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TWI654417B - 粒子偵測系統及相關方法 - Google Patents

粒子偵測系統及相關方法

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TWI654417B
TWI654417B TW103119244A TW103119244A TWI654417B TW I654417 B TWI654417 B TW I654417B TW 103119244 A TW103119244 A TW 103119244A TW 103119244 A TW103119244 A TW 103119244A TW I654417 B TWI654417 B TW I654417B
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particles
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羅納德 那克斯
卡洛 波特吉爾
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巴哈馬商愛克斯崔里斯科技有限公司
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Abstract

一種粒子偵測器，例如一烟偵測器係被描述。在一形式中該偵測器包含一偵測腔室及輻射源會發射單一輻射射束。該偵測器亦包含一輻射接收系統及一顯像系統被設成能接收來自一共同所要區域的輻射。用以分析一粒子偵測器之輸出的方法和系統亦被揭露。

Description

粒子偵測系統及相關方法 發明領域
本發明係有關於粒子偵測系統和方法，及粒子偵測系統中之粒子偵測事件的分析。較佳實施例有關於吸氣式烟偵測系統。
發明背景
吸氣式烟偵測(ASD)系統係被廣泛地佈署，最普遍是在需要高靈敏度的粒子偵測來保護有價值的系統和設施及生命的場所。ASD系統典型包含一粒子偵測器耦接於一空氣取樣系統，其會由一被監測的位置輸送一空氣樣品至該粒子偵測系統。此等吸氣式烟偵測系統具有高靈敏度和高可靠性的雙重要求，其存在某些工程上的挑戰。
高靈敏度偵測需要該偵測系統遍其使用壽命皆會精確地保持校準且沒有被灰塵和細屑弄髒。又，其亦較好是該系統具有某些機構能避免並不表示有火存在之危害物和粒子所造成的假警報。此兩者某種程度皆可藉使用過濾器來被達成，其會企圖由該樣品空氣移除任何灰塵，使得只有烟粒子保留。但是，此未必是一容易的任務，因為 灰塵粒子和烟粒子具有重疊的尺寸分佈。且經久之後，過濾器會阻塞且其過濾特性可能改變。此會導致需要更換過濾器成為一維修排程的一部份。又該粒子偵測系統的偵測腔室經久之後因粒子沉澱於該腔室內的不潔亦會劣化系統性能並影響可靠性。特別是，該腔室的不潔會使該偵測腔室內的背景幅射增加，此會對所造成的任何偵測訊號有效地增加雜訊，且在極端的情況下可能會增升背景輻射標度至該警報臨界標度。
因此，對粒子偵測系統乃有一需求，特別是在吸氣式烟偵測系統的領域中，其會更佳地掌握它們所被使用之真實世界的情況，因此它們能保持偵測精確性、高靈敏度和沒有麻煩的操作歷經長時間。
參考本說明書中的任何習知技術並非，且不應被視為，是一承認或任何形式的暗示，指該習知技術在澳洲或任何其它轄區形成一般普通常識的一部份，或指該習知技術可以合理地被預期能被一精習於該技術者得知、瞭解並視為相關的。
發明概要
在一態樣中係揭露一種粒子偵測器，較好係為一烟偵測器，該粒子偵測器包含：一偵測腔室用以接收一供分析的樣品流；一輻射源構製成能發射一具有已知偏振特性的輻射束，該射束會傳送通過該腔室的至少一部份，並被設成能 在一所要區域橫貫該樣品流；一輻射接收系統構製成能接收輻射，其係由該射束與該樣品流中所含帶的粒子交互作用而散射者，該輻射接收系統係更被構製成能接收相對於該射束的傳送方向和已知的偏振在多數個散射角及多數個偏振角的輻射，並產生至少一個代表所接收的輻射之輸出訊號；一控制器構製成能分析該至少一個代表所接收的輻射之輸出訊號來判定含帶於該樣品流中之粒子的存在。
最好是該輻射源包含一光學系統來聚焦該射束。較好該射束係被聚焦成使其朝向該所要區域會聚。
較好該輻射接收系統包含多個輻射接收感測器，各構製成能接收在一各別的散射角之輻射。各感測器較好係被設成能接收相對於該射束之偏振角在一已知的偏振角之輻射。較好該輻射接收系統包含一第一組的輻射接收感測器，構製成能接收相對於該射束在一第一偏振角的輻射，其中該第一組輻射感測器之每一個皆被設成能接收在一各別的散射角之輻射。最好是該輻射接收系統包含一第二組的輻射接收感測器，構製成能接收相對於該射束在一第二偏振角(不同於該第一偏振角)的輻射，其中該第二組的輻射感測器係各被設成能接收在一各別的散射角之輻射。
較好該第一和第二組的輻射感測器係被設成使各該第一和第二組的輻射感測器之至少一個感測器被設成能接收在同一的各自散射角之輻射。
各輻射感測器較好係構製成能提供一輸出訊號代表一各別接收的輻射標度。在一較佳實施例中，該偵測器可被構製成能將來自至少一次組感測器的輸出訊號暫時地相關連。該等暫時相關連的輸出訊號較好能被用來識別一所要粒子與該射束間之一交互作用。最好是該等暫時相關連的輸出訊號係用來判定一粒子特性，譬如粒子尺寸或顏色。
在某些實施例中，樣品流率、射束截面、形狀、或相對於構成該輻射感測系統的感測器之任一或二者的排列等之一或更多者，會被選擇或控制，使若該樣品流中有一預定的平均粒子濃度時，則被含帶於該樣品中的粒子與該射束之間的交互作用，其會與一可被該輻射感測系統中之一感測器直接接收的方式來散射輻射，係實質上是不重疊的。以此方式個別的粒子可被測出。
樣品流率能藉控制空氣被抽吸通過該系統的速率(例如控制風扇速度)來被控制。可另擇或組合的，通過一導至該偵測腔室的次流路之流率會被控制(例如藉控制該流路中之一風扇，或改變該流路阻抗，如開啟或關閉一閥或類似物)。針對被如此偵測的每個所要粒子，一粒子大小或總亮度乃可被判定。針對多個粒子偵測事件之有關粒子大小或總亮度的資料可被儲存。所儲存的粒子大小或總呈現的粒子亮度資料較好係被用來判定該樣品流中之一粒子尺寸或總呈現粒子亮度分佈。該經判定的粒子尺寸或總呈現粒子亮度分佈可被用來判定偵測到的粒子是否代表所要 的粒子(例如烟粒子)，或是危害粒子(例如灰塵)或該二者之一混合物。在判定所要粒子已經確定的情況下，一動作可被採取，例如改變一警報狀態，或發出一警報或粒子偵測訊號。較好此係藉比較該粒子尺寸分佈與一對應於一粒子發射事件種類的粒子尺寸分佈表徵來進行。經久之後，粒子尺寸分佈中的暫時變化亦可被監測，並相較於對應於一粒子發射事件種類之對應時間逐變的粒子尺寸分佈表徵等。粒子尺寸分佈表徵(固定或逐變的)可針對不同的事件被實驗地決定。
