详情

原文传递用于监测空气颗粒物的系统和方法

专利名称：	用于监测空气颗粒物的系统和方法
摘要：	在本文提供用于监测空气颗粒物的系统和方法，其从空气捕获颗粒用于分析。使用静电和/或机械手段来捕获颗粒以使颗粒朝着基板偏转。静电沉淀使带电载流子朝着带电基板偏转。基于过滤的手段使用过滤器和/或纤维以从流经其中的空气捕获颗粒。例如照相机的传感器用于读取所捕获的颗粒。照明源朝着基板引导光，使颗粒使光散射，传感器可检测光并从其导出信息或成像，其也可用于进一步的颗粒或污染分析。可使用例如反向静电力的静电技术或例如使用刷子清洁的机械手段或更换条带基板来补充基板。动态PM监测检测并进行调节，例如与空气体积、成像特性和基板补充有关的调节。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	麻省理工学院
发明人：	R·N·卡尔尼克;A·张
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201780086791.6
公开号：	CN110325844A
代理机构：	北京泛华伟业知识产权代理有限公司
代理人：	王勇
分类号：	G01N21/94(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	美国马萨诸塞州
主权项：	1.一种用于监测颗粒物的方法，包括：在一个或多个基板上从流动的空气捕获颗粒，所述捕获使用静电和机械捕获器中的一个或多个来执行；在所捕获的颗粒上执行一个或多个感测操作；以及基于所述一个或多个感测操作的结果来分析所捕获的颗粒，其中当在所述基板上捕获所述颗粒时，所述颗粒在相对于所述基板的受控位置上，所述受控位置能够在足够长的一段时间内被维持以在其上执行所述一个或多个感测操作。 2.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个基板是导电的，其中为了在所述一个或多个基板上捕获所述颗粒，所述方法还包括：用第一电荷给所述一个或多个基板中的至少一个充电；以及用第二电荷给所述颗粒充电，所述第二电荷与所述第一电荷相反，以及其中用所述第二电荷给所述颗粒充电使所述颗粒朝着所述一个或多个基板偏转并到所述一个或多个基板上。 3.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个基板包括过滤器；以及其中为了在所述一个或多个基板上捕获所述颗粒，所述方法还包括：使空气能够穿过所述一个或多个基板的所述过滤器或在所述过滤器之上流动，从而使所述空气中的所述颗粒由所述过滤器中的一个或多个捕获。 4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中所述一个或多个基板由可移动条带的一个或多个部分形成，所述可移动条带包括其它部分，与所述颗粒在所述一个或多个基板上的捕获同时，在所述其它部分上颗粒不被捕获。 5.如权利要求2或3所述的方法，其中为了在所述一个或多个基板上捕获所述颗粒，所述方法还包括使用气泵来便于空气朝着所述一个或多个基板的流动。 6.如权利要求2或3所述的方法，其中所述一个或多个基板包括背离所述基板的主体的已修改表面，以及其中所述颗粒通过粘附到所述一个或多个基板的所述已修改表面来被捕获在所述一个或多个基板上。 7.如权利要求4所述的方法，还包括：通过使所述可移动条带前进来补充所述颗粒被捕获于的所述一个或多个基板的至少一部分，使得颗粒的所述捕获在所述可移动条带的不同部分上被执行。 8.如权利要求2、3或7所述的方法，还包括：清洁所述颗粒被捕获于的所述一个或多个基板的至少一个表面。 9.如权利要求8所述的方法，其中使用机械手段和静电手段中的一个或多个来执行所述至少一个表面的清洁。 10.如权利要求9所述的方法，其中为了使用静电手段来清洁所述至少一个表面，所述方法还可操作来：用等于所述第一电荷的第三电荷给所捕获的颗粒充电，其中用所述第三电荷给所捕获的颗粒充电使所述颗粒远离所述一个或多个基板分离。 