉及从感兴趣区中的所接收到的辐射水平减去背景辐射水平，所述背景辐射水平从集合区之外的至少一个区域确定。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，利用相应的分段所界定的背景消除区，沿集合区以分段方式执行背景消除。

18.根据权利要求11-17中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中所述控制器经配置以通过识别集合区图像中的所接收到的辐射强度中的峰值来分析图像以确定颗粒的存在。

19.根据权利要求18所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，在峰值高于阈值水平的事件中能够确定颗粒与所述光束发生相互作用并因此检测到颗粒。

20.根据权利要求19所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述阈值表示以下峰值属性中的任一个：接收到的最大强度；或

在峰值中接收到的总能量。

21.根据权利要求1-10中任一项并且进一步根据权利要求11-20中任一项所述的颗粒检测器。

22.根据权利要求21所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述检测器包括检测腔室和辐射源，所述辐射源发射单辐射光束，其中辐射接收系统和成像系统经设置以从共同的感兴趣区接收辐射。

23.根据权利要求21或22所述的颗粒检测器，其特征在于，其中所述控制器使所述成像系统的输出与所述辐射接收系统相关联。

24.一种颗粒检测器，其特征在于，包括：

检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；

辐射源，其经配置以发射辐射光束，所述光束穿过至少部分腔室传播，并且所述光束经设置以在感兴趣区横穿样品流；

辐射接收系统，其经配置以接收通过与样品流中携带的颗粒相互作用而从所述光束散射的辐射，并且生成表示接收到的辐射的至少一个输出信号，所述辐射接收系统包括成像系统和至少一个其它辐射接收器，所述成像系统经配置以捕捉感兴趣区的图像；

控制器，其经配置以分析表示接收到的辐射的至少一个输出信号，以确定样品流中携带的颗粒的存在。

25.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述辐射接收系统经配置以相对于所述光束的传播方向和已知偏振，在多个散射角和多个偏振角接收辐射。

26.根据权利要求25所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述接收系统包括多个辐射接收传感器，所述多个辐射接收传感器中的每一个均经配置以在相应的散射角接收辐射。

27.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中所述辐射源包括一光学系统以聚焦所述光束。

28.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒传感器，其特征在于，其中聚焦所述光束以使其朝向感兴趣区会聚。

29.一种根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，选择或控制以下中的一项或多项：样品流速、光束横截面、光束形状或相对于包括辐射感测系统的传感器的光束对准，从而使得针对样品流中的预定的平均颗粒浓度，样品流中携带的颗粒与光束之间的相互作用在时间上大致不重叠，所述光束以能被辐射感测系统的传感器直接接收的方式散射辐射。

30.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中所述检测器经配置以针对检测到的每个感兴趣颗粒，而确定那些可以确定的颗粒尺寸或总亮度。

31.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒检测器，其特征在于，其中，所述颗粒检测器是烟气检测器。

32.一种以颗粒检测器检测颗粒的颗粒源确定方法，其特征在于，所述方法包括：发射已知偏振的光，使其撞击到颗粒流上；

接收由所述流中的颗粒从发射的所述光所散射的光，在多个已知散射角和偏振接收散射的所述光；

基于一时间段内从单个颗粒接收到的散射光确定至少一个单颗粒散射参数，其中在所述时间段内从多个颗粒接收散射光；

将在多个散射角和/或偏振接收到的光以及所述单颗粒散射参数与用于颗粒的多个已知类型的一系列代表性数据进行比较；以及基于所述比较确定在颗粒流中存在至少一种所述已知类型的颗粒；

利用已确定存在的一种或多种颗粒类型，从给定的颗粒源中确定存在于颗粒流中的颗粒的水平。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，其中，每种已知类型的颗粒表示根据以下多个特征中的至少一个特征进行分组的颗粒：颗粒尺寸范围；

形成所述颗粒的材料。

34.根据权利要32或33中任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述基于所述比较确定在颗粒流中存在至少一种所述已知类型的颗粒包括：确定属于至少一种已知类型的颗粒在所述流中的比例。

35.根据权利要求32-34中任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述方法包括按照颗粒的多种已知类型确定所述流中颗粒的比例组分。

36.根据权利要求32-35中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述利用已确定存在的一种或多种颗粒类型，从给定的颗粒源中确定存在于颗粒流中的颗粒的水平包括：确定相较于总颗粒水平的相对水平。

37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，其中，根据给定的源对应的一组权重值对已确定的比例组分进行加权，以确定可归因于给定源的颗粒的水平。

38.根据权利要求32-37中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述方法包括显示归因于至少一种给定源的颗粒的水平。

39.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，其中，采用使能够与其它给定源或总颗粒水平相比较的方式执行所述显示归因于给定源的颗粒的水平。

40.根据权利要求32-39中任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述方法包括处理已确定的可归因于给定源的颗粒的水平以及如果所述水平满足一个或多个预定判据则生成通知。

41.根据权利要求32-40中任一项所述的方法，其特征在于，其中，确定颗粒的总表观颗粒亮度不取决于在所述多个散射角和/或偏振接收到的光的水平。

42.根据权利要求32-41中任一项所述的方法，其特征在于，其中，从颗粒检测腔室的图像捕捉装置的输出确定所述总表观颗粒亮度。

43.根据权利要求32-42中任一项所述的方法，其特征在于，其中，在相应的多个光敏二极管处接收所述在所述多个散射角和/或偏振接收到的光。

44.根据权利要32-43中任一项所述的方法，其特征在于，其中，颗粒的总表观颗粒亮度基于由图像捕捉装置接收到的从颗粒散射的光的总量。

45.根据权利要求32-44中任一项所述的方法，其特征在于，其中，单颗粒散射参数是一时间段内所做的单颗粒散射测量的中心趋势的测量值。

46.根据权利要求32-45中任一项所述的方法，其特征在于，其中，生成多个单颗粒散射参数，用于那些与具有不同散射特性的颗粒相对应的具有落入不同范围的单颗粒散射参数的颗粒与不同散射特性颗粒所对应的不同范围的单颗粒散射参数的颗粒。

47.根据权利要求32-46中任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述方法包括将表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的数据传输到至少一个远程数据处理系统，用于执行所述方法的多个后续步骤。

48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于，其中，所述方法包括将那些从中确定单颗粒散射参数的数据传输到至少一个远程数据处理服务器。

49.一种用于确定颗粒材料存在的方法，其特征在于，其中基于由烟气检测腔室中的多个传感器接收到的散射光，所述颗粒材料在气体样品中由至少一种给定颗粒源产生，所述方法包括；

将利用多个传感器在多个散射角和/或偏振接收到的散射光以及单颗粒散射参数与用于多个已知类型的颗粒的代表性数据相比较；以及基于所述比较确定至少一种所述已知类型的颗粒存在于颗粒流中；

利用已确定存在的一种或多种颗粒类型确定来自给定颗粒源的颗粒流中存在的颗粒的水平。

50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，其中，所述方法适用于确定由一根或多根过热电线产生的颗粒材料的出现。

51.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，其中，所述方法适用于确定由柴油机产生并排放到大气的废气排放物中的颗粒材料的出现。

52.根据权利要求49-51中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述方法适用于确定由给定源产生的颗粒的水平。

53.根据权利要求49-52中任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述水平优选地相对于检测到的总颗粒水平来确定。

54.根据权利要求32-53中任一项所述的方法，其特征在于，其中，利用根据权利要求1-

31中任一项所述的颗粒检测器执行所述方法。

55.一种用于对颗粒检测系统的输出进行分析的系统，其特征在于，所述系统包括：数据处理系统，其经配置以接收至少散射数据，所述散射数据表示由颗粒检测系统接收到散射光并且指示由所述颗粒检测系统分析的颗粒的存在；所述数据处理系统经配置以处理：接收到的所述数据；多个已知类型的颗粒的数据；以及表示由至少一种给定的颗粒源引起的颗粒物质的组分的数据；以便生成表示由所述颗粒检测系统从所述源中检测到的颗粒水平的输出。

56.根据权利要求55所述的系统，其特征在于，其中，所述数据处理系统接收表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的数据以及那些能够从中确定单颗粒散射参数的散射光数据。

57.根据权利要求56所述的系统，其特征在于，其中，不同于那些能够从中确定单颗粒散射参数的所述数据，从不同的光接收部件获得表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的所述数据。

58.根据权利要求55-57中任一项所述的系统，其特征在于，其中，所述数据处理系统适用于执行数据处理步骤以形成部分根据权利要求32-53中任一项所述的方法。

59.根据权利要求55-58中任一项所述的系统，其特征在于，其中，所述数据处理系统的定位远离所述颗粒检测系统。

60.根据权利要求55-59中任一项所述的系统，其特征在于，其中，所述数据处理系统适用于与多个颗粒检测系统相连接，从而能够分析每个系统的输出。

说明书

颗粒检测系统及相关方法

[0001] 本申请是中国申请号为“201480031757.5”，申请日为“2014年6月3 日”，发明创造名称为“颗粒检测系统及相关方法”的发明专利的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及颗粒检测系统和方法，以及颗粒检测系统中的颗粒检测事件分析。优选的实施例涉及吸气式烟气检测系统。

背景技术

[0003] 吸气式烟气检测(SAD)系统被广泛采用，最常见地是用在需要高灵敏度的颗粒检测来保护贵重系统和基础设施以及生命的情况下。ASD系统通常包括连结至空气取样系统的颗粒检测器，空气取样系统将空气样品从正被监视的位置传送到颗粒检测系统。这些吸气式烟气检测系统具有高灵敏度和高可靠性的双重需求，这提出了某些工程挑战。

[0004] 高灵敏度检测要求颗粒检测系统在其寿命期间保持精确校准并且不被灰尘和碎片弄脏。此外，系统优选地具有一些机构来避免由并不指示火灾存在的妨害和颗粒所引起的误报警。在一定程度上，通过使用过滤器可以实现这两个目的，过滤器可以从样品空气中除去任何灰尘，从而只留下烟气颗粒。然而，这未必是容易的任务，因为灰尘颗粒和烟气颗粒具有重叠的尺寸分布。而且随着时间的推移，过滤器堵塞并且其过滤特性可能改变。这导致需要将更换过滤器作为部分维护计划。此外，由于颗粒在颗粒检测系统的检测腔室内部停留，随着时间的推移检测腔室变脏，这也降低了系统性能并影响可靠性。特别地，腔室变脏致使检测腔室内的背景辐射增加，这有效地增大了对所有生成的检测信号的噪音，并且在极端情况下可能将背景辐射水平增加至警报阈值水平。

[0005] 因此，需要一种颗粒检测系统，尤其是在吸气式烟气检测系统领域中，吸气式烟气检测系统更好的处理它们所用于的真实世界情况，从而它们能够长期保持检测精确度、高灵敏度并且运行时不出麻烦。