在一第二態樣中係提供一種粒子偵測器，較好係為一烟偵測器，該粒子偵測器包含：一偵測腔室用以接收一供分析的樣品流；一輻射源構製成能發射一輻射束，該射束會傳送通過該腔室的至少一部份，並被設成能在一所要區域橫貫該樣品流；一顯像系統構製成能攝取該所要區域的影像；一控制器構製成能依據所攝取影像中包含的散射輻射來分析該等影像以判定在該所要區域中與該射束交互作用之含帶於該樣品流中的粒子之存在。
在一較佳形式中，該輻射源會發射一輻射束，其具有一波長係足夠地短而能在該偵測腔室中被由空氣散射至一足夠程度，使該射束之一影像能被該顯像系統攝取，而沒有任何粒子被含帶於一樣品流中。較好該射束係在電磁波光譜的紫光或紫外光區域中。
最好該輻射源包含一光學系統來聚焦該射束。較好該射束係被聚焦成使其朝向該所要區域會聚。
該控制器可被構製成能在所攝取的影像上進行背景消除。背景消除較好包含依據一代表性之被接收的背景輻射標度，其係已被判定來自該影像之至少一未包含該射束的區域者，來校正該影像之一包含該射束的區域(整合區域)內之被接收的輻射標度。最好是背景消除包含由該所要區域內接收的輻射標度減去一由該整合區域外部的至少一區域所判定之一背景輻射標度。此可包括由該整合區域內之各像元所接收的輻射標度減去該背景輻射標度，或進行一等同的計算。背景消除可沿該整合區域使用對應的片段界定之背景消除區域以一片段的方式來被進行。
分析該等影像來判定一粒子的存在包括識別出在該整合區域的影像中所接收的輻射強度之一高峰。在該高峰係高於一臨界標度的情況下(例如依據所接收的最大強度，所接收之該高峰中的總能量，或其它適當的測量值)一粒子可被判定已與該射束交互作用，故會被偵測出。高峰高度(例如依據所接收的最大強度，所接收之該高峰中的總能量，或其它的測量值)亦能被用來推斷粒子尺寸，但亦會被其它的粒子性質影響，譬如光吸收率或偏振散射特性等。
在另一態樣中係提供一種依據本發明之第一和第二態樣的烟偵測器。最好該偵測器包含一偵測腔室及輻射源會發射單一輻射束。該輻射接收系統和顯像系統較好 係設成能由一共同的所要區域接收輻射。本發明的此態樣之一實施例可包含本發明前述的第一或第二態樣之較佳或選擇的特徵之任一或更多者。
在一較佳實施例中，該控制器會將該顯像系統與輻射接收系統的輸出相關連。
在又一態樣中係提供一種粒子偵測器，較好係為一烟偵測器，該粒子偵測器包含：一偵測腔室用以接收一供分析的樣品流；一輻射源構製成能發射一輻射束，該射束會傳送通過該腔室的至少一部份，並被設成能在一所要區域橫貫該樣品流；一輻射接收系統構製成能接收因與該樣品流中所含帶的粒子交互作用而由該射束散射的輻射，並產生至少一代表所接收輻射的輸出訊號，該輻射接收系統包含一顯像系統構製成能攝取該所要區域的影像，及至少一個其它的輻射接收器；一控制器構製成能分析代表所接收輻射的該至少一輸出訊號來判定含帶於該樣品流中的粒子之存在。
較好該輻射接收系統係構製成能接收相對於該射束之一傳送方向和已知的偏振在多個散射角及在多個偏振角的輻射。較好該輻射接收系統包含多數個輻射接收感測器，各構製成能接收在一各別散射角的輻射。各感測器較好係構製成能接收相對於該射束的偏振角在一已知的偏振角之輻射。
最好是該輻射源包含一光學系統來聚焦該射束。較好該射束係被聚焦成使其朝該所要區域會聚。
在又一態樣中係提供一種判定被一粒子偵測器偵測到的粒子之一來源的方法，該方法包含：發射一已知偏振的光而使其照射在一粒子流上；由該發射光接收被該粒子流中之粒子散射的光，該光係在多個已知的散射角和偏振角被接收；依據歷經一時間週期由單獨粒子接收的散射光，在該時間內散射光會由許多粒子被接收，來決定至少一單粒子散射參數；將在多個散射角及/或偏振角所接收的光和該單粒子散射參數比較於一系列多種已知粒子種類的代表性資料；及依據上述比較來判定至少一種已知種類的粒子係存在於該粒子流中；使用被判定為存在的粒子之種類來判定存在於該粒子流中來自一所予粒子源的粒子之一標度。
各已知的粒子種類較好代表一種依據至少一個以下特性來組群的粒子：粒子尺寸範圍；形成該粒子的材料。
依據該比較來判定至少一種已知種類的粒子存在於該粒子流中的步驟，包括判定該粒子流中係為至少一種已知種類的粒子之一比例。最好是該方法包括針對多種 已知的粒子種類來判定該粒子流中的粒子之一比例成分。
使用被判定為存在的粒子種類來判定存在於該粒子流中來自一所予粒子源的粒子之一標度的步驟包含相較於粒子的總標度來判定一相對的標度。該步驟可包括，依據一組對應於該所予粒子源的權重來加權所判定的比例成分，而來判定可歸於該所予粒子源的粒子標度。
該方法可包含顯示被歸於至少一所予來源的粒子標度。被歸於一所予來源的粒子標度之顯示能被以一方式顯示，而使其能被比較於其它的所予來源或總粒子標度。該方法亦可包含處理被判定之可歸於該所予來源的粒子標度，並產生一通報，假使該標度符合一或多個預定的基準。
較好一粒子的總呈現粒子亮度係獨立於在所述多個散射角及/或偏振角被接收的光之標度來被判定。最好該總呈現粒子亮度係由該粒子偵測腔室之一影像攝取裝置的輸出來判定。其亦較好是在所述多個散射角及/或偏振角所接收的光係在對應的多個光二極體所接收者。一粒子的總呈現粒子亮度較好係依據該影像攝取裝置由該粒子接收的散射光之一總量。
在某些實施例中，該單粒子散射參數係為歷經該時間週期所作成之單粒子散射測量值的中心趨勢之一測量值。多數個單粒子散射參數能針對多數粒子來被產生，其各單獨粒子散射參數落在對應於各粒子的不同範圍內，該各粒子具有不同的散射特性，例如尺寸範圍、吸收性等。
該方法可包含將代表在多個散射角及/或偏振角所接收之光的資料傳送到至少一遠離的資料處理系統，以供進行該方法的多數個後續步驟。此更可包含將該單粒子散射參數係由之決定的資料傳送到至少一遠離的資料處理伺服器。
在又一態樣中係提供一種方法，用以依據一烟偵測腔室中之多個感測器所接收的散射光，來判定一空氣樣品中由至少一所予的粒子源造成之微粒狀材料的存在；該方法包含：將被該多個感測器在多個散射角和/或偏振角接收的散射光及一單粒子散射參數相較於多種已知種類的粒子之一代表性資料；及依據該比較來判定至少一種該等已知種類的粒子係存在於該粒子流中；使用被判定為存在的粒子之種類來判定存在於該粒子流中來自該等所予粒子源的粒子之一標度。
在一較佳形式中該方法會判定由一或數條過熱的導線造成之微粒狀材料的存在。
在另一較佳形式中該方法會判定由一柴油引擎造成並在排放廢氣中通洩於大氣的微粒狀材料之存在。
較好該等方法會判定由所予來源造成的粒子之標度。該標度較好係相對於被測出的粒子之一總標度來被判定。
該等方法較好係使用本發明的前述態樣之一實 施例來進行。
在又一態樣中係提供一種用以分析一粒子偵測系統的輸出之系統，該系統包含：一資料處理系統構製成能接收至少代表被該粒子偵測系統接收之散射光的散射資料，並在該粒子偵測系統的分析下示出粒子的存在；該資料處理系統係被構製成能處理：該接收的資料；多種已知的粒子種類之資料；及代表由至少一所予粒子源造成的微粒物質之成分的資料；而產生一代表該粒子偵測系統由該來源偵測出的粒子之一標度的輸出。
該資料處理系統能接收代表在多個散射角及/或偏振角所接收之光的資料，及一單粒子散射參數可由之被決定的散射光資料。該代表在多個散射角及/或偏振角所接受之光的資料較好是與該單粒子散射資料可由之被決定的資料由不同的光接收部件來獲得。