11.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个感测操作由一个或多个传感器执行，所述一个或多个传感器被配置成执行光学感测、声感测、电磁感测和介电感测中的一个或多个。 12.如权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个传感器被配置成执行最佳感测，以及其中所述一个或多个传感器包括照相机。 13.如权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个感测操作包括光学感测，以及其中为了执行所述一个或多个感测操作的光学感测，所述方法还包括：照射所述一个或多个基板；检测由在所述一个或多个基板上捕获的所述颗粒散射的散射光。 14.如权利要求13所述的方法，其中使用在掠射角下指向所述一个或多个基板的光来执行所述照射。 15.如权利要求14所述的方法，还包括至少部分地基于由所捕获的颗粒散射的所述散射光使在所述一个或多个基板上捕获的所述颗粒成像。 16.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个感测操作的结果包括在所述一个或多个基板上捕获的所述颗粒的一个或多个图像；其中所捕获的颗粒的所述分析包括：从所捕获的颗粒的所述图像识别对应于所述颗粒的颗粒数据。 17.如权利要求16所述的方法，其中所捕获的颗粒的所述分析还包括：基于所述颗粒数据来计算污染或颗粒物信息。 18.如权利要求1所述的方法，还包括：动态地调节捕获所述颗粒、执行所述一个或多个感测操作、和分析所捕获的颗粒的步骤中的一个或多个的方面。 19.如权利要求1所述的方法，其中所述动态调节包括下列操作中的至少一个： (1)调节所述颗粒被捕获自的所述空气的体积； (2)调节对执行所述颗粒的所述捕获、所述一个或多个感测操作的所述执行或分析所捕获的颗粒的定时；以及 (3)补充或清洁所述一个或多个基板或其表面。 20.一种用于监测颗粒物的系统，包括：基板，其可操作来在其上使用静电和机械捕获器中的一个或多个来从流动的空气捕获颗粒；传感器，其可操作来在所捕获的颗粒上执行一个或多个感测操作；以及至少一个处理器，其可操作来使所述传感器在所捕获的颗粒上执行所述一个或多个感测操作，其中所述基板、所述传感器和所述至少一个处理器通信地被耦合，以及其中当在所述基板上捕获所述颗粒时，所述颗粒在相对于所述基板的受控位置上，所述受控位置能够在足够长的一段时间内被维持以在其上执行所述一个或多个感测操作。 21.如权利要求20所述的系统，其中所述基板包括导电材料，以及其中为了在所述基板上捕获所述颗粒，所述至少一个处理器可操作来：用第一电荷给所述基板充电；以及用第二电荷给所述空气中的所述颗粒充电，所述第二电荷与所述第一电荷相反，其中用所述第二电荷给所述颗粒充电使所述颗粒朝着所述基板偏转并到所述基板上。 22.如权利要求20所述的系统，其中所述基板包括过滤器，以及其中为了在所述基板上捕获所述颗粒，所述至少一个处理器可操作来：使所述空气能够穿过所述基板的所述过滤器或在所述过滤器之上流动，从而使所述空气中的所述颗粒由所述过滤器中的一个或多个捕获。 23.如权利要求20、21或22所述的系统，其中所述基板由可移动条带的一个或多个部分形成，所述可移动条带包括其它部分，与所述颗粒在所述一个或多个基板上的捕获同时，在所述其它部分上所述颗粒不被捕获。 24.如权利要求21或22所述的系统，还包括可操作来增加或减小空气的流量的气泵，其中为了捕获所述基板的所述颗粒，所述一个或多个处理器可操作来：使所述气泵增加或减小包含所述颗粒的空气朝着所述基板的流量。 25.如权利要求21或22所述的系统，其中所述基板包括背离所述基板的主体的已修改表面，以及其中所述颗粒通过粘附到所述基板的所述已修改表面来被捕获在所述基板上。 26.