[0006] 本说明书中提到任何现有技术并非，且不应被视为承认或任何形式的暗示，这种现有技术属于澳大利亚或任何其它辖区的公知常识的一部分，或这种现有技术可被合理地期望本领域技术人员确定、理解、并视为相关的。

发明内容

[0007] 在一方面，公开了一种颗粒检测器，优选地为烟气检测器，颗粒检测器包括：

[0008] 检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；

[0009] 辐射源，其经配置以发射辐射光束，所述辐射光束具有已知的偏振特性，所述光束穿过至少部分所述腔室传播，并且所述光束经设置在感兴趣区横穿样品流；

[0010] 辐射接收系统，其经配置以接收通过与样品流中携带的颗粒相互作用而从所述光束散射的辐射，所述辐射接收系统进一步经配置以相对于所述光束的传播方向和已知偏振而在多个散射角和多个偏振角处接收辐射，并生成表示接收到的辐射的至少一个输出信号；

[0011] 控制器，其经配置以分析表示接收到的辐射的所述至少一个输出信号，以确定样品流中携带的颗粒的存在。

[0012] 最优选地，辐射源包括一光学系统以聚焦光束。优选地，聚焦光束使其朝向感兴趣区汇聚。

[0013] 优选地，所述辐射接收系统包括多个辐射接收传感器，每个辐射接收传感器经配置以在相应的散射角接收辐射。优选地，每个传感器经设置以相对于所述光束的偏振角在已知的偏振角处接收辐射。优选地，所述辐射接收系统包括第一多个辐射接收传感器，所述第一多个辐射接收传感器经配置以相对于所述光束在第一偏振角处接收辐射，其中每一个所述第一多个辐射传感器均经设置以在相应的散射角处接收。最优选地，所述辐射接收系统包括第二多个辐射接收传感器，所述第二多个辐射接收传感器均经配置以相对于所述光束在(不同于所述第一偏振角的)第二偏振角处接收辐射，其中所述第二多个辐射传感器中的每一个经设置以在相应的散射角处接收辐射。

[0014] 优选地，所述第一多个辐射传感器和所述第二多个辐射传感器经设置以使每个第一多个辐射传感器中的至少一个传感器以及每个第二多个辐射传感器中的至少一个传感器经设置以在同一相应的散射角处接收辐射。

[0015] 优选地，每个辐射传感器经配置以提供输出信号表示相应的接收到的辐射水平。在优选的实施例中，所述检测器能够经配置以将来自所述传感器的至少一个子集的输出信号暂时相关联。优选地，暂时相关联的输出信号能够用于识别感兴趣颗粒与所述光束之间的相互作用。最优选地，暂时相关联的输出信号用于识别颗粒特性，例如颗粒尺寸或颜色。

[0016] 在一些实施例中，选择或控制以下中的一项或多项：样品流速、光束横截面、光束形状或相对于包括辐射感测系统的多个传感器中的一个或两者的光束对准，从而使得针对样品流中的预定的平均颗粒浓度，样品流中携带的颗粒与光束之间的相互作用在时间上大致不重叠，所述光束以能被辐射感测系统的传感器直接接收的方式散射辐射。使用该方式可检测到个别颗粒。

[0017] 可通过控制空气被吸取通过系统(例如由控制风扇速度)的位置处的速率来控制样品流速。可替代地或结合地，对通过子流动路径而通向检测腔室的流速进行控制(例如通过控制该流动路径中的风扇或改变流动路径的阻力，如通过打开或关闭阀或类似物)。对于经过该检测的每个感兴趣的颗粒，能够确定颗粒尺寸或总亮度。可将用于多颗粒检测事件的与颗粒尺寸或总亮度相关的数据进行存储。优选地，存储的颗粒尺寸或总表观颗粒亮度数据用于确定样品流中的颗粒尺寸或总表观颗粒亮度分布。确定好的颗粒尺寸或总表观颗粒亮度分布可用于确定检测到的颗粒是否表示感兴趣的颗粒(例如烟气颗粒)或公害颗粒(例如灰尘)或两者的混合物。在已经确认感兴趣的颗粒的事件中可采取一动作，例如改变报警状况或发送报警信号或颗粒检测信号。优选地，其可通过将颗粒尺寸分布与颗粒排放事件类型所对应的颗粒尺寸分布标识相比较来执行。也可监视颗粒尺寸分布随时间的暂时变化，并且与颗粒排放事件类型所对应的相应时间变化的颗粒尺寸分布标识相比较。针对不同事件可依经验确定颗粒分布尺寸标识(不变的或变化的)。

[0018] 在第二方面，提供了一种颗粒检测器，优选地为烟气检测器，颗粒检测器包括：

[0019] 检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；

[0020] 辐射源，其经配置以发射辐射光束，所述光束穿过至少部分腔室传播，并且所述光束经设置以在感兴趣区横穿所述样品流；

[0021] 成像系统，其经配置以捕捉感兴趣区的图像；

[0022] 控制器，其经配置以基于捕捉到的图像中所包含的散射所形成的辐射来分析图像，以确定在感兴趣区与所述光束相互作用的样品流中携带有颗粒。

[0023] 在优选的形式中，所述辐射源发射辐射光束，所述辐射光束的波长足够短以便在所述检测腔室中从空气散射到足够的范围，从而在样品流中没有携带任何颗粒的情况下，所述成像系统能够捕捉到光束的图像。优选地，所述光束在电磁频谱的紫色或紫外区域内。

[0024] 最优选地，辐射源包括一光学系统以聚焦光束。优选地，聚焦光束使其朝向感兴趣区汇聚。

[0025] 所述控制器能够经配置以在捕捉到的图像上执行背景消除。优选地，背景消除涉及基于根据不含有所述光束的图像的至少一个区域而确定的有代表性的所接收到的背景辐射水平，对处于含有所述光束(集合区)的图像的区域中的所接收到的辐射水平进行校正集合。最优选地，背景消除涉及从感兴趣区中的所接收到的辐射水平减去背景辐射水平，所述背景辐射水平从集合区之外的至少一个区域确定集合。其可包括从集合区内每个像素的接收到的辐射水平减去背景辐射水平或执行等效计算。能够利用相应的分段所界定的背景消除区，沿集合区以分段方式执行背景消除集合。

[0026] 分析图像以确定颗粒的存在包括识别集合区图像中的所接收到的辐射强度中的峰值集合。在峰值高于阈值水平的事件中(例如基于最大接收强度，峰值中总的接收能量或其它适合的测量值)能够确定颗粒与所述光束发生相互作用并因此检测到颗粒。峰值高度(例如基于最大接收强度，峰值中总的接收能量或其它适合的测量值)也可用来推断颗粒尺寸，并且会受到其它颗粒属性的影响，例如光吸收或偏振散射特性。

[0027] 在又一方面，提供了根据本发明的第一和第二方面的烟气检测器。最优选地，检测器包括检测腔室和辐射源，辐射源发射单辐射光束。辐射接收系统和成像系统优选地经设置以从共有的感兴趣去接收辐射。本发明该方面的实施例可包括上述本发明的第一个第二方面的任意一个或多个优选的或可选的特征。

[0028] 在优选实施例中，控制器使成像系统的输出与辐射接收系统相关联。

[0029] 在又一方面，提供了颗粒检测器，优选地为烟气检测器，颗粒检测器包括：

[0030] 检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；

[0031] 辐射源，其经配置以发射辐射光束，所述光束穿过至少部分腔室传播，并且所述光束经设置以在感兴趣区横穿样品流；

[0032] 辐射接收系统，其经配置以接收通过与样品流中携带的颗粒相互作用而从所述光束散射的辐射，并且生成表示接收到的辐射的至少一个输出信号，所述辐射接收系统包括成像系统和至少一个其它辐射接收器，所述成像系统经配置以捕捉感兴趣区的图像；

[0033] 控制器，其经配置以分析表示接收到的辐射的至少一个输出信号，以确定样品流中携带的颗粒的存在。

[0034] 优选地，辐射接收系统经配置以相对于所述光束的传播方向和已知偏振，在多个散射角和多个偏振角接收辐射。优选地，接收系统包括多个辐射接收传感器，所述多个辐射接收传感器中的每一个均经配置以在相应的散射角接收辐射。优选地，每个传感器经设置以相对于光束的偏振角在已知的偏振角接收辐射。

[0035] 最优选地，辐射源包括一光学系统以聚焦所述光束。优选地，聚焦所述光束以使其朝向感兴趣区会聚。

[0036] 在又一方面，提供了一种以颗粒检测器检测颗粒的颗粒源确定方法，该方法包括：

[0037] 发射已知偏振的光，使其撞击到颗粒流上；

[0038] 接收由所述流中的颗粒从发射的所述光所散射的光，在多个已知散射角和偏振接收散射的所述光；

[0039] 基于一时间段内从单个颗粒接收到的散射光确定至少一个单颗粒散射参数，其中在所述时间段内从多个颗粒接收散射光；

[0040] 将在多个散射角和/或偏振接收到的光以及所述单颗粒散射参数与用于颗粒的多个已知类型的一系列代表性数据进行比较；以及

[0041] 基于所述比较确定在颗粒流中存在至少一种所述已知类型的颗粒；

[0042] 利用已确定存在的一种或多种颗粒类型，从给定的颗粒源中确定存在于颗粒流中的颗粒的水平。

[0043] 优选地，每种已知类型的颗粒表示根据以下多个特征中的至少一个特征进行分组的颗粒：

[0044] 颗粒尺寸范围；

[0045] 形成所述颗粒的材料。

[0046] 基于所述比较确定在颗粒流中存在至少一种所述已知类型的颗粒的步骤包括：确定属于至少一种已知类型的颗粒在所述流中的比例。最优选地，所述方法包括按照颗粒的多种已知类型确定所述流中颗粒的比例组分。

[0047] 利用已确定存在的一种或多种颗粒类型，从给定的颗粒源中确定存在于颗粒流中的颗粒的水平的步骤包括：确定相较于总颗粒水平的相对水平。该步骤可以包括根据给定的源对应的一组权重值对已确定的比例组分进行加权，以确定可归因于给定源的颗粒的水平。

[0048] 该方法可包括显示归因于至少一种给定源的颗粒的水平。采用能够与其它给定源或总颗粒水平相比较的方式，可以显示归因于给定源的颗粒的水平的显示。该方法也可包括处理已确定的可归因于给定源的颗粒的水平以及如果所述水平满足一个或多个预定判据则生成通知。

[0049] 优选地，确定颗粒的总表观颗粒亮度不取决于在所述多个散射角和/或偏振接收到的光的水平。最优选地，从颗粒检测腔室的图像捕捉装置的输出确定所述总表观颗粒亮度。同样优选地，在相应的多个光敏二极管处接收所述在所述多个散射角和/或偏振接收到的光。优选地，颗粒的总表观颗粒亮度基于由图像捕捉装置接收到的从颗粒散射的光的总量。