該資料處理系統較好係可適於執行形成一依據本發明之任一個先前態樣的方法之一部份的資料處理步驟。
在一較佳形式中該資料處理系統係位在遠離該粒子偵測系統處。該資料處理系統可被連接於多數個粒子偵測系統而能夠分析該各系統的輸出。
在另一態樣中係提供一種調制一粒子偵測器中之一輻射源的射束強度之方法。該方法包含調制該射束強度來造成一第一持續時間之一第一數目的第一脈衝。該等 第一脈衝具有一相對的射束強度。該方法包含調制該射束強度來造成一第二持續時間之一第二數目的第二脈衝。該等第二脈衝具有一比該等第一脈衝更低的射束強度。較好該射束係在各脈衝之間關閉。
該方法可選擇地包含調制該射束強度來造成一第三持續時間之一第三數目的第三脈衝。該等第三脈衝具有一比該等第二脈衝更低的射束強度。更多的脈衝種類和不同的標度亦可被添加。
在一較佳形式中，在一單位時間內，該等第一脈衝的第一數目係小於第二脈衝的第二數目。若第三脈衝被使用，則該等第三脈衝可為比第二脈衝較少出現。該等第一和第二脈衝(及第三脈衝亦同)可以互相點綴散佈，或群集排列成相同種類之多數個脈衝的區塊。
此調制模式可被使用於本發明的第一至第三態樣之任一者的實施例中。
在另一態樣中係提供一種用以安裝一輻射源於一支撐結構的機構。該機構包含至少一構件被設成可相對於該支撐結構將該輻射源固定在一位置，該構件係可選擇性地變形來控制該輻射源相對於該支撐結構的定向。該構件較好係可藉施加熱而變形來控制該輻射源相對於該支撐結構的定向。較好該機構更包含一與該構件相關聯的加熱器來選擇地加熱該構件。
在一形式中，該輻射源係被一或更多個所述的可熱變形構件安裝於一直接或間接地耦接於該支撐結構的載 具。該載具可與該輻射源呈熱接觸，且作用如一熱窩來消散該輻射源所造成的熱。
在另一態樣中係提供一種用於一粒子偵測器的射束操縱系統，包含一依據本發明的第五態樣之一實施例的機構，用以將一輻射源安裝於一支撐結構。該射束操縱系統可更包含一輻射感測器，而一由該輻射發射器發出的射束會照射其上，及一控制器係設成能分析被該輻射感測器接收的輻射之標度，並回應於該被接收的輻射之標度來控制該一或多個構件的加熱而可操縱該射束。較好該射束係被操縱成能維持一實質上固定的輻射標度會在該輻射感測器被接收。
在另一態樣中係提供一種粒子偵測器，較好為一烟偵測器，該粒子偵測器包含：一偵測腔室用以接收一供分析的樣品流；一輻射源構製成能發射一輻射束，該射束會傳送通過該腔室的至少一部份，並被設成能在一所要區域橫貫該樣品流；一輻射接收系統構製成能接收因與含帶於該樣品流中之粒子交互作用而由該射束散射的輻射，並產生至少一代表所接收的輻射之輸出訊號，該輻射接收系統包含一顯像系統構製成能攝取該所要區域的影像，及至少一個其它的輻射接收器；一控制器構製成能分析該代表所接收輻射的至少一輸出訊號，而來判定含帶於該樣品流中之粒子的存在。
較好該輻射接收系統係構製成接收相對於該射束之一傳送方向和已知的偏振在多個散射角及多個偏振角的輻射。較好該輻射接收系統包含多數個輻射接收感測器，各構製成能接收在一各別散射角的輻射。各感測器較好係被設成能接收相對於該射束的偏振角度在一已知偏振角的輻射。
最好輻射源包含一光學系統來聚焦該射束。較好該射束係被聚焦成使其朝該所要區域會聚。
在一態樣中係提供一種粒子偵測器，具有用以控制一進入該偵測器之一偵測腔室的樣品流之流率的裝置。該用以控制流量的裝置可包含一流量限制器或可變流率的空氣移動裝置，譬如一可變速風扇。該用以控制流量的裝置較好能實質上停止該偵測腔室中的樣品流，以增加含帶於該樣品流中的粒子通過該所要區域的通行時間。在某些實施例中該用以控制流量的裝置可為一可逆式風扇，被設成能夠倒轉而來改變該偵測腔室中的流動，以增加含帶於該樣品流中的粒子通過該所要區域的通行時間。該粒子偵測器最好係為一於此所述之任何類型的粒子偵測器。
若使用於此，除了該內容需要不同的說明外，“包含”一詞及其變化用語，譬如“包含有”、“會包含”和“包含的”等，並非意圖要排除其它的添加物、部件、整體物或步驟等。
100‧‧‧烟偵測系統
102‧‧‧粒子偵測器
104‧‧‧空氣取樣網路
106A、B、C、D‧‧‧取樣管
108‧‧‧取樣點
110A、B、C、D‧‧‧入口
112‧‧‧送氣室
114A、B、C、D‧‧‧流量感測器
116A、B、C、D‧‧‧閥
118‧‧‧抽風機
120‧‧‧排氣口
122‧‧‧流量感測器
124‧‧‧次取樣路徑
126‧‧‧次取樣管
128，144‧‧‧入口
130‧‧‧過濾器
132‧‧‧管
134，140，502，604‧‧‧路徑
136‧‧‧細濾器
138‧‧‧清淨空氣注入系統
142‧‧‧旁通路徑
150‧‧‧偵測腔室
152‧‧‧輻射束
154‧‧‧輻射源
156，224，246，248，250‧‧‧感測器
158‧‧‧流量感測器
160‧‧‧風扇
162‧‧‧出口
202，210‧‧‧空間濾器
204‧‧‧焦點
206‧‧‧樣品流
208‧‧‧出口
212‧‧‧顯像光件
214，216，218‧‧‧光電二極體
219‧‧‧控制器
220‧‧‧輻射吸收結構
222‧‧‧反射器
240‧‧‧顯像系統
242‧‧‧光學系統
244‧‧‧影像攝取感測器
252‧‧‧輻射發射器
254‧‧‧聚焦光件
300，500，600‧‧‧影像
302‧‧‧射束
504，606，700‧‧‧高峰
506，602，702‧‧‧曲線圈
508，510‧‧‧區域
708‧‧‧臨界值
1000‧‧‧射束安裝及操縱機構
1002‧‧‧電路板基材
1004‧‧‧安裝板
1006‧‧‧孔隙
1008‧‧‧支撐結構
1010‧‧‧框架
1012‧‧‧孔
1014，1016‧‧‧支撐柱
1018，1020‧‧‧螺絲
1022，1024‧‧‧空隙
1026，1028‧‧‧電阻器
1100‧‧‧加熱元件
1200‧‧‧粒子尺寸分佈圖
1202‧‧‧伺服器
1204‧‧‧遙控系統
1206‧‧‧網路
1300‧‧‧生散射輸出
1302‧‧‧粒子種類解算模組
1304，1306，1308‧‧‧威脅或危害計算模組
1310‧‧‧威脅權重
1312‧‧‧模糊標度
1314‧‧‧警報狀態機器
1316‧‧‧臨界或延遲值
1318‧‧‧系統輸出
1400‧‧‧圖表
1402‧‧‧總偵測模糊度
1404‧‧‧灰塵所致模糊度
1406‧‧‧柴油烟所致模糊度
1408‧‧‧灰塵警示臨界值
1410‧‧‧柴油廢氣警示臨界值
B1，B2‧‧‧背景區域
I‧‧‧整合區域
S‧‧‧換算係數
θ‧‧‧散射角
本發明之更多的態樣及在前段中所述的態樣之 更多的實施例，將可由僅作為舉例並參照所附圖式的以下說明變得顯而易知。在該等圖式中：圖1示意地示出一依據本發明之一實施例的烟偵測系統。
圖2A和圖2B示出本發明的實施例中所用的偵測腔室之部件的示意圖。圖2A示出一穿過該腔室在該輻射源之E偏振平面所採的截面，而圖2B示出一穿過該腔室在該M偏振平面所採的截面。
圖3為一依據本發明之一實施例的粒子偵測器之一顯像系統所攝取的影像之示意圖，沒有烟粒子存在。