如权利要求23所述的系统，其中所述至少一个处理还可操作来：通过使所述可移动条带前进来补充所述颗粒被捕获于的所述条带的至少一部分，使得颗粒的所述捕获在所述可移动条带的不同部分上被执行。 27.如权利要求21、22或27所述的系统，其中所述至少一个处理器还可操作来：使所述颗粒被捕获于的所述基板的至少一个表面被清洁。 28.如权利要求28所述的系统，其中使用机械手段和静电手段中的一个或多个来执行所述基板的所述至少一个表面的清洁。 29.如权利要求29所述的系统，其中为了使用静电手段来清洁所述基板的至少一个表面，所述至少一个处理器可操作来：用等于所述第一电荷的第三电荷给所捕获的颗粒充电，其中用所述第三电荷给所捕获的颗粒充电使所述颗粒远离所述基板分离。 30.如权利要求30所述的系统，其中所述传感器可操作来执行光学感测、声感测、电磁感测和介电感测中的一个或多个。 31.如权利要求31所述的系统，其中所述传感器被配置成使用最佳感测来执行所述一个或多个感测操作，以及其中所述传感器包括照相机。 32.如权利要求32所述的系统，还包括：照明源，其中为了执行所述一个或多个感测操作的所述最佳感测： (1)所述至少一个处理器可操作来使所述照明源照射所述基板； (2)所述传感器检测由在所述基板上捕获的所述颗粒散射的散射光。 33.如权利要求33所述的系统，其中为了照射所述基板，所述照明源在掠射角下将光指向所述基板。 34.如权利要求34所述的系统，其中所述传感器还可操作来至少部分地基于由所捕获的颗粒散射的所述散射光来使所捕获的颗粒成像。 35.如权利要求30所述的系统，其中所述一个或多个处理器还可操作来基于所述一个或多个感测操作的结果来分析所捕获的颗粒。 36.如权利要求36所述的系统，其中所述一个或多个感测操作的所述结果包括在所述基板上捕获的所述颗粒的一个或多个图像，以及其中为了分析所捕获的颗粒，所述一个或多个处理器可操作来从所捕获的颗粒的所述图像识别对应于所述颗粒的颗粒数据。 37.如权利要求37所述的系统，其中所捕获的颗粒的分析包括基于所述颗粒数据来计算污染或颗粒物信息。 38.如权利要求38所述的系统，其中所述一个或多个处理器可操作来动态地调节所述系统或它的操作的方面。 39.如权利要求39所述的系统，其中所述动态调节包括下列操作中的至少一个： (1)调节所述颗粒被捕获自的所述空气的体积； (2)调节对从所述空气捕获颗粒或所述一个或多个感测操作的定时；以及 (3)补充或清洁所述基板或其表面。 40.如权利要求20所述的系统，其中所述传感器是成像设备。 41.如权利要求41所述的系统，其中所述成像设备是基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器或基于电荷耦合设备(CCD)的图像传感器之一。 42.如权利要求20所述的系统，其中所述基板包括可操作来透射光的图案化导电层或图案化导电膜。 43.如权利要求43所述的系统，其中所述图案化导电膜是氧化铟锡(ITO)。 44.如权利要求21所述的系统，其中所述基板形成照明光的波导。 45.如权利要求45所述的系统，其中所述波导包括机械元件，所述机械元件包括二氧化硅。 46.如权利要求35所述的系统，其中用多个波长的光来使所述散射光散射。 47.如权利要求33所述的系统，其中所述照明源是近紫外(UV)或可见光。 48.如权利要求20所述的系统，其中所述至少一个处理器还可操作来使所述基板和/或传感器相对于彼此移动。 49.如权利要求20所述的系统，其中所述基板是柔性的。 50.一种用于监测颗粒物的系统，包括：颗粒捕获子系统，其包括基板，所述颗粒捕获子系统可操作来在所述基板上从空气捕获颗粒；感测子系统，其包括可操作来在所述基板上捕获的所述颗粒上执行感测操作的一个或多个传感器；补充子系统，其可操作来通过移除在所述基板上捕获的颗粒的全部或一部分来补充所述基板或所述基板的表面；以及分析子系统，其可操作来基于在所述颗粒上执行的感测操作的结果来执行分析操作。
所属类别：	发明专利