[0050] 在一些实施例中，单颗粒散射参数是一时间段内所做的单颗粒散射测量的中心趋势的测量值。生成多个单颗粒散射参数，用于那些与具有不同散射特性 (如尺寸范围，吸收等)的颗粒相对应的具有落入不同范围的单颗粒散射参数的颗粒与不同散射特性颗粒所对应的不同范围的单颗粒散射参数的颗粒。

[0051] 该方法可包括将表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的数据传输到至少一个远程数据处理系统，用于执行方法的多个后续步骤。该方法还可包括将那些从中确定单颗粒散射参数的数据传输到至少一个远程数据处理服务器。

[0052] 在又一方面，提供了一种用于确定颗粒材料存在的方法，其中基于由烟气检测腔室中的多个传感器接收到的散射光，所述颗粒材料在气体样品中由至少一种给定颗粒源产生，该方法包括；

[0053] 将利用多个传感器在多个散射角和/或偏振接收到的散射光以及单颗粒散射参数与用于多个已知类型的颗粒的代表性数据相比较；以及

[0054] 基于所述比较确定至少一种所述已知类型的颗粒存在于颗粒流中；

[0055] 利用已确定存在的一种或多种颗粒类型确定来自给定颗粒源的颗粒流中存在的颗粒的水平。

[0056] 在一个优选的形式中，该方法确定由一根或多根过热电线产生的颗粒材料的出现。

[0057] 在另一优选的形式中，该方法确定由柴油机产生并排放到大气的废气排放物中的颗粒材料的出现。

[0058] 优选地，所述方法确定由给定源产生的颗粒的水平。优选地，所述水平优选地相对于检测到的总颗粒水平来确定。

[0059] 优选地，使用本发明的上述方面的实施例来执行所述方法。

[0060] 在又一方面，提供了一种用于对颗粒检测系统的输出进行分析的系统，该系统包括：

[0061] 数据处理系统，其经配置以接收至少散射数据，所述散射数据表示由颗粒检测系统接收到散射光并且指示由所述颗粒检测系统分析的颗粒的存在；所述数据处理系统经配置以处理：接收到的所述数据；多个已知类型的颗粒的数据；以及表示由至少一种给定的颗粒源引起的颗粒物质的组分的数据；以便生成表示由所述颗粒检测系统从所述源中检测到的颗粒水平的输出。

[0062] 数据处理系统能够接收表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的数据以及那些能够从中确定单颗粒散射参数的散射光数据。。优选地，不同于那些能够从中确定单颗粒散射参数的所述数据，从不同的光接收部件获得表示在多个散射角和/或偏振接收到的光的所述数据。

[0063] 优选地，数据处理系统适用于执行数据处理步骤以形成部分根据本发明前述任一个方面的方法。

[0064] 在优选形式中，数据处理系统的定位远离所述颗粒检测系统。数据处理系统可与多个颗粒检测系统相连接，从而能够分析每个系统的输出。

[0065] 在又一方面，提供了一种用于颗粒检测器中散射源的光束强度的调制方法。该方法包括调制光束强度以生成第一数量的第一持续时间的第一脉冲。第一脉冲具有相对光束强度。该方法包括调制光束强度以生成第二数量的第二持续时间的第二脉冲。第二脉冲具有的光束强度低于第一脉冲的光束强度。优选地，在不同脉冲之间关闭光束。

[0066] 该方法可选地包括调制光束强度以生成第三数量的第三持续时间的第三脉冲。第三脉冲具有的光束强度低于第二脉冲的光束强度。也可增加其他类型以及不同水平的脉冲。

[0067] 在优选的形式中，在单位时间内，第一脉冲的第一数量小于第二脉冲的第二数量。如果使用第三脉冲，则第三脉冲的频率可小于第二脉冲。第一和第二脉冲(以及第三脉冲)可相互穿插或分组布置形成相同类型的多脉冲块。

[0068] 这个调制方案可用于本发明第一到第三方面中任一个实施例。

[0069] 在另一方面，提供了一种用于将辐射源安装至支撑结构的机构。该机构包括至少一个部件，所述至少一个部件经设置以将辐射源保持在相对于支撑结构的位置上，所述部件可选择地变形以控制辐射源相对于支撑结构的方向。优选地通过施加热使所述部件变形，以控制辐射源相对于支撑结构的方向。优选地，该机构进一步包括加热器，其与所述部件相关联以选择性地对其进行加热。

[0070] 在一个形式中，辐射源安装至一载体，其通过一个或多个热变形的所述部件直接或间接连接至支撑结构。该载体可与辐射源热接触，并作为散热件以驱散辐射源产生的热。

[0071] 在另一方面，提供一种用于颗粒检测器的光束操纵系统，其包括根据本发明第五方面实施例的用于将辐射源安装至支撑结构的机构。光束操纵系统还可包括辐射传感器和控制器，辐射发射器所发射的光束撞击在辐射传感器上，控制器经设置以分析由辐射传感器接收到的辐射水平，并且响应于该接收到的辐射水平控制对一个或多个部件的加热从而操纵光束。优选地，操纵光束使辐射传感器接收到的辐射水平保持大致恒定。

[0072] 在另一方面，提供一种颗粒检测器，优选地为烟气检测器，颗粒检测器包括：

[0073] 检测腔室，其用于接收用于分析的样品流；

[0074] 辐射源，其经配置以发射辐射光束，所述光束穿过至少部分所述腔室传播，并且所述光束经设置在感兴趣区横穿样品流；

[0075] 辐射接收系统，其经配置以接收通过与样品流中携带的颗粒相互作用而从所述光束散射的辐射，并生成表示接收到的辐射的至少一个输出信号；所述辐射接收系统包括一成像系统和至少一个其他辐射接收器，成像系统经配置以捕捉感兴趣区的图像；

[0076] 控制器，其经配置以分析表示接收到的辐射的所述至少一个输出信号，以确定样品流中携带的颗粒的存在。

[0077] 优选地，辐射接收系统经配置以相对于所述光束的传播方向和已知偏振，在多个散射角和多个偏振角接收辐射。优选地，辐射接收系统包括多个辐射接收传感器，每个辐射接收传感器经配置以在相应的散射角接收辐射。优选地，每个传感器经设置以相对于光束的偏振角在已知的偏振角接收辐射。

[0078] 最优选地，辐射源包括一光学系统以聚焦光束。优选地，聚焦光束使其朝向感兴趣区汇聚。

[0079] 在一方面，提供了一种颗粒检测器，其具有用于对进入检测器的检测腔室的样品流的流速进行控制的装置。该控制装置可包括流动限制器或可变流速气体移动设备，例如可变速风扇。优选地，该控制装置使检测腔室中的样品流大体上停止，以增加样品流中携带的颗粒穿过感兴趣区的运输时间。在一些实施例中，该控制装置可以是可逆风扇，可逆风扇经设置以反转以改变检测腔室中的流动，从而增加样品流中携带的颗粒穿过感兴趣区的运输时间。最优选地，颗粒检测器是本文描述的任意类型的颗粒检测器。

[0080] 除了内容需要之外，本文使用的术语“包括”及其变形，例如“组成”，“包含”和“构成”，不用于排除更多的添加物、零件、整体件或步骤。

附图说明

[0081] 从作为示例给出的参照附图的下面的描述中，本发明的更多方面和前段中描述的方面的更多实施例将变得更明白。图中：

[0082] 图1示意地示出了根据本发明实施例的烟气检测系统。

[0083] 图2A和2B示出了本发明实施例中使用的检测腔室的部件的示意图。图2A 示出了在辐射源的E偏振面中通过腔室的横截面，而图2B示出了在辐射源的 M偏振面中通过腔室的横截面。

[0084] 图3示出了根据本发明实施例的由颗粒检测器的成像系统捕捉的图像的示意图，其中不存在烟气颗粒。

[0085] 图4示出了本发明某些实施例中用来保持烟气检测器的校准的集合区间和背景消除区间。

[0086] 图5示出了当颗粒穿过光束中心时成像系统的运行，并且示出了在捕捉到的图像中接收到的散射所形成的辐射强度沿光束的曲线。

[0087] 图6示出的图表和曲线与图5类似，表示的是颗粒穿过光束离开中心的情况。

[0088] 图7A示出了大颗粒穿过光束中心的情况和相关强度曲线。

[0089] 图7B示出的曲线与图7A类似，除了颗粒是穿过光束离开中心之外。

[0090] 图8示意地示出了本发明实施例的E和M平面中的辐射传感器的布置，以及随时间变化的针对多个颗粒检测事件的传感器输出的曲线。

[0091] 图9示出了总表观颗粒亮度柱状图，其可用来识别正在发生的颗粒检测事件的类型。

[0092] 图10示意地示出了一些实施例中使用的颗粒类型分析过程中的数据流。

[0093] 图11示出了一些实施例中可使用的图像用户界面元件。

[0094] 图12示出了一个实施例中的用于提供烟气分析功能的系统结构。

[0095] 图13示出了本发明的一些实施例中用于安装辐射源的安装机构的截面图，其示出了用于操作光束的机构。

[0096] 图14示出了本发明实施例，其包括用来在分析之前加热样品流的加热器。

[0097] 图15示出了在加热样品流之前或之后不同尺寸颗粒的计数的柱状图。

具体实施方式

[0098] 根据本发明的实施例，图1示出了一种颗粒检测系统，其形式为吸气式烟气检测系统100。烟气检测系统100包括颗粒检测器和空气取样网络104，颗粒检测器的形式为烟气检测器102。空气取样网络104包括四个取样管106A、 106B、106C、106D。每个取样管106A、B、C、D包括多个样品入口或取样点108。取样管106A、B、C、D分别耦合至烟气检测器102的入口110A、 B、C、D。入口通向集气室112，集气室112中从每个取样管106A、B、C、 D吸取的样品混合在一起。每个入口110A、B、C、D可以包括对应的流量传感器114A、B、C、D，流量传感器114A、B、C、D用于确定对应管中的样品空气的流量。本领域技术人员将会理解，监视样品流量可用来确定检测器和取样网络104的运行状况或用来设定系统中的其它部件的运行参数。为了帮助确定已经接收到的颗粒经由哪个取样管，每个入口110A、B、C、D可额外地安装有阀
116A、B、C、D，例如蝶阀，可打开或关闭阀116A、B、C、D来控制是否从每个单独的取样管106A、B、C、D吸取了样品。检测器102包括空气运动设备或吸气器118，其用来吸引空气通过烟气检测系统1000。吸气器 118引导空气从排气口120出去而进入环境中。排气口可包括另一个流量传感器122。

[0099] 使用中，空气通过取样孔108被吸进烟气检测系统100，并且沿着取样管 106A、B、C、D进入集气室112。集气室可装配有混合结构(未示出)，混合结构将来自每个取样管106A、B、C、D的样品空气混合。但是并非全部样品空气都被送到颗粒检测腔室150进行分析，而是只对总的空气样品中的子样品进行分析。大多数样品流通过排气口120从系统中排出。以下将描述用于分析的空气样品随子取样路径124通过检测腔室。