圖4示出一使用於本發明的某些實施例中來保持烟偵測器之校準的整合區域和背景消除區域等。
圖5示出當一粒子通過該射束中央時該顯像系統的操作；並示出所攝取影像中沿該射束被接收的散射輻射強度之一曲線。
圖6示出類似於圖5的圖表和曲線，但係為一粒子偏離中央通過該射束的情況。
圖7A示出一大粒子通過該射束中央的情況及一相關的強度曲線。
圖7B示出一類似於圖7A的曲線，唯除該粒子通過該射束係偏離中央。
圖8示意地示出在本發明之一實施例的各該E和M平面中之輻射感測器的排列，及該等感測器經長時間針對多個粒子偵測事件的輸出之曲線。
圖9示出一總呈現粒子亮度直方圖，其可被用來識別所發生之粒子偵測事件的種類。
圖10示意地示出在某些實施例中所用的粒子種類分析程序中之資料流。
圖11示出可用於某些實施例中之一圖表使用者介面元素。
圖12示出一在一實施例中用以提供烟分析功能的系統結構。
圖13為一穿過一在本發明的某些實施例中用來安裝一輻射源的安裝機構之截面，其示出一用以操縱該射束的機構。
圖14示出本發明之一實施例，其包含一加熱器用以在分析之前加熱該樣品流。
圖15示出在加熱該樣品流之前及之後不同尺寸的粒子數之一直方圖。
較佳實施例之詳細說明
圖1示出一依據本發明之一實施例的粒子偵測系統，呈一吸氣式烟偵測系統100的形式。該烟偵測系統100包含一粒子偵測器，呈一烟偵測器102的形式，及一空氣取樣網路104。該空氣取樣網絡104包含四個取樣管106A、106B、106C和106D。每一取樣管106A、B、C、D包含多數個樣品入口或取樣點108。該等取樣管106A、B、C、D係耦接於該烟偵測器102之各別的入口110A、B、C、D。該等入 口會導通至一送氣室112，在該處由各取樣管106A、B、C、D抽入的樣品會混合在一起。各該入口110A、B、C、D可包含一各別的流量感測器114A、B、C、D用以判定該各管中的樣品空氣之流率。如精習於該技術者所瞭解，監測樣品流率可被用來判定該偵測器和取樣網絡104的操作狀態，或被用來設定該系統中之其它部件的操作參數。為了協助判定已被接收的粒子係經由那個取樣管，各入口110A、B、C、D可附加地配設一閥116A、B、C、D，譬如一蝴蝶閥，其可被開啟或關閉來控制樣品是否由每一個別的取樣管106A、B、C、D被抽入。該偵測器102包含一空氣移動裝置或抽風機118，其係用來抽吸空氣穿過該烟偵測系統1000。該抽風機118會將空氣導出一排氣口120進入該環境中。該排氣口可包含另一流量感測器122。
在使用時，空氣會被經由該等取樣孔108抽入該烟偵測系統100中，並沿該等取樣管106A、B、C、D進入該送氣室112中。該送氣室可被配設混合結構等(未示出)，其會使來自該各取樣管106A、B、C、D的樣品空氣混合。但是，並非全部的樣品空氣皆被送到該粒子偵測腔室150來供分析，而是只有該全部空氣樣品之一小部份樣品會被分析。大部份的樣品流會被經由該排氣口120送出該系統外。供分析的空氣樣品會依循該次取樣路徑124通過該偵測腔室，如後所述。
該次取樣路徑124開始為一次取樣管126具有一入口128在該送氣室112中。一部份的樣品空氣，包含來自 該等取樣管106A、B、C、D(或其各別的閥116A、B、C、D有開啟的任何次組者)之混合空氣樣品，會進入該入口128並沿該次取樣管126移行。該次樣品會通過一第一濾器130，在該處大粒子譬如毛絮、細屑和大灰塵粒子會被由該樣品流濾除。該濾器130可包含一或多個網孔濾器及/或粗泡濾器。該濾器130可被設立成一如國際專利公開案WO 2007/095675和國際專利公開案WO 2011/106850中所述的該種“烟衰減器”，該兩案皆在本案申請人的名下。使用此一濾器的優點係即使在濾器阻塞的情況下，烟粒子或其它所要的粒子，將仍會到達該偵測腔室以供偵測，故而該系統將會以一安全的方式故障。
在通過濾器130後，該樣品流的一部份會繼續在管132中流向該偵測腔室50，而沒有再過濾，但有一第二部份會流向路徑134，並被細濾器136進一步過濾。該細濾器可為一HEPA濾器或其它類型的濾器，其會由該樣品流實質上移除所有的粒子，而在其出口造成實質上清潔的空氣。該清潔空氣會進入一清淨空氣注入系統138，其係用來以清淨空氣加壓該粒子偵測器102之偵測腔室的某些區域，以防止光學表面被微粒狀物髒化。該氣流進入管132中的部份會被再分流。此樣品的第一部份會進入路徑140，而該管132中的樣品空氣之一第二部份會由旁通路徑142前進。該旁通路徑142中的樣品空氣會完全地繞過該烟偵測器102的腔室。
該樣品流在該路徑140中的部份會通過一流量控 制結構，譬如一迷宮式或迂迴的路徑，用以在該偵測腔室150的入口144處設定一適當的樣品流率。該偵測腔室150係為一種如後所述類型的光學粒子偵測腔室。在本發明之一較佳形式中，該偵測腔室150會測量由一輻射源154所發射之一輻射束152散射的輻射來偵測粒子。一輻射接收系統，在此例中包含多數個感測器156會合作來偵測散射的輻射。在本發明之一較佳形式中，該輻射接收系統包含以下的一或二者：一顯像系統例如包含一光學系統及相關聯的影像攝取感測器：一多個輻射接收感測器的裝置被設成能攝取相對於該射束152的偏振平面在一或多個偏振平面中之多數個不同散射角(θ)的散射輻射。
該偵測腔室的更多細節將被說明於後。
該入口144亦設有一流量感測器158，以使進入該偵測腔室150中的樣品空氣之流率能被監測。空氣會被一風扇160抽吸穿過該次取樣路徑124。被抽入該次取樣路徑124中的樣品空氣會由在該入口128之一下游位置的出口162被排出，並被吸入該抽風機118中。
圖2A和圖2B示出二個穿過該粒子偵測器102之偵測腔室150的正交截面圖。作為一前言，該輻射源54較好係為一雷射或會輸出一偏振化輻射束152的其它種類輻射源。遍及本文件中，偏振角將會被描述為E平面或M平面。該E平面係被定義為含有該射束之電場向量的平面，而該M 平面係被定義為含有該射束152之磁場向量的平面。在以下說明中，例示的實施例係被描述為測量與該射束之偏振的E和M平面重合之正交的平面中之散射輻射。但是，不一定要為此情況。其中會被進行散射輻射之測量的平面可為互相以一不同於90°的角度偏離。且它們不必是與該射束偏振的E或M平面之任一者直接地對準。又，散射輻射可在多於二個平面中被測量。
請轉至圖2A，其示出一穿過該腔室150的E平面截面，該射束152係由該輻射源154射出，並通過一系列的一或多個空間濾器或隔板202，其會阻擋雜散離軸的輻射，並最小化該偵測腔室150內的背景輻射。該射束152會被聚焦成使其會聚在一焦點204，其係幾乎與由入口144進入該偵測腔室150並由出口208離開該腔室的樣品流共線。在較佳實施例中，該射束在其最窄點204處係為約30μm。該射束152嗣會朝該偵測腔室150的遠端發散。在本例中，該射束會通過另一個空間濾器210並撞擊一輻射吸收結構，其係用來最小化進入該腔室150之中央部份的雜散反射，且亦能使射束強度及/或對準以一於後所述的方式來被精確地監測。該射束中的焦點或腰部204亦會與該顯像系統(未示出)的顯像光件212之一焦點對準。