[0100] 子取样路径124起始于子取样管道126，子取样管道126具有一个在集气室112中的入口128。部分样品空气进入入口128并且沿着子取样管道126移动，部分样品空气包括来自取样管106A、B、C、D(或这些取样管的对应阀 116A、B、C、D中那些打开的阀的取样管子组)的混合空气样品。子样品经过第一过滤器130，在第一过滤器130处将诸如棉绒、碎片和大灰尘颗粒的大颗粒从样品流中过滤掉。过滤器130可包括一个或多个筛网过滤器和/或粗泡沫过滤器。过滤器130可被设定成“烟气衰减器”，如本申请人名下的国际专利公布WO2007/095675和国际专利公布WO2011/106850中描述的类型。使用这类过滤器的优点是即使在过滤器堵塞的情况下，烟气颗粒或其它感兴趣的颗粒仍将到达用于检测的检测腔室，因此这种系统将在安全方面有不足。

[0101] 在经过过滤器130之后，部分样品流在管132中继续向着检测腔室50移动，没有进一步过滤，而第二部分流向路径134，并且被精过滤器136进一步过滤。精过滤器可以是HEPA过滤器或其它类型的过滤器，精过滤器大体上将所有颗粒从样品流中移除，并且在它的出口处生成干净的空气。干净空气进入清洁空气注射系统138，清洁空气注射系统138被用来使用干净空气给颗粒检测器102的检测腔室的某些区域增压，以阻止光学表面被颗粒物质弄脏。流经管132的部分流再次分开。这个样品的第一部分进入路径140，管132中的样品空气的第二部分通过旁通路径142前进。旁通路径142中的样品空气全部绕过烟气检测器102的腔室。

[0102] 在路径140中的部分样品流经过流动控制结构，例如迷宫或弯路，以便在检测腔室150的入口144处设定适当的样品流速。检测腔室150是光学颗粒检测腔室，下面描述这种类型的光学颗粒检测腔室。在本发明的优选形式中，检测腔室150通过对由辐射源154发射的辐射光束152散射所形成的辐射进行测量来检测颗粒。在这种情况下，包括多个传感器156的辐射接收系统协助检测由散射所形成的辐射。在本发明的优选形式中，辐射接收系统包括以下之一或二者：

[0103] 成像系统，例如包括光学系统和相关联的图像捕捉传感器；

[0104] 多个辐射接收传感器的布置，辐射接收传感器布置成在一个或多个偏振平面中的多个不同散射角(θ)捕捉散射辐射；相对于光束152的偏振平面。

[0105] 下面将描述检测腔室的进一步细节。

[0106] 入口144还设置有流量传感器158，以便能够监视进入检测腔室150的样品空气的流量。使用风扇160吸取空气通过子取样路径124。吸进子取样路径 124的样品空气从在入口128的下游位置处的出口162排放，并被吸进吸气器 118中。

[0107] 图2A和2B示出了通过颗粒检测器102的检测腔室150的两个相互垂直的横截面图。作为首项附注，辐射源54优选地是激光或输出偏振的辐射光束 153的其它类型的辐射源。
贯穿这个文件，偏振将被描述成E平面或M平面。 E平面被定义成包含光束的电场向量的平面，M平面被定义成包含光束152 的磁场向量的平面。在下面的描述中，示意性的实施例被描述成对与光束的偏振的E平面和M平面重合的正交平面中的散射所形成的辐射进行测量。
然而，不需要是这种情况。对散射所形成的辐射进行测量所在的平面可以彼此补偿一个除
90度以外的角度。此外，它们不需要和光束偏振的E平面或M平面的任一个直接对准。而且，可以在多于两个平面中测量散射所形成的辐射。

[0108] 转到图2A，图2A示出了通过腔室150的E平面横截面，光束152从辐射源154发射并且经过一系列的一个或多个空间滤波器或隔板202，用来阻挡偏离的、离轴的辐射，并且减少检测腔室150中的背景辐射。光束152聚焦以在聚焦点204会聚，聚焦点204与通过入口144进入检测腔室150并通过出口 208离开腔室的样品流近似地共线。在优选的实施例中，光束在最窄点204为大约30μm。接着光束152偏离朝向检测腔室150的远端。在这个示例中，光束经过另一个空间滤波器210并且撞击辐射吸收结构，辐射吸收结构用来减小进入腔室150的中心部分的散乱反射，并且还使得能够采用一种方式来精确监视光束强度和/或准直，以下将进行描述。光束中的聚焦点或腰204也与成像系统(未示出)的成像光学件的聚焦点212对准。

[0109] 腔室150包括第一多个辐射传感器，在这种情况下，第一多个辐射传感器包括三个光敏二极管214、216和218的阵列。每个光敏二极管214、216和 218设置成使得它们各自的视场与光束152和样品流206之间的交叉区域(被称为“感兴趣区”的区域)重合。每个光敏二极管214、216和218设置在相对于光束152的传播方向的不同散射角(θ)处。光敏二极管218设置在从光束传播方向的20°的前向散射角处；光敏二极管216也设置在从光束传播方向的70°的前向散射角处；并且光敏二极管214设置在从光束152的传播方向的150°的后向散射角处。可基于经验选择散射角，并且可选择散射角来加强某些颗粒类型的检测或抑制其它颗粒类型的检测。例如，可选择使用的散射角来加强灰尘剔除，即降低对灰尘的存在的灵敏度。

[0110] 图2B示出了通过检测腔室150的M平面中的横截面。将不再描述腔室的总体结构布置，因为它和图2A中的一样。然而，能在这个视图中更好地观看，腔室150包括辐射吸收结构220，辐射吸收结构220包括反射器222，反射器 222朝向腔室的一侧反射光束，从而使得光束不被反射回检测腔室150的中心部分中。传感器224可以是光敏二极管或其它类型的辐射传感器，其监测从反射器222的反射，以便采用将在下面更详细描述的方式来确定光束强度和光束准直。在本发明的优选实施例中，反射器22有抛光黑玻璃或类似的结构制成，其对撞击其上的绝大部分辐射进行吸收，而对不吸收的辐射提供可控的反射。这使得光敏二极管
224能够在不饱和的情况下观测光束。在优选的形式中，传感器224接收约1％的光束功率。
可替代地，反射器222可以不被设计成吸收辐射，并且传感器224设置有滤波器来避免饱和。

[0111] 成像系统240朝向检测腔室150的中心定位。成像系统包括光学系统242，在这种情况下光学系统242包括多个透镜和图像捕捉传感器244。图像捕捉传感器244可以是任意类型，但是优选的实施例为CMOS或CCD图像捕捉芯片。光学系统242设置成将感兴趣区(光束152和样品流206之间的交叉区域)的图像聚焦到传感器244的成像平面上，从而使得图像传感器244捕捉到光束和从交叉颗粒所散射的辐射的图像，以下进行详细描述。M平面额外地包括第二多个传感器246、248、250。和E平面一样，M平面传感器246、248、250 设置在相对于光束152的传播方向的不同散射角处。传感器250设置在20°的前向散射角处；传感器248也设置在70°的前向散射角处；并且传感器246 设置在150°的后向散射角处。对每个传感器
246、248、250进行布置使得它们的视场包括感兴趣区。

[0112] 在优选的实施例中，只有单个前向散射的光敏二极管能够用来代替散射光敏二极管250和218对，前向散射光敏二极管250在M平面中，前向散射光敏二极管218在E平面中。这是因为在相对小的前向散射角处，例如大约30 度时，散射并不是强烈地取决于偏振。在使用单个前向散射光敏二极管的情况下，这个前向散射光敏二极管可以设置在任意方便的偏振角度处，甚至在E 和M平面之间的部分。

[0113] 辐射源154包括辐射发射器252(例如激光二极管)和聚焦光学件254，辐射发射器252和聚焦光学件254相对彼此布置以生成会聚光束152，其焦点在检测腔室150内的适当位置中。在本实施例中，发射器发射紫光范围或紫外光范围内的相对的短波长辐射，例如大约
455纳米或更短的波长。光束152 朝向点204聚焦从而使得其在感兴趣区具有“腰”。最优选地腰具有大约30 微米的宽度。

[0114] 所描述的布置有利力使得小颗粒的检测具有更大的可靠度。此外，其为颗粒检测提供多个机构，并提供将相关联的多个检测模式(例如来自成像系统以及一个或多个辐射接收器的检测)进行交叉的能力，以便提高检测可靠度。在最简单的水平上，当考虑个别传感器214通过218和246到250时，这为对经过感兴趣区的同一颗粒进行检测提供了六个机会。与个别传感器一起使用或替代个别传感器而使用的成像系统240提供可用于检测腔室150的又一检测机构。此外，如将在下面描述的，这些个别的检测机构能够相结合以提高检测可靠度、对与样品流中颗粒的性质有关的额外信息进行检测或检测较低浓度的颗粒。额外信息(相对于单一传感器系统)能够帮助确定是什么事件导致发出颗粒并且因此能够减少来自烟气检测系统的误警报。

[0115] 现转到成像系统240，图3示出可由图像传感器244捕捉的图像300。图像300是在没有颗粒的情况下，即在检测腔室中不存在灰尘、烟气或其它感兴趣的颗粒时捕捉到。即使在检测腔室只含有空气的情况下，图像300中也会捕捉到来自光束的散射。由于它的短波长，光束302从腔室150中空气中的氧气或氮气分子散射，并且能够看见一条形如光束的带，并且该带优选地包括靠近焦点204的腰部分。有利地，根据本发明的该实施例，在不存在任何颗粒的情况下能够对光束152直接成像使得在样品流中不存在颗粒时或样品流停止时的任意时刻，系统能够执行区域内的校准。

[0116] 图4示出了用于执行检测腔室150的背景辐射消除的机构。有利地，执行背景消除以抵消检测腔室中不断增高的背景辐射水平。随着检测腔室的内部的壁和其它光学表面被来自样品流的颗粒弄脏，背景辐射的水平不断增加，导致在检测腔室内开始反射离轴辐射。减少任何这类偏离的背景辐射造成的影响，对于提高检测灵敏度是非常有利的。为了执行针对成像系统240的背景消除，图像300在其内部界定了三个区域。这些区域为：标记为I的中心集合集合区和背景区B1、B2，中心集合集合区含有光束152，背景区B1和B2位于集合集合区I的两侧。从背景区中的平均辐射水平(例如基于图像中的像素值)计算换算因子，换算因子用来换算感兴趣区中检测到的辐射水平。根据下面的等式计算换算因子S：

[0117]

[0118] 其中S为换算因子，I是集合集合区中的平均亮度，B1和B2分别是背景区中的平均亮度。求和周期可以设定成任何希望的长度。例如100个图像帧或更长或更短，从而使得能够重新计算换算因子以解释检测腔室中变化的背景水平。