該腔室150包含一第一組的輻射感測器，其在本例中，包含一陣列的三個光電二極體214、216和218。各該光電二極體214、216、218係被排列成使它們各別的視場會與該射束152和該樣品流206的相交處，即一稱為“所要區 域”的區域重合。各該光電二極體214、216和218係相對於該射束152的傳送方向被設在一不同的散射角(θ)。光電二極體218係由該射束的傳送方向被設在一20°的向前散射角，光電二極體216亦由該射束的傳送方向被設在一70°的向前散射角，而光電二極體214係由該射束152的傳送方向被設在一150°的向後散射角。該等散射角可被以一實驗基礎來選擇，並可被選成能加強某些粒子種類的偵測，或抑制其它粒子種類的偵測。例如所用的散射角可被選成能加強灰塵剔除，即最小化對灰塵存在的敏感度。
圖2B示出一穿過該偵測腔室150在該M平面的截面。該腔室之整體結構的設置將不再描述，因其係與圖28中相同。但，如在此圖中可更佳地看出，該腔室150包含一輻射吸收結構220含有一反射器222，其會朝該腔室的一側邊反射該射束，而使它不會被反射回到該偵測腔室150的中央部份。一感測器224可為一光電二極體或其它類型的輻射感測器，會監測由該反射器222的反射，而以一種將會更詳細描述於後的方式來判定射束強度和射束校準。在本發明之一較佳實施例中，該反射器222係由拋光的黑色玻璃或類似的結構製成，其會吸收照射在其上的絕大部份輻射，但會提供未被吸收的輻射之一受控制的反射。此能使光電二極體224看到該射束但不會飽和。在一較佳形式中，大約1%的射束能量會在該感測器224被接收。或者該反射器222亦可不被設計成能接收輻射，而該感測器224設有一濾器以避免飽和。
朝向該偵測腔室150的中央係設有該顯像系統240。該顯像系統包含一光學系統242，其在本例中包含多數個透鏡及一影像攝取感測器244。該影像攝取感測器244可為任何類型，但較佳實施例為一CMOS或CCD影像攝取晶片。該光學系統242係被設成能將該所要區域，即在該射束152和樣品流206交會處之一影像聚焦在該感測器244的顯像平面上，而使該射束和由交會的粒子散射的輻射之影像，會以一種描述於後的方式被該影像感測器244所攝取。該M平面附加地包含一第二組輻射感測器246、248和250。如同該E平面者，該等M平面感測器246、248和250係相對於該射束152的傳送方向被設在不同的散射角度。該感測器250設在一20°的向前散射角，該感測器248係設在一70°的向前散射角，而感測器246係設在一150°的向後散射角。各該感測器246、248和250係被設成使它們的視場會包含該所要區域。
在一較佳實施例中僅單一個向前散射光電二極體可被用來取代該對M平面中的向前散射光電二極體250和該E平面中的光電二極體218。此係因為在較小的向前散射角度，例如大約30°時，該散射並非強烈地與偏振相關。於此情況下，單一個向前散射二極體會被使用，其可被設在任何方便的偏振角度，甚至在該E和M平面之間的部份。
該輻射源154包含一輻射發射器252，譬如雷射二極體，和聚焦光件254等，它們係相對於彼此被設成能造成一會聚射束152，其焦點在該偵測腔室150內的適當位置。 在本實施例中，該發射器會發射在紫色或紫外光範圍中之較短波長的輻射，例如在一大約445nm或更短的波長。該射束152會朝向一點204聚焦，而使其在該所要區域具有一“腰”部。最好該腰部具有一大約30μm的寬度。
上述的裝置能有利地使該小粒子的偵測具有較大的可靠性。且，其會提供多個用於粒子偵測的機構，及能通過相關的多個偵測模式(例如由該顯像系統和一或多個輻射接收器來偵測)的能力，而來改良偵測的可靠性。以最簡單的程度，當只考量個別的感測器214至218及246至250單獨存在時，此會提供六個機會來偵測出通過該所要區域的同一粒子。使用該顯像系統240來搭配或取代該等個別的感測器，會提供另一種可用於該偵測腔室150的偵測機構。又，如將被更詳述於後者，該等個別的偵測機構可被組合，而來改良偵測可靠性，測出有關該樣品流中之粒子本質的額外資訊，或測出較低濃度的粒子。該額外資訊(相較於單個感測器系統)能協助判斷什麼事件使該等粒子被發射，故得能減少發自一烟偵測系統的假警報。
現轉至該顯像系統240，圖3示出一可能被以該影像感測器244攝取的影像300。該影像300係在一沒有粒子，即沒有灰塵、烟或其它所要粒子存在於該偵測腔室內的情況下所攝取者。即使在該偵測腔室中只含有空氣之此情況下，來自該射束的散射亦會被攝取於該影像300中。因為它的短波長，該射束302在該腔室150中會由空氣中的氧或氮分子散射，而一形狀如該射束且較好接近該焦點204含有該 腰部的帶區能夠被看到。有利的是，該可直接顯像沒有任何粒子存在之射束152的能力，會賦予一依據本發明之此實施例的系統，可在沒有粒子存在於該樣品流中或該樣品流被停止的任何時刻，來進行該視場中之校準的能力。
圖4示出一用以在該偵測腔室150內進行背景輻射消除的機構。背景消除較好係被執行，俾可補償該偵測腔室內的背景輻射之一逐增的標度。背景輻射的逐增標度會在當該偵測腔室內部的壁和其它光學表面因來自該樣品流的粒子而變髒污，結果在該偵測腔室內開始反射離軸的輻射時升高。任何此等雜散背景輻射的作用之最小化對改良偵測靈敏度皆是極為有利的。為能進行該顯像系統240的背景消除，該影像300會被界定在其三個區域內。此等區域係為：一中央整合區域標示為I，其含有該射束152；及背景區域B1和B2位在該整合區域I的兩側。一換算係數會由該等背景區域的平均輻射標度被算出(例如依據該影像中的像元值)，並被用來換算在該所要區域中偵測出的輻射標度。該換算係數S係依據以下公式所算出：
其中S為該換算係數，I是該整合區域中的平均強度，而B1和B2分別為該等背景區域中的平均強度。該加總週期可被設在任何所需長度。例如，100幀影像，或更長或較短，而使該換算係數能被再計算來算出該偵測腔室內之逐變的背景標度。
若該背景標度並不被預期會遍及該影像，即沿該射束的長度是均一的，則背景消除程序可在沿該射束的長度含有射束片段的影像部份來被進行，而進行片段式的背景消除遍及該影像300。在極端情況下，該消除可針對單一列的像元來進行。
可進行背景消除及由該腔室內的空氣獲得一基準換算標度的能力會對使用該顯像系統240之粒子偵測提供得以具有一固定的零點及偵測系統增益的獨特能力，而可容許精確的粒子偵測，其係可歸因於該固定的基準線。在該場域中，此等優點可使一該類型的系統能進行“無烟”校準，即該場域中的偵測器之校準能被執行，而無需一技師重複地抽烟來進行校準。