[0119] 如果不希望横穿图像的背景水平是均匀的，即沿光束的长度，则可在沿光束长度含有光束片段的部分图像上执行背景消除处理，由此横穿图像300分段执行背景消除。在极端的情况下，可针对单列像素执行消除。

[0120] 能够执行背景消除以及从腔室内的空气获得参考散射水平两者为使用成像系统240的颗粒检测提供了具有固定零点以及检测系统增益的独特能力，因此实现精确的颗粒检测，这归因于固定的基准线。在区域内，这些优点使得本类型的系统能够执行“无烟”校准，也就是能够执行区域内检测器的校准，而不需要技术人员为了执行校准而重复抽烟气。

[0121] 同样值得一提的是，相较于使用常规辐射传感器例如光敏二极管的检测，使用成像传感器244的固有优点在于：成像传感器244的每个像素具有低噪音，而包括成像传感器244的整个像素阵列具有数量非常大的像素，这意味着使用成像系统240的总体检测系统不仅噪音低并且从光束捕捉大量的由散射所形成的辐射。成像系统240的宽视场也使得能够在空间上区分在任意瞬间可能经过光束的个别颗粒。然而应该注意到为了获得高灵敏度，优选地通过检测腔室 150的样品流速低。例如，优选地经过检测腔室的颗粒的流速小于1m/s，并且经过腔室的空气的体积小。低颗粒浓度时(例如使光束强度以大约每米0.0025％的水平熄灭)，希望任意时刻只有样品流中携带的单一颗粒在横穿光束，意思是来自单一颗粒的散射所形成的辐射可以被解析。当然任意时刻下光束中的瞬间颗粒数量本质上是统计的，因此会发生重叠的检测事件。此外，较高颗粒浓度时，从个别颗粒解析散射的能力将会丧失。然而在处于这些较高浓度水平时，检测的确定性较大，并且能更有效地使用其它检测模式。

[0122] 在一些实施例中，有利地能够主动控制进入腔室150的样品流速。这可通过对空气被吸取通过系统的位置处的速率进行控制来完成(例如通过控制风扇 118的速度)。可替代地或结合地，例如通过控制风扇160的速度或改变流动路径的阻力(如通过打开或关闭阀或类似物)来控制通过入口144进入腔室 150的流速。在特别优选的实施例中，例如通过停止或甚至反转风扇160来大大减小整个腔室中的流动。这用来增加颗粒在检测腔室150的感兴趣区中的停留时间。这尤其有利于希望检测几乎不生成散射光的非常小的颗粒。

[0123] 图5示出了表示来自检测腔室150的成像系统244的视图的图像500，连同接收到的辐射强度相对于沿光束的位置的曲线图。图5中，颗粒沿路径502 从顶部通过成像系统244的视场移动到底部。当颗粒在路径502上经过光束 152时，辐射从光束散射并被图像感测系统240的图像传感器244捕捉到。该颗粒检测事件将在空间强度分布中形成峰值504，峰值504的位置与沿光束颗粒和光束152相互作用的位置相对应。在这个示例中，利用在沿光束长度相间隔的多个空间区域中捕捉到的图像的总计像素值来测量沿光束所测量的辐射的空间强度。例如，在曲线图506中，区域508中的全部像素值的总和产生强度值I508。相似地，区域510中的像素的总和产生强度值I510。沿光束的长度遍及每个图像重复这个过程以建立曲线图506。因此，有效地，曲线图506是针对沿光束的位置分类的像素区的总计的强度的柱状图。区可以是横穿感兴趣区的单像素柱，或是在竖直方向上延伸穿过感兴趣区(I)且在水平方向上沿感兴趣区(I)延伸的区。从曲线图506可见，在颗粒穿过光束152的空间位置中，峰值出现在曲线图506中。

[0124] 图6示出了等同于图5中视图500的视图600以及相应的接收到的散射所形成的辐射强度的空间曲线图604。在本图中，颗粒遵循的路径不是具有光束 152的聚焦点204的线，而是在位置604处进一步沿着光束的路径。因此，如同示出的，强度曲线中的峰值606相应地从位置轴的中心移动。这使得在颗粒检测器中使用成像系统240对散射所形成的辐射进行测量的优势得到强化，也就是说，由于并不是所有颗粒都遵循同样的路径，因此对颗粒进行区分是有可能的。重要的是，对于以暂时重叠的方式穿过光束的多个颗粒，使用成像系统 240准许其空间分辨率。

[0125] 图7A和7B示出了在成像系统240的视场区域内大颗粒经过光束的情况下会发生的情况，首先在图7A中与光束152的聚焦点204共线，其次在图7B 中沿光束离开中心。与图5和6中相同，在强度曲线图702中经过光束152 的颗粒在一空间位置处产生峰值700，该空间位置与颗粒和光束152的相交位置相对应。然而，当与图5和6中示出的由较小颗粒引起的峰值
504、506比较时，峰值700大很多，因为由较大颗粒散射形成更多辐射。因此，利用强度散射曲线中峰值高度能够实现对颗粒尺寸的识别。

[0126] 在每个散射强度曲线图506、602、702中，标示了阈值708。本发明的实施例中，当识别出一强度峰值大于阈值708时，认为已发生一次颗粒检测事件。如上所述，低颗粒浓度的颗粒的相对低速流动以及对个别颗粒的空间解析能力意味着能够累积和测量个别颗粒检测事件。

[0127] 通过利用峰值强度或与低于每个峰值相结合，可从每个峰值获得表示颗粒尺寸的值，并且可按时间建立颗粒尺寸或观察到的亮度的柱状图，如图9所示。如将在下面更详细讨论的，该数据能够用来识别导致在样品流中出现的颗粒的事件类型。在图9中的图表中，纵轴表示在特定尺寸的仓(bin)中的颗粒已经被计数的次数。沿横轴陈列了多个尺寸仓。

[0128] 对于在每个仓的参数范围内的颗粒，图9的颗粒亮度柱状图提供以％/m 计的散射系数。在这个示例中使用了80个仓。分仓过程(binning process)使用从成像系统获得的图像中的总表观颗粒亮度，以原始成像仪灰度水平测量。颗粒检测阈值设定在经选择的灰度水平，例如基于成像仪中的噪音水平极限。如果图像具有亮度超过阈值水平的峰值，则通过峰值内的总计像素灰度值来测量所检测的每个颗粒的总灰度水平值(G)。将该灰度水平值(G)转换成dBG，并且四舍五入成最接近的整数以确定如下数值：

[0129] BIN＝Round(10log10G)

[0130] 将零仓(zero bin)用于不能归因于个别颗粒的剩余量散射(residual bulk scatter)。

[0131] 现转到图8，图8以更为示意的方式分别示出了图2A和2B的E和M散射平面检测系统。在E平面中，光敏二极管214、216、218的输出被提供给系统控制器219，并且分别以曲线图I、II、III示出。在M平面中，光敏二极管 246、248、250的输出被提供给系统控制器219，并且分别以曲线图IV、V、 VI示出。在I到VI的每个曲线图中示出了相对于时间，在相应的偏振平面中以及在相应的散射角处的散射强度S。曲线图中示出的时间段包括在时刻T1、 T2和T3处的三个潜在的颗粒检测事件。这能通过利用控制器对I到VI的每个曲线图中三个时刻T1、T2和T3处的峰值的对准来推断。由此可见，在曲线图I、III、IV、V和VI中，时刻T1处的事件产生了相对小的峰值，而在曲线图II中几乎是平坦的。类似地，在时刻T2和T3处峰值已对准的曲线随不同散射角和不同偏振角而尺寸不同。

[0132] 对于每个散射事件，通过在不同偏振平面中的相同角度下所测量的散射水平，系统控制器219能够确定所检测的每个颗粒的颗粒尺寸。再次如前所述，由于通过颗粒检测器的感兴趣区的样品流的速率相对低以及感兴趣区的尺寸小，因此至少在低颗粒浓度，可能检测经过光束的个别颗粒。每个曲线I到 VI上标记有阈值T，高于阈值T，认为已经发生颗粒检测事件。将注意到，在曲线图II中，时刻T1和T2处的峰值没有超过阈值。然而由于阈值T在其它散射角或偏振角处有交叉，因此控制器219可能仍将检测到并识别出颗粒检测事件。在替代方案中，使用直线强度阈值T来确定是否检测到颗粒，还可使用其他检测方法，例如通过整合脉冲中的总散射能量，并且将其与预定值相比较。在优选的实施例中，颗粒检测器为吸气式烟气检测器，用来确定火情的出现。理想地，烟气检测系统能够在非常早的阶段检测出火灾。利用图9中所示类型的柱状图，基于柱状图表示的颗粒尺寸分布而更确定地识别出火灾已经发生或将要发生是有可能的。某些火灾类型产生具有特定颗粒尺寸分布的颗粒，该特定颗粒尺寸分布能够与测量的柱状图匹配。此外，在一些实施例中，在测量的柱状图中跟踪随时间的发展和变化以对指示特定类型的火灾或火灾发展特性的颗粒尺寸分布的演变模式进行识别是有可能的。可利用这些机构更加肯定地确定正被检测的颗粒是指示火灾还是可以忽略的公害颗粒。

[0133] 一旦颗粒浓度增加至较高水平，则在强度水平高于阈值T时解析个别事件的能力丧失，因为很多检测事件在时间上相重叠。在此时，传感器中的一个、全部或子集的输出将基本上总是高于阈值水平。这使得信号处理变得与更为传统的辐射散射颗粒检测器的信号处理相似。在传统辐射散射烟气检测器中设定有阈值辐射散射水平，并且当所测得的由散射所形成的辐射的短期平均水平超过阈值持续预定时间段，则认为检测到烟气。可针对不同警报水平设定多个阈值。因此，在这里描述的系统的一些实施例中，一旦空气样品中的颗粒浓度变高以至于控制器不能再可靠地在时间上对(多个)传感器输出(或多个传感器输出的组合)中的颗粒检测事件进行区分，可将短时间传感器读数(或多个传感器输出的组合)与一个阈值或一组阈值相比较，以确定警报事件或警报水平。

[0134] 如将从上面的描述所理解的，在优选的形式中，根据以上多个方面和实施例，颗粒检测器使得待确定的多个颗粒属性的多个测量值可用。特别地，优选的实施例提供由成像仪所测量的至少一个单颗粒散射参数(例如基于总散射能量)，以及由光敏二极管所测量的在不同角度和偏振下的散射强度的附加测量值。这套测量值能用来提供相对于传统检测器的新功能，例如关于样品中存在的颗粒的类型信息，并且基于该信息发出通知。此外其可用来推断颗粒的源。例如，从来自纤维素火灾的白烟中可以辨别出来自液体燃料火灾的黑烟。取决于应用环境和可能的公害材料，不同警报或通知的阈值以及延迟可适用于每种可区分的烟气类型。

[0135] 因此，又一方面，本发明提供了一种确定颗粒的源的方法，该颗粒由颗粒检测器所检测，该方法包括：发射已知偏振的光以使其撞击到颗粒流上；接收由所述流中的颗粒从该发射光所散射的光，在多个已知的散射角和偏振处接收所述光；确定一时间段内随时间变化的至少一个单颗粒散射参数，在该时间段中从多个颗粒接收到散射光；将在多个散射角和/或偏振处接收到的光以及单颗粒散射参数与用于多个已知类型的颗粒的一系列代表性数据比较；以及基于所述比较确定颗粒流中存在至少一种已知类型的颗粒；利用已确定将会出现的颗粒的一个类型或多个类型来确定存在于来自给定颗粒源的颗粒流中的颗粒的水平。

[0136] 现转到数据分析，优选的实施例提供了至少一个以下功能：

[0137] 将由检测器分析的样品中存在的颗粒类型分类。颗粒类型的分类能够表示已经根据一个宽的范围或多个参数(例如颗粒尺寸范围、颗粒颜色，形成所述颗粒的材料)分组的已知的颗粒类型。分类过程可包括确定流中一个或多个特别关注的类型的颗粒的比例。也可能涉及根据多个已知的颗粒类型来确定颗粒的组分组成。

[0138] 将颗粒类型与针对至少每一个应用所建立的威胁和/或公害数据库相关联。威胁和/或公害数据库可以例如指示针对每个威胁或公害颗粒源的一组权重，权重用来确定归因于给定源的颗粒水平。因此，过程可包括确定被分析的样品中存在的、归因于给定颗粒源的颗粒水平。

[0139] 将相关联情况以及由威胁数据库确定采取的相应动作中的至少一者进行报告。这可涉及显示归因于至少一个给定源(例如特定威胁或公害)的颗粒水平。可采用能够容易地与给定源或总颗粒水平进行比较的方式显示归因于给定源的颗粒水平。报告也可包括当水平满足一个或多个预设判据时生成自动通知。这个过程可与其它类型的烟气或气体检测中发布警报或报警信号相似。可以持续地或在触发警报水平时执行结果报告。在一些实施例中，报告包括将触发信号发送给另一系统，所述另一系统根据信号发生动作并且采取特定动作例如触发警报、发送信息，激活相关系统以改善情况，例如激活过滤器或排风扇等。

[0140] 图10示意地示出了在一个实施例中对本文所描述类型的颗粒检测系统的输出进行分析的数据流。在本示例中，颗粒检测系统具有图2A和2B中描述的类型的颗粒检测腔室，但是被修改成在E和M平面中具有稍微不同的散射角，从而只使用单个前向散射光敏二极管来代替一对前向散射光敏二极管(M 平面中的前向散射光敏二极管250和E平面中的前向散射光敏二极管218)。单个前向散射光敏二极管被设定在E平面和M平面之间的大致中间位置的偏振角处，以接收30度散射角的光。这个光敏二极管的输出称为前向随机测量值。在E和M平面中均使用了侧向散射光敏二极管，并且侧向散射光敏二极管设置在约90度散射角处。这些光敏二极管的输出分别称为侧向E测量值和侧向M测量值。E和M平面均使用了后向散射二极管，并且后向射光敏二极管设置在约150度散射角处。

[0141] 在示例中，检测腔室将原始散射输出1300提供给颗粒类别解析模块1302。颗粒类别解析模块1302的输出指示至少一个已知类型的颗粒是否存在于样品中。在这个示例中采用输出一个或多个样品组分的形式识别对总颗粒的组分贡献，总颗粒含有至少一个类型或一个种类的颗粒。然后可由一个或多个威胁或公害计算模块1304、1306、1308(优选地并联)分析该输出。威胁或公害计算模块确定来自给定颗粒源的被分析样品中存在的颗粒水平。每个威胁或公害计算模块1304至1308均将一组特定威胁或公害权重1310应用到颗粒组分贡献，以生成由感兴趣的威胁或公害导致的模糊水平(obscuration level)1312。这个输出可被提供给警报状态机1314，警报状态机1314经配置以应用特定威胁或特定公害报警逻辑，例如基于一组预设阈值或延迟值1316。

[0142] 然后可以基于警报状态机1314的输出和/或威胁模糊数据1312来做出系统输出1318。

[0143] 例如输出可包括图形用户界面，图形用户界面指示以下中一项或多项：

[0144] 特定威胁或特定公害模糊水平；

[0145] 基于特定威胁或特定公害模糊水平的报警状态。

[0146] 这类数据可以与相应的总模糊数据同时提供或交替提供而构成系统警报状态数据。例如可将总模糊的可见显示以及由特定威胁(例如过热电线产生的颗粒)引起的组分模糊一起形成，以使系统的用户能够更容易地察觉到一个用户(本示例中为过热电线)关注的特定威胁是颗粒排放的原因的可能性。相似地，可将总模糊的可见显示以及由特定公害(例如柴油动力发动机产生的颗粒) 引起的组分模糊一起形成，以使系统的用户能够更为容易地察觉到正在检测的颗粒是由公害源而非威胁引起的可能性。

[0147] 额外地或可替代地，当满足预设判据时，威胁或公害计算模块1304、1306、 1308能够发布报警信息。这类信息可以是例如给指定用户或用户群的邮件或 SMS信息。

[0148] 下面的描述提供了上述模块的功能的其他细节。将来自检测腔室1300的原始数据周期性地提供给颗粒种类解析器1302，例如大约每秒一次。接收到的主要数据包括：

[0149] 烟气模糊值；

[0150] 烟气类型因子，其由检测腔室控制系统基于在不同散射角和/或偏振接收到的散射光的比率计算；

[0151] 多个散射比率，其为分析腔室的光敏二极管对在不同散射角和/或偏振接收到的散射光的比率。在多数实施例中，散射比率与来自光束的大块散射有关，而不是为了颗粒和发射的光之间的暂时性解析的相互作用。本示意性的实施例中，使用的比率为：

[0152] ο侧向E比侧向M (SESM)

[0153] ο后向E比后向M (BEBM)

[0154] ο前向随机比侧向E (FRSE)

[0155] ο侧向E比后向E (SEBE)；

[0156] ·颗粒亮度柱状图(80元素阵列)；

[0157] ·检测器故障。

[0158] 在示意性的示例中，从E平面、M平面和随机(混合的)偏振位置(即不是E平面也不是M平面)中，以及要么前向散射(～30度)侧向散射(～90 度)要么后向散射(～150度)中的5个光敏二极管得到四个比率。

[0159] 颗粒亮度柱状图为每个仓的参数中的颗粒提供以％/m计的散射系数。在这个示例中使用80个仓。并且采用上述方式，基于检测腔室的成像系统的输出生成柱状图。来自颗粒的散射且由成像系统接收的光的总量将强烈地取决于颗粒的尺寸，此外也将受到颗粒的其它散射属性的影响，例如它们的吸收和偏振散射特性。因此，在某些实例中颗粒亮度柱状图也可以用作针对多个颗粒的颗粒尺寸估计的柱状图。

[0160] 在本示例中，分仓过程使用从成像系统得到的图像中的总表观颗粒亮度，以原始成像仪灰度水平测量。颗粒检测阈值设定在经选择的灰度水平，例如基于成像仪中的噪声水平极限值。如果一个图像占有亮度超过阈值水平的峰值，那么通过峰值内的总计像素灰度值来测量每个检测到的颗粒的总灰度水平值 (G)。将该灰度水平值(G)转换成dBG，并且四舍五入成最接近的整数以确定仓的数量，如此，

[0161] BIN＝Round(10log10G)

[0162] 将零仓用于不能归因于个别颗粒的剩余量散射。理论上，该零仓可归因于空气或气体分子散射(当不存在其它颗粒材料时)或者当水平上升到高于背景水平时，则可归因于来自非常小颗粒所贡献的额外散射。

[0163] 颗粒种类解析器1302接收该原始数据并且计算可归因于一组颗粒种类的组分散射(烟气种类组分)。

[0164] 在当前的示例中有七个种类：

[0165] ·灰尘(全部灰尘类型)

[0166] ·过热(电绝缘预燃)

[0167] ·高温分解(纤维素预燃)

[0168] ·火焰(纤维素燃烧或在适中的温度下闷烧)

[0169] ·烟粒(黑烟气、大颗粒、典型地，燃烧液体燃料或塑料)

[0170] ·细烟粒(黑烟气、小颗粒例如柴油机排气)

[0171] ·纳米物(非常小的颗粒和大气体分子例如制冷剂)

[0172] 从颗粒亮度柱状图的零仓直接得到纳米物(Nano)种类。通过求解一组联立方程获得其余六个种类。

[0173] 在解出最初的方程后，对结果进行重新归一化以包括纳米组分。在一些实施例中，可采用由另一灰尘水平估计机制单独推导的经调节的灰尘比例对结果再次进行重新归一化，但这不是优选方式。

[0174] 在本实施例中，颗粒种类解析模块1302的方程解析组件处理6个输入变量，6个等式求解6个未知量。原始输入为五个散射测量值(即示例中的5个光敏二极管中的每个光敏二极管对应一个)以及从成像仪输出柱状图得到的一个单颗粒散射参数。

[0175] 由于系统是线性的，并且只接收散射比率作为输入数据，因此散射测量值中的任意一个被指定为值1。尽管有可能将问题转化为秩为5的方程组。

[0176] 从比率计算五个散射测量值，如下，归一化为值SM：

[0177] SM＝1.0

[0178] SE＝SESM·SM

[0179] BE＝SE/SEBE

[0180] BM＝BE/BEBM

[0181] FR＝FRSE·SE

[0182] 从颗粒亮度柱状图确定单颗粒散射参数。在这个示例中，单颗粒散射参数是对柱状图中颗粒亮度测量值的中心趋势的测量。针对柱状图的不同区域(例如邻近仓的带)能够生成多个单颗粒散射散射。不同区域可视为表示具有类似散射属性的颗粒。然而，在本示例中只确定一个单颗粒散射参数。本示例中使用的单颗粒散射参数被计算作为单颗粒散射参数的重心，不包括零仓。

[0183]

[0184] 其中，b是仓的数量，并且Hb是相应亮度柱形图仓的计数。

[0185] 一旦建立了输入参数就能找出联立方程组的解。六个输入和输出参数可表示为列向量Y和X：

[0186]

[0187] 其中每个颗粒类型(灰尘、过热、高温分解、火焰、细烟粒)的相对量(即组分)为X0…X5。

[0188] 将代表“理想”烟气类型的六组值(类似于向量Y)用作基础向量B0…B5，以形成矩阵A。

[0189] A＝[B0 B1 B2 B3 B4 B5]