亦值得一提的是，使用該顯像感測器244具有一比使用傳統的輻射感測器譬如光電二極體更佳的固有優勢，即該顯像感測器244的每個像元具有低雜訊，但構成該影像感測器244的整個像元陣列有一非常大數目的像元，意即使用該顯像系統240的整體偵測系統係為低雜訊，並能攝取大量來自該射束的散射輻射。該顯像系統240的寬視野亦能達成可能在任何一瞬間穿過該射束的個別粒子之間的空間區別。但請注意，為能獲得一高靈敏度，較好通過該偵測腔室150的樣品流率是低的。例如，一通過該腔室的粒子之流動速率較好係小於1m/s，且通過該腔室的空氣體積是低的。在低粒子濃度時(例如會使該射束強度以一大約每公尺0.0025%的標度來造成一消光者)，乃預期在任何時點只 會有一個含帶於該樣品流中的粒子穿過該射束，意即發自個別粒子的散射輻射可被解析。當然該射束中在任何時點的瞬時粒子數目本質上是統計的，故重疊的偵測事件將會發生。又，在較高的粒子濃度時，可解析發自個別粒子的散射之能力將會喪失。但在此等較高濃度時偵測的確定性會較大，且其它的偵測模式能夠更有效地被使用。
在某些實施例中，可使進入該腔室150的樣品流率能被主動地控制可能是較有利的。此可藉控制空氣被抽吸穿過該系統的速率(例如藉控制該風扇118的速度)來為之。可另擇或組合地，由入口144進入該腔室150的流率係例如藉控制風扇160的速度，或改變該流路的阻抗，比如開啟或關閉一閥或類似物來控制。在特佳的實施例中，通過該腔室的流量可例如藉停止或甚至倒轉該風扇160而被大為減少。此將會增加粒子在該偵測腔室150之所要區域中的滯留時間。此對企圖偵測幾乎不會造成散射光之非常小的粒子乃是特別地有利。
圖5示出一代表由該偵測腔室150之顯像系統244所見的影像500，以及一所接收的輻射強度相對於沿該射束的位置之曲線圖。在圖5中，粒子會沿路徑502由頂向底移動穿過該顯像系統244的視場。當一粒子在路徑502上通過該射束152時，輻射會由該射束散射並在影像感測系統240的影像感測器244處被攝取。此粒子偵測事件將會在一對應於該粒子與該射束152交會處之沿該射束的位置，於該空間強度分佈中造成一高峰504。在此例中，沿該射束所測出的 輻射之空間強度係藉以一沿該射束長度相隔開的多數個空間區域之攝取影像來加總像元值所測得。例如，在區域508中的所有像元值會被相加來在該曲線圈506中造成一強度值I508。同樣地，在區域510中的像元會相加來造成該I510強度值。此會重複進行遍及沿該射束之長度的每一影像而來構成該曲線圖506。故有效地，該曲線圖506係為沿該射束位置所組成之像元區域的加總強度之一組織圖，該等區域可為橫貫該所要區域的單排像元，或為垂直及水平地通過並沿著該所要區域(I)延伸的區域等。如由曲線圖506可看出，在該粒子通過該射束之一空間位置處，有一高峰會出現於該曲線圖506中。
圖6示出一視像600等同於圖5中的視像500，及一對應的所接收散射輻射強度之空間曲線圖604。在本圖中，該等粒子依循的路徑並非一具有該射束152之焦點204的直線，而是另外沿該射束在位置604處。故，該強度曲線圖中的高峰606會由該位置軸線的中央對應地轉移，如所示。此會凸顯使用該顯像系統240來在該粒子偵測器中測量散射輻射之一優點，即是，其可以區別粒子，因為它們並不全部依循相同路徑。重要的是，使用該顯像系統240可容許以一暫時重疊的方式來作通過該射束的多個粒子之空間解析。
圖7A和圖7B示出在該顯像系統240的視場內有一大粒子通過該射束的情況下會發生何事，首先，在圖7A中係與該射束152的焦點204共線，其次，在圖7B中係沿該 射束偏離中心。如同圖5和圖6，該粒子通過該射束152會在該強度曲線圖702中，在一對應於其通過該射束152處的空間位置造成一高峰700。但，當與如圖5和圖6中所示之由一較小粒子造成的高峰504、506相較時，該高峰700係更大許多，因為更多的輻射會被該較大的粒子散射。因此，粒子尺寸辨別乃可藉使用該強度散射曲線圖中的高峰高度來被達成。
在該各散射強度曲線圖506、602和702中，一臨界值708係被示出。在本發明的實施例中，當有一強度高峰大於該臨界值708被認出時，則一粒子偵測事件會被視為已發生。如前所述，在低粒子濃度之較慢的粒子流及可空間解析個別粒子的能力，乃意味著個別粒子偵測事件能被累積並測量。
藉著使用該高峰強度或整合每一高峰，則一代表粒子尺寸之值乃可由各高峰被獲得，且粒子尺寸或所見亮度之一直方圖乃可在經久之後被造成，如圖9中所示。如將被更詳述於後，此資料可被用來辨識致使粒子出現於該樣品流中的事件之類別。在圖9中，其垂直軸線代表一特定尺寸倉的粒子已被計數的次數。該等尺寸倉係沿該水平軸線被示出。
圖9的粒子亮度直方圖在各倉的參數中提供粒子的散射係數為%/m。在本例中有80個倉被使用。該分倉程序係使用在一獲自該顯像系統之影像中，以生顯像器灰色標度所測得的總呈現粒子亮度。該粒子偵測臨界值係設在 一所擇的灰色標度，例如，依據該顯像器中的雜訊標度限制。若一影像有一高峰具有一亮度超過該臨界標度，則各被偵出的粒子之總灰色標度值(G)會藉加總該高峰內的像元灰色值來測量。此灰色標度值(G)會被轉換成dBG並四捨五入成最接近的整數來決定如下數目：BIN=Round(10log10 G)
該零倉係被用於不能被歸屬於一個別粒子的殘餘雜散射。
現轉至圖8，其以一更示意的方式來示出分別為圖2A和圖2B中的E和M散射平面偵測系統。在該E平面中，該等光電二極體214、216、218的輸出會被提供給該系統控制器219，並分別示於曲線圖I、II、III中。在該M平面中，光電二極體246、248、250的輸出會被提供給該系統控制器219，並分別示於曲線圖IV、V、VI中。在I至VI的各曲線圖中係示出各別偏振平面中且在各別散射角度的散射強度S，相對於時間。於該等曲線圖中所示的時間週期包含三個潛在的粒子偵測事件在時間T1、T2和T3處。此可被該控制器藉該各曲線圖I至VI中在三個時點T1、T2和T3之高峰的對準來推斷。如可看出，在時點T1的事件會在曲線圖I、III、IV、V和VI中造成一較小的高峰，但在曲線圖II中係幾乎是平坦的。類似地，在時點T2和T3對準的高峰之曲線圖係為在不同散射角及在不同偏振角的不同大小。
藉著比較每一散射事件於不同偏振平面在相同角度所測得的散射之標度，該系統控制器219能夠判定每個 被測出的粒子之粒子尺寸。又如前所述，由於通過該粒子偵測器之所要區域的樣品流之較低流率及該所要區域的小尺寸，至少在低粒子濃度時，其係可以偵測通過該射束的個別粒子。該各曲線圖I至VI皆有一臨界值T標記其上，若高於它則粒子偵測事件會被認為已發生。請注意於曲線圖II中，在時點T1和T2的高峰並未超過該臨界值。但因為該臨界值T係在其它的散射角或偏振角被越過，故該粒子偵測事件仍可被該控制器219測出並識別。在一使用一直線強度臨界值T來判定一粒子是否已被測出的變化例中，其它的偵測方法亦可被替代使用，例如藉整合一脈衝中的總散射能量，並將之相關於一預定值。在較佳實施例中，該粒子偵測器為一吸氣式烟偵測器用以判定一火災的存在。理想上，該烟偵測系統係能在一非常早的階段偵測出火災。使用一圖9中所示的該種直方圖，乃可以依據該直方圖所代表的粒子尺寸分佈來更確定地辨識一火災係實際上已發生或大概將要發生。某些火災類型會產生具有一特徵化粒子尺寸分佈的粒子，其能吻合於該測出的直方圖。且，在某些實施例中，乃可以長時間追踪所測出的直方圖中的發展和變化，而來辨識粒子尺寸分佈圖中的進展之一圖樣，其會指示一特定的火災類型或火災發展的特徵。這些機構可被用來更確定地判定被測出的粒子是否表示火災，或只是危害粒子而可被忽略。
當粒子濃度增加至一較高標度時，則在一高於該臨界值T的強度標度來解析個別事件的能力會喪失，因為許 多偵測事件會時間重疊。在此時，一個、全部或一次組的感測器之輸出將會基本上恆高於該臨界標度。此會使該訊號處理變成類似於一較傳統的輻射散射粒子偵測器。在傳統的輻射散射烟偵測器中一臨界的輻射散射標度會被設定，且當所測得的散射輻射之一短時間的平均值超過該臨界值一預定時段時，烟會被視為已被偵測到。數個臨界值可被設定來用於不同的警報層級。故，在所述系統的某些實施例中，當在空氣樣品中的粒子濃度變高，而使該控制器不再能可靠地暫時區別該等感測器輸出(或感測器輸出之一組合)中的粒子偵測事件時，則一短時間的感測器讀數(或感測器輸出之一組合)可被相較於一臨界值或臨界值組，而來判定警報事件，或警報層級。
如由上述說明中可被瞭解，在一依據上述態樣和實施例的粒子偵測器之一較佳形式中，可使多個粒子性質的測量值能被判定。特別是該等較佳實施例會提供至少一個例如以一顯像器所測得之單粒子散射參數(例如依據總散射能量)，及以該等光電二極體所測得之在不同角度和偏振的散射強度之額外的測量值。此一測量值之配組可被用來提供優於傳統偵測器的新功能，例如有關存在於該樣品中之粒子種類的資訊，並依據該資訊來發出通報。又此可被用來推斷該等粒子的來源。例如，來自液體燃料火災的黑烟可被與來自一纖維素火災的淡白烟區分。不同的警報或通告臨界值和延遲可能適用於各種不同的烟類型，乃視該應用環境和可能的危害材料而定。
因此，在本發明的又一態樣中提供一種判定被一粒子偵測器所測得的粒子之來源的方法，該方法包含：發射一已知偏振的光使其照射在一粒子流上；接收由該發射光被該粒子流中之粒子散射的光，該光係在多數個已知的散射角和偏振角被接收；判定歷經一時間週期之至少一個單粒子散射參數，在該週期中散射光會被由多數個粒子接收；將在多數個散射角及/或偏振角接收的光和該單粒子散射參數與一系列多數種已知粒子種類之代表性資料做比較；並依據該比較來判定至少一種該等已知種類的粒子係存在於該粒子流中；使用已被判定為存在的粒子之種類來判定存在於該粒子流中來自一所予粒子源的粒子之一標度。
現轉至資料分析，較佳實施例會提供至少一個以下功能：
‧被該偵測器分析之存在於該樣品中的粒子種類之分類。該等粒子種類的分類能代表已知的粒子種類，其係依據一寬廣範圍或參數來被分組，例如，一粒子尺寸範圍，粒子顏色，形成該粒子的材料。該分類程序可包含判定該粒子流中係為一或多種該等特定的所要種類的粒子之一比例。其亦可包括依據多數種已知的粒子種類來判定該等粒子的分數成分。
‧該等粒子種類與一針對至少一種情況所造成之威脅及/或危害物資料庫的相關連。該威脅及/或危害物資料庫可例如指示一組針對各種威脅或危害粒子源的權重，其會被 用來判定可歸於所予來源的粒子之標度。故該程序可包含判定存在於被分析的樣品中而可歸於一所予之粒子源的粒子之一標度。
‧報告該相關連及以該威脅資料庫判斷所採取的對應動作之至少一者。此可包括顯示被歸於至少一所予來源例如一特定的威脅或危害物之粒子的標度。被歸於一所予來源的粒子之標度的顯示可被以一種方式顯示，而使其能被輕易地相較於其它所予來源或總粒子標度。該報告亦可包含產生一自動的通報，假使該標度符合一或多個預定的基準。此程序可類似於在其它類型的烟或氣體偵測中來發出警報或警示訊號。報告該等結果能被連續地進行，或在一觸發警報標度才進行。在某些實施例中，該報告包括發送一觸發訊號至另一系統，其會運作該訊號並採取一特定動作，譬如觸發一警報，送出一訊息，啟動一相關系統來改良該情況，譬如啟動一濾器或排氣風扇等。
圖10示意地表示在一分析所述類型的粒子偵測系統之輸出的實施例中之資料流。在本例中，該粒子偵測系統具有一如圖2A和圖2B中所描述的該種粒子偵測腔室，但修正成在該E和M表面中有稍微不同的散射角，並只用單一個向前散射光電二極體來取代該對在M平面中的向前散射光電二極體250和在該E平面中的218。該單一向前散射光電二極體係被設在該E和M平面之間大約半途之一偏振角來接收在一30°散射角的光。此光電二極體的輸出係被稱為向前隨機測量值。一側向散射光電二極體係被使用於 各該E和M平面中，並被設在一大約90°的散射角。此等光電二極體的輸出係分別被稱為側E和側M測量值。一向後散射光電二極體係被使用於各該E和M平面中，並被設在一大約150°的散射角。
在該例中，生散射輸出1300會被該偵測腔室提供至一粒子種類解算模組1302。該粒子種類解算模組1302的輸出會表示至少一種已知種類的粒子是否存在於樣品中。在本例中，此係採用輸出一或多個樣品分數的形式，該分數示別出至少一種粒子種類或等級對總粒子量的分數貢獻。此輸出嗣可被一或多個威脅或危害計算模組1304、1306、1308(較好是並聯)分析。該等威脅或危害計算模組會判定存在於被分析的樣品中之粒子來自一所予粒子源的標度。各威脅或危害計算模組1304至1308會施加一組特定的威脅或危害權重1310於該粒子分數貢獻來產生一模糊標度1312，其係由相關的威脅或危害造成者。此輸出可被提供至一警報狀態機器1314，其係構製成能例如依據一組預定的臨界或延遲值1316來施行特定威脅或特定危害警示邏輯。
系統輸出1318嗣可依據該警報狀態機器1314的輸出及/或威脅模糊資料1312來被作成。
例如該等輸出可包含一圖表使用者介面，其會示出以下之任一或多者：一特定威脅或特定危害模糊標度。
一依據該特定威脅或特定危害模糊標度的警示狀態。
此資料可伴隨或者另以對應的總模糊資料和基本的系統警報狀態資料來被提供。例如由一特定威脅(例如過熱導線所產生的粒子)所造成之一總模糊度及一分數模糊度的視覺顯示能被一起作成，以使該系統之一使用者能更容易地察覺一可能性，即對使用者特別有關之一威脅(在本例中為過熱的導線)乃是發出粒子的原因。同樣地，由一特定危害(例如柴油動力引擎所產生的粒子)所造成的總模糊度及一分數模糊度的視覺顯示可被一起作成，以使該系統之一使用者能更容易地察覺一可能性，即被測出的粒子係由該危害源所造成而非一威脅。
可附加或另擇地，該等威脅或危害計算模組1304、1306和1308在當遇到預定的基準時能發出警示訊息。該等訊息可例如為給指定的使用者或使用者組群之電子郵件或簡訊(SMS)訊息。
以下的說明會提供前述的模組之功能的更多細節。來自該偵測腔室1300的生資粒係週期性地提供至該粒子種類解算機1302，如大約每秒一次。所接收的初級資料包括：
‧一烟模糊值；
‧由該偵測腔室控制系統依據在不同散射角及/或偏振角所接收之散射光的比率來計算出的烟種類指數；
‧多數個散射比，即該分析腔室的各對光電二極體在不同散射角及/或偏振角所接收的散射光之比率。在大部份實施例中該等散射比有關於發自該射束的雜散散射，而非 用於暫時解析的粒子與發射光之間的交互作用。在本說明的實施例中所用的比率係為：側E對側M (SESM)
後E對後M (BEBM)
向前隨機對側E (FRSE)
側E對後E (SEBE)
‧粒子亮度直方圖(80元素陣列)
‧偵測器故障
在該說明例中的四個比率係得自被定向於該E平面、M平面和隨機(混合式)偏振位置(即非E或M平面)中，且在向前散射(~30°)、側向散射(~90°)及向後散射(~150°)處的5個光電二極體。
該粒子亮度直方圖會對各倉之參數中的粒子提供%/m的散射係數。在此例中80個倉會被使用。且該直方圖係依據該偵測腔室之顯像系統的輸出以前述的方法來產生。由一粒子散射並被該顯像系統接收之光的總量將會強烈地有賴於該粒子的大小，但亦會被該等粒子的其它散射性質影響，譬如它們的吸收率和偏振散射特性等。故在某些實例中該粒子亮度直方圖亦可被用作眾多粒子的粒子尺寸估算之一直方圖。
在本例中的分倉程序係使用獲自該顯像系統之一影像中而以生顯像器灰色標度所測得之總呈現粒子亮度。該粒子偵測臨界值係例如依據顯像器中的雜訊標度限制被設在一所擇的灰色標度。若一影像有一高峰具有一亮 度超過該臨界標度，則每個被測出的粒子之總灰色標度值(G)會藉加總該高峰內的像元灰色值來被測出。此灰色標度值(G)會被轉化成dBG並四捨五入成最接近的整數來決定該倉數，即：BIN=Round(10log10 G)
該零倉係被用於不能被歸於一個別粒子之殘餘的雜散散射。請注意此零倉可被歸納為由空氣或氣體分子散射者(當沒有其它的微粒狀材料存在時)，或若其標度高於該背景標度，則有一添加的散射來自非常小的粒子。
該粒子種類解算機1302會接收此生資料，並計算可歸於一組粒子種類的分數散射(烟種類分數)。
在目前之例中有七個種類：
‧灰塵(全部灰塵類型)
‧過熱(電絕緣體預燃)
‧熱解(纖維素預燃)
‧火焰(纖維素起火或在適中溫度悶燒)
‧油烟(黑烟、大粒子、典型是起火液體燃料或塑膠)
‧細油烟(黑烟、小粒子譬如柴油廢氣)
‧奈米物(非常小的粒子和大氣體分子例如冷却劑)
該奈米物種類係直接得自該粒子亮度直方圖的零倉。其它的六個種類係藉計算一組模擬公式的解答而來獲得。
在最初的公式解出後，其結果嗣會被再正常化來包含該奈米物分量。在某些實施例中該等結果可被再度與一調整的灰塵比率再正常化，其係被使用另一灰塵標度估 算機構分開地獲得者，但此並非較佳的。
在本實施例中，該粒子種類解算模組1302的公式解算部件會處理6個輸入變數，6個公式，並解算6個未知數。該等生輸入為該5個散射測量值(即在該例中之5個光電二極體各有一個)，及一個得自該顯像器輸出直方圖之單粒子散射參數。
因該系統是線性的，且只有該等散射比會被接收作為輸入資料，故該等散射測量值之一者會被任意地指定為1之值。雖然，其可能會重鑄如一列5公式組的問題。
該5個散射測量值係由該等比率算出，如下所示，正常化成為SM之值。
SM=1.0
SE=SESM‧SM
BE=SE/SEBE
BM=BE/BEBM
FR=FRSE‧SE
該單粒子散射參數係由該粒子亮度直方圖來決定。在本例中該單粒子散射參數係為該直方圖中之粒子亮度測量值的中心趨勢之一測量值。多個單粒子散射參數能針對該直方圖的不同區域(例如連續數倉的帶區)來被產生。該等不同區域可被看出代表具有類似的散射性質之粒子。但是，在本例中只有一個單粒子散射參數被決定。使用於本例中的單粒子散射參數係被計算為該單粒子散射參數的重心，不包括該零倉。
其中b是該倉數，而Hb是在對應的亮度直方圖倉中之計數。
當該等輸入參數建立後，該組模擬公式的解答能被找出。該6個輸入和輸出參數能被以直列向量X和Y來表示：
其中各粒子種類(灰塵；過熱；熱解；火焰；油烟；細油烟)的相對量(即分數)為X0..X5，六組代表“理想的”烟種類之值(類似於向量Y)係被用作基礎向量B0..B5來形成一矩陣A，A=[B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 ]
嗣該等生觀察值相關於烟種類的公式可被寫成：Y=AX
此標準同時公式組能被以許多方法來解出，例如使用一簡單的矩陣反算技術。
X=A -1 Y
此具有簡單的優點，且一旦A-1已被算出其會非常快。該矩陣反算只須要計算一次，因該等基礎向量是固定的。
在一舉例形式中該等基礎向量可為如下：B 0 ={1，0.865，0.302，0.281，1.815，53.0}用於灰塵
B 1 ={1，0.895，0.464，0.239，5.048，45.0}用於過熱絕緣體
B 2 ={1，1.195，1.045，0.578，4.314，49.5}用於熱解
B 3 ={1，0.556，0.192，0.148，0.959，41.0}用於火焰
B 4 ={1，0.178，0.242，0.251，0.313，43.0}用於油烟
B 5 ={1，0.316，0.418，0.388，0.727，34.0}用於細油烟
請注意如上所示，各線代表一個A的直列向量。
應可瞭解在dbG中的強度係有賴於所用的特定雷射功率和波長，光件和顯像晶片。該基礎向量中的散射比率亦是有賴實施狀態的，但如上所示的基礎向量可被用於一具有以下幾何狀態的偵測腔室：
用於其它實施狀態的基礎向量能被以實驗決定，如精習於該技術之人所瞭解者。
由此階段的輸出為一向量X代表存在於被分析的樣品中之各粒子種類的分數，且該等分數的總合會加於1。但，此六個可變的解答並不包含該“奈米”粒子種類。此 則嗣會作為一第七元素藉換算和再正常化來被加於該解答。
一般而言，此係藉算出該“奈米”種類對該總散射的貢獻，再依比例縮減該向量X之值。此可使該解答被擴展成一7變數的解答，包括由X換算值及該“奈米”種類的貢獻度。在較佳實施例中，此係被進行如下：N=H0用於H0>0,0除外(奈米粒子模糊度)
FN=N/SO(總模糊度由於奈米物的分數)
k1=(1-FN)/XS(正常化係數)
F0..5=k1．X0..5(正常化的種類分數)
F6=FN(由於奈米物的分數)
請注意
其中Hi是在第i倉中的直方圖數，而WT為各倉之一總模糊度權重，且係由下表以片段式直線插入所獲得：
該程序之此相態的輸出為一7元素向量F，含有包括“奈米”粒子，5個烟種類和灰塵等7種貢獻物之每一者的分數。故，F會針對多數個已知的粒子種類來有效地反映該 樣品中的粒子之比例成分。該向量中的任一元素會反映出一種所予之粒子種類貢獻的該樣品之比例。
在下一步驟中威脅或危害計算(1304、1306和1308)可被進行來判定存在於該樣品中由一所予的粒子源產生的粒子之一標度。
使用一威脅作為一例。為能造成一所予情況的威脅標度，先前算出的烟種類分數會被乘以對應於一預定的相關威脅之威脅加權係數(TWn)(應請瞭解該威脅加權係數乙詞係僅被選來供說明的目的，且該加權係數TWn一樣可被用來加強對並非一直接威脅之粒子源的偵測或報告，但亦可能被用於識別，例如因為它們是一危害物，或為了其它的理由)。例如，若需要一表示有柴油廢氣存在的預警或通報，則該威脅加權係數(1310)會將最大權重放在該細油烟種類，及一較小的權重放在油烟，因為視該等特定的車輛而定，該二種類皆可能存在。
在許多情況下，若只有一種粒子種類是所要，則該威脅加權係數於該一種所要的種類將會是1.0，而其它的是0。在某些實施例中，其係可能使用負權重。例如，一液體燃料火災預警可能在油烟使用一1.5的權重，而在細油烟為-0.5。此種威脅加權係數會對油烟粒子