[0190] 然后，将原始观察值和烟气种类关联起来的方程可以写成：

[0191] Y＝AX

[0192] 可采用多种解法解这个标准的联立方程组，例如使用简单的逆矩阵手段。

[0193] X＝A-1Y

[0194] 这具有简单的优点，并且一旦计算出A-1，就非常快。只需计算一次逆矩阵，因为基础向量是固定的。

[0195] 在示例性的形式中，基础向量的值可以如下：

[0196] B0＝{1,0.865,0.302,0.281,1.815,53.0}用于灰尘

[0197] B1＝{1,0.895,0.464,0.239,5.048,45.0}用于过热绝缘体

[0198] B2＝{1,1.195,1.045,0.578,4.314,49.5}用于高温分解

[0199] B3＝{1,0.556,0.192,0.148,0.959,41.0}用于火焰

[0200] B4＝{1,0.178,0.242,0.251,0.313,43.0}用于烟粒

[0201] B5＝{1,0.316,0.418,0.388,0.727,34.0}用于细烟粒

[0202] 注意如上所示的，每一行表示A的一个列向量。

[0203] 将可理解，以dbG计的强度取决于采用的特定激光功率和波长、光学件和成像仪芯片。基础向量中的散射比率也依赖于实施情况，然而上面列出的基础向量可用于具有以下几何形状的检测腔室：

[0204]光敏二极管 散射角(度) 光敏二极管与感兴趣区的中心的距离
SM 90 10mm
SE 90 10mm
BE 150 15mm
BM 150 15mm
FR 30 20mm

[0205] 本领域技术人员能够理解，其它实施情况的基础向量可由经验确定。

[0206] 这个阶段的输出是向量X，其表示被分析样品中存在的每个颗粒类型的组分，其中全部组分相加为1。然而，这六个变量解不包括“纳米物”颗粒种类。然后通过比例缩放和重新归一化将其添加至解，作为第七个元素。

[0207] 一般而言，通过计算“纳米物”种类对总散射的贡献，然后成比例缩小向量X的值完成上述过程。这使得解扩展为七个变量解，含有从X和“纳米物”种类贡献得到的比例缩放值。在优选的实施例中，计算过程如下：

[0208] N＝H0for H0＞0,else 0(纳米颗粒模糊)

[0209]

[0210]

[0211] FN＝N/SO   (由纳米物形成的总模糊的组分)

[0212] k1＝(1-FN)/XS   (归一化因子)

[0213] F0..5＝k1·X0..5   (归一化的种类组分)

[0214] F6＝FN   (由纳米物形成的组分)

[0215]

[0216] 其中Hi是在第i个仓中的柱状图计数，WT是各个仓的总模糊权重，总模糊权重可从下表通过分段线性插值得到。

[0217]Db(G) WT
0 1
16 1
20 6
30 2
40 2
55 2
56 2
79 2

[0218] 处理过程的这个阶段的输出是一个7元素向量F，其包含“纳米”颗粒、 5个烟气类型以及灰尘这7种贡献中每一种贡献的组分。因此就多种已知类型的颗粒而言F有效地反映了样品中的颗粒的比例组成。向量中的任意一个元素反映由给定的一种颗粒类型贡献的样品比例。

[0219] 在下一步中，可执行威胁或公害计算(1304、1306和1308)，以确定从给定的颗粒源产生的样品中存在的颗粒水平。

[0220] 使用威胁作为示例。为了生成针对给定场景的威胁水平，之前计算的烟气类型组分乘以与所关注的预定威胁对应的威胁权重因子(TWn)(应该注意到术语威胁权重因子仅选来用于描述目的，并且权重因子TWn可等效地用来加强对那些不是直接威胁但可有效识别(因为它们是公害或其它原因)的颗粒源的检测或报告)。例如，如果需要用来指示柴油废气的存在的预警报或通知，那么威胁权重因子(1310)将把最大的权重放在细烟粒种类上，并且把较小的权重放在烟粒上，因为对于特定的车辆，这两个种类都可能存在。

[0221] 在很多情况下，如果只对一种类型的颗粒感兴趣，那么对于感兴趣的一个种类的威胁权重因子将是1，其余为0。在一些实施例中可能采用负的权重。例如，液体燃料火灾预报警对烟粒的权重可能采用1.5，对细烟粒的权重可能采用-0.5。这个类型的威胁权重因子将增加对烟粒颗粒的反应度，并减少对环境中也可能存在的柴油机烟气的反应。

[0222] 在优选的实施例中，权重正常应该不超过一，因为警报状态机中的阈值应该用于整体灵敏度。

[0223] 当这些权重乘以总模糊时产生如下威胁模糊(threat obscuration)：

[0224]

[0225] 为了给出一些更具体的示例，在下表中提出了可用来加强由某些原因产生的颗粒的检测或识别的示例性的威胁权重因子。

[0226]

[0227] 表1

[0228] 该表中角标标注出已经在实证检验中发现：

[0229] 1)柴油机排放包括烟粒和细烟粒种类。

[0230] 2)液体燃料火灾倾向于相对于产生的细烟粒而产生更多烟粒，因此示出的值在保持对较大黑颗粒的灵敏度的同时将减小对柴油机排气的响应。

[0231] 3)一般火灾报警可能从存在柴油机排气的环境中对黑烟气的响应降低而受益。本示例采用当前方法将公害颗粒源对烟气检测过程的影响进行最小化。

[0232] 4)在实验室条件下已经观察到电弧产生非常小的颗粒。

[0233] 可采用进一步实证检验改善或定制上述针对不同计算的威胁权重因子，或增加新的感兴趣种类。

[0234] 本方法的下一阶段涉及使用威胁模糊值以生成系统输出和/或报告。使用警报状态机1314执行此处理。在其最简单的形式中，如本领域技术人员将了解的，可采用的形式是使用基于简单阈值和延迟的警报状态机。在这类系统中，如果威胁模糊超过预定阈值持续超过延迟周期，则发出通知。表1包括用于6 个示例性的威胁或公害源的示例性的报警阈值和延迟。

[0235] 在一些实施值中，由于本分析方法并不用作发布颗粒检测警报的主要分析，因此当威胁模糊下降至低于阈值时，可自动清除报警，尽管为了阻止对同一威胁的多个警报(其中发生快速波动)，仍可在多次重复报警之间实施延迟。

[0236] 如本领域技术人员将理解的，基于上述颗粒检测分析，有必要生成一个输出以使下游动作发生。

[0237] 能够直接对其它系统或系统零件进行输出，以使该其它系统或系统零件能够自动发生动作。可替代地或另外地，可将输出制成人类可读的形式，例如部分GUI或其它用户界面，以使用户能够基于系统输出做出决定。现给出相关示例。

[0238] 在优选的实施例中，提供了图像用户界面，图像用户界面提供了经选择的威胁或公害源的图像展示。

[0239] 图11示出了用户界面的示例性部分，其中示出了图表1400、随时间变化的总检测模糊1402、随时间变化的由灰尘引起的模糊1404，以及随时间变化由柴油烟气引起的模糊1406。曲线也示出了灰尘报警阈值1408和柴油排气报警阈值1410。使用该类型界面，用户相对容易理解检测到的总模糊的增加是由于柴油烟气的增加引起的，而灰尘水平是低的。

[0240] 可以看到，在时间点T0，柴油颗粒水平超过阈值1410，并且在时间点T1时，在预定延迟周期届期满后，接着向适合的系统用户发布报警，以通知它们柴油排气的高水平。报警可是任何已知的类型，并且可以是可看见或可听见的用于指示已经超过报警阈值的指示。在优选的形式中，系统发送电子信息给指定的用户，例如通过短信、邮件或其它机制。

[0241] 用户能够使用这个信息来采取恰当的动作，例如识别柴油排气源(例如在监视区域中操作的车辆或启动柴油发电机)，以及识别是否采取了恰当的或必要的步骤来停止柴油排气的排放。也可采用其它相关动作，例如激活排风扇系统以驱散空气中的颗粒。

[0242] 图12为一个示例性系统图，该系统采用远程服务器执行这类分析。在这个实施例中，用于执行分析的软件可在外部数据处理系统上运行，例如远程服务器1202或类似系统，该分析对于提取颗粒类型信息是必需的。服务器系统 1202重点接收表示由颗粒检测系统接收到的散射光的散射数据，并且生成表示由颗粒检测系统检测到的来自一个或多个源的颗粒水平的输出，所使用的方法大致为图10所描述方法。服务器1202可通过网络1206连接至多个检测系统100.1至100.n。这类系统可以是图1中示出的类型，并包括对应的检测腔室150.1至150.n，用于以上述方式分析颗粒样品。系统100的检测器102通过任何类型的网络
1206(例如有线或无线网络或其结合)连接至分析服务器 1202。连接可以通过英特网或私有和/或公共网络的任何组合。优选地，连接是TCP连接。

[0243] 利用该连接，检测系统1206.1向服务器1206提供如图11所讨论的原始腔室数据1300。然后服务器生成输出数据1318并通过网络将其传输给已确定的目标。例如可将待显示的输出传输到与相应颗粒检测系统1202.1相关联的控制系统。控制系统1304优选地为运行软件的计算系统，该软件配置成使控制系统能够配置、命令和/或维持检测系统1202.1(或这类系统的网络)。例如，远程控制系统可以是运行来自Xtralis的“VSC”系统管理软件的计算机系统。控制系统1204从服务器1206接收输出以使其能够生成一用户界面用于将分析输出传达给用户。在优选的形式中，控制系统1204生成一图像用户界面，其包括如图11的内容所描述的元素。

[0244] 有利地，将烟气分析和报告分离的系统架构出自基础的颗粒检测系统，使得分析和通知系统的操作能够大体上独立于常见的检测器警报和预警报，在本实施例中由分析服务器1202和控制系统1204执行上述分离。采用这种方式，安装在受保护位置的基本检测系统的标准认证受到最低限度的影响(或完全不受影响)，并且影响检测器的其它重要功能的风险最小。此外，这有助于能够上传新的或改进的分析算法以供多个检测器使用，而不需要将更新的软件或分析算法推送给每个检测器。

[0245] 如将理解的，实施上述分析功能的一些或全部数据处理系统可在检测器 1202.1中由主检测器控制系统实施或在专用软件上实施(以便将与其它功能的相互作用最小化)。可替代地，执行分析功能的数据处理系统可由安装在检测器上的单独硬件模块提供。有利地，这使得功能被改造为之前安装的系统，该系统具有适合的颗粒检测系统以及不适合的数据处理系统。

[0246] 在又一实施例中，为分析服务器1202提供功能的数据处理系统可以与控制系统1204相结合。在这类示例中，对在一个位置处或遍及多个位置的多个检测器进行控制的中央监控设备能够为多个连接的颗粒检测系统实施颗粒类型与威胁分析。这可以有利地允许对检测到的火灾或其它事件的协同响应。

[0247] 如上所述，在颗粒检测器和方法的一些实施例中，光束152汇聚到腰204，腰204倾向于与成像系统240的光学系统242的焦点对准，从而能够可靠地捕捉到光束中腰的聚焦图像。因此，有必要精确定位并且使光束相对于该聚焦点对准。图13示出一光束安装与操纵机构1000，其可用于该用途，或更通常地用于操纵光学系统中的光束。图13示出了通过颗粒检测器102的辐射源154 的安装布置1000的截面示意图。在这种情况下，从辐射源154开始，辐射源 154是安装至电路板基板1002的激光二极管252。电路板基板1002安装至安装板1004，并且一起作为给辐射源提供机械支撑的载体。安装板还提供一结构(优选地为铝或其它材料)，通过该结构，热从激光二极管212消散。安装板1004具有通过其本身而形成的孔1006，孔1006与激光二极管252共线从而使得光束152通过安装板1004传播。光学系统254也安装至安装板1004，光学系统254包括一个或多个聚焦光束152的透镜。安装板1004连接至支撑结构1008，支撑结构1008连接至或集成到底盘1010或检测腔室150的壳体 1010。支撑结构1008还具有形成在其中的洞或开口(cut-out)1012，用于允许光束经过支撑结构1008传播。
安装板1004通过一个或优选地通过多个如支撑柱1014和1016形式的部件安装至支撑结构
1008，支撑柱1014和1016通过螺钉118和120分别固定至支撑结构1008。至少一个支撑柱
1014或1016 具有与之相关联的加热器，设置为对支撑柱加热。在这个示例中，柱为中空且具有形成其内部的空隙1022和1024。空隙1022和1024包含采用电阻器1026 和1028形式的加热器，与PCB 1022电连接，并且突出而穿过支撑部件1004 进入其内部。在优选的实施例中，支撑柱由塑料或尼龙材料(或其它可变形材料，例如通过施加热而膨胀)制成，从而通过激活一个或多个加热器1026或 1028，柱1014或1016的热膨胀能够用来操纵光束。如将理解的，通过对两个柱1014或1016进行不同地加热，能够操纵光束，从而使得它的焦点与光学系统242的焦点大致重合。

[0248] 另外，通过对全部支撑柱1014和1016进行加热可实现光束152焦点的前后移动，从而推动安装板1014从光学系统224的聚焦点离开，从而移动光束的焦点。光束穿过腔室中的感兴趣区之后，通过对接收到的辐射水平进行测量来实施对光束操纵机构1000的反馈。

[0249] 可在该安装布置的辐射源154端对辐射源252的辐射输出水平进行本地检测，比如利用构建在辐射源154自身内部的光敏二极管。通过使用辐射传感器 224监视腔室另一端处接收到的辐射水平。落到辐射传感器224上的辐射水平会根据光束的准直角度而改变，并且因此可用来确定光束152的准直精确度。在优选的实施例中，光束不直接照射到辐射传感器224上，因为这可能导致辐射传感器224饱和。为了避免这种情况，首先将光束152引导至反射器222 上。反射器222吸收入射辐射的绝大部分，而将剩余的辐射反射到传感器224 上，因此传感器224能够显示光束对准而不饱和。在优选的形式中，反射器 222由亮黑色材料制成，其反射约1％的入射辐射并吸收剩余部分。

[0250] 可以理解，通过控制加热器1026和1028的激活，能够控制光束152的位置以使辐射传感器224处的辐射水平保持恒定，由此控制光束聚焦点204的位置。

[0251] 在一些实施例中，可使用特定的光束调制技术使辐射发射器252的寿命最大化，当使用UV或紫光辐射发射器时这尤其有用。在一种形式中，能够以预定的模式对发射器开启/关闭调制，以设定发射器252的占空比，从而能够期望预定的运行寿命。不同于应用规律且平均的开启-关闭调制而表现出的低占空比，本发明人已确定可选择特定的调制模式，既延长发射器寿命又提供可接受的检测性能，特别是针对小颗粒。

[0252] 就此而言，一些实施例采用的调制方案具有第一数量的第一持续时间的第一脉冲。第一脉冲处于相对高的功率水平。调制模式也包括第二数量的第二持续时间的第二脉冲。第二脉冲处于第二、较低的功率水平。在一个实施中，第一数量的脉冲小于第二数量的脉冲，从而较少且较高的功率脉冲可与更频繁的低功率脉冲相当。第一和第二脉冲可以相互穿插，或组成相同类型的多脉冲块。

[0253] 下表给出这类调制方案的一个示例。

[0254]脉冲类型 脉冲持续时间 脉冲功率 每秒脉冲数量 总占空比贡献
第一 5ms 100％ 5 2.5％
第二 5ms 1％ 100 0.5％

[0255] 该方案给出3％的总占空比。

[0256] 有利地，第一周期中的高功率脉冲提供了足够的辐射以使得能够检测到小颗粒的低浓度，这对于在早期检测到某些类型的火灾是重要的。第二脉冲仍然提供足够的辐射以能够检测到较大的颗粒。

[0257] 在其它实施例中，调制模式可采用第一数量的第一持续时间的第一脉冲。第一脉冲在相对高功率水平。调制模式也包括第二数量的第二持续时间段的第二脉冲。第二脉冲在第二、较低的功率水平。调制模式还包括第三数量的第三持续时间的第三脉冲。第三脉冲在第三、更低的功率水平。可通过降低对光发射器的驱动或在脉冲持续时间(脉冲宽度调制)内以较高的频率在开启和关闭之间切换发射器或两者的结合实现功率脉冲的降低。

[0258] 在最优选的形式中，与低功率脉冲相比，较高功率脉冲的数量和总持续时间较少。第一、第二和随后的脉冲可以相互穿插或组成相同类型的多脉冲块。

[0259] 下表给出了这类调制方案的一个示例。

[0260]

[0261] 该方案给出3.5％的总占空比。有利地，第一周期的高功率脉冲提供足够的光来使得能够检测低浓度的小颗粒，这对于在早期检测到某些类型的火灾是重要的。第二脉冲提供足够的光强度使得能够检测尺寸较大的颗粒，而不引起电子光传感器的饱和，同时它们已延长的持续时间还使检测到较大颗粒的可能性得到提高，通常大颗粒出现的频率低于较小颗粒出现的频率。随后的较低功率的脉冲使得能够检测甚至更大且发生频率更低的颗粒。

[0262] 可以理解，该调制模式可变为本文描述的其它水平以在颗粒检测灵敏度与发射器寿命之间获得一选定的平衡。

[0263] 在又一方面，提供了一颗粒检测器，其改变颗粒的至少一种光散射特性，所述颗粒是那些进入正在通过施加热而进行分析的样品流中的颗粒。在一个实施例中，颗粒检测器包括位于流动路径中的加热元件，其经配置对样品流进行加热。

[0264] 在一些实施例中，能够以足够的速率来执行加热以驱除被颗粒吸收或附结在颗粒上的水，由此在分析之前改变颗粒的光学属性。

[0265] 在其它实施例中，能够以足够的速率来执行加热以使未燃烧的颗粒燃烧，由此在分析之前改变颗粒的光学属性。

[0266] 优选地，加热元件为连接至电源的电阻元件。最优选地，能够选择性地激活加热元件以使得能够选择性地加热样品流。可连续地、间歇地或响应于预定颗粒检测事件而执行加热元件的激活。预定颗粒检测事件可以是检测到预定水平的颗粒或具有如上所述的预定颗粒尺寸分布的颗粒。

[0267] 在又一方面，提供了一种颗粒检测系统中的方法，包括：

[0268] (a)从正在监视的区域中接收样品流；

[0269] (b)加热样品流以改变样品流中携带的至少一些颗粒的光学属性；

[0270] (c)分析样品流以检测颗粒。

[0271] 步骤(b)可间歇地执行，或在随机的时间执行，或周期地执行。

[0272] 步骤(b)可响应于预定事件的发生而执行。因此该方法可包括确定预定事件的发生以及启动步骤(b)。

[0273] 预定事件可包括以下中的任一个或多个：

[0274] 检测到具有预定尺寸分布的颗粒；

[0275] 检测到预定浓度的颗粒；

[0276] 在预定持续时间内检测到颗粒。

[0277] 该方法可还包括：

[0278] (d)停止加热样品流；

[0279] (e)分析样品流。

[0280] 该方法可包括比较步骤(c)和(e)的分析结果，以确定样品流中携带的颗粒的属性。所述属性可包括以下中任一个或多个：

[0281] 颗粒的颗粒尺寸分布；

[0282] 颗粒类型；

[0283] 颗粒排放的原因。

[0284] 图14示出了检测腔室150的示意图，其大体上与图2A和2B中的检测腔室相同。然而，在本实施例中，样品入口144包括加热器元件1100。加热器元件1100是电阻加热器，并且当样品流沿着入口144流向检测腔室150时，加热器元件1100暴露于样品流。需要时，可由系统控制器选择性地激活加热元件144以加热样品流。使用时，激活加热器以帮助确定样品流中携带的颗粒类型。

[0285] 图15示出了颗粒尺寸分布柱形图，其示出了在颗粒尺寸仓范围中的颗粒检测数量。柱形图示出了两种尺寸分布，白色分布1200示出了在加热器1100 未激活的情况下检测到的颗粒尺寸分布，而深色分布1202示出了加热器1100 已激活的情况下检测到的颗粒尺寸分布。当加热器未激活时(白色分布)，柱状图具有大量的大尺寸颗粒，这能够指示数种情况，例如：

[0286] 1.正在检测的颗粒由特定物质导致，或由物质燃烧导致，燃烧产生所检测到的特性颗粒尺寸分布。

[0287] 2.检测到颗粒尺寸为双峰分布指示两种颗粒类型的混合物，或颗粒存在的原因。

[0288] 3.正在检测的一些颗粒具有附结在自身上的水，并且由于附加的水所以具有超出预估的尺寸。

[0289] 4.样品流中含有大的未燃烧的颗粒。

[0290] 如果，当激活加热器时，尺寸分布改变，假设具有深色的颗粒尺寸分布，则说明颗粒尺寸分布由情况3或情况4中一者引起。例如，在第一水平加热样品流会除去颗粒上的水，而检测出它们的正常尺寸(即不含水)。这可导致小颗粒的数量增加而大颗粒的计数减少，因此指示检测到大量相对大颗粒的原因。这类实施例可能在水滴普遍的潮湿环境中特别有用。

[0291] 另一方面，如果将样品流加热至高温(即令一些未燃烧颗粒燃烧的水平)，则检测到的小颗粒的数量可能上升。其指示样品流包含大的未燃烧颗粒，它们在燃烧过程中被分解。这个变化给出了对于正在检测的颗粒的性质或引发这些颗粒的事件的关键指示。

[0292] 在烟气检测场景中，引起烟气的火灾可能随着时间发展，并且颗粒尺寸分布随着时间变化。通过重复该过程或通过激活和停用加热器或通过将加热器设置在不同的加热水平，能够更可靠地检测颗粒尺寸分布的发展情况。

[0293] 可以理解，本说明书所公开和限定的本发明扩展至文本或附图中提到的或明显得出的两个或多个独立特征的全部可替代组合。全部这些不同组合构成了本发明的多种可替代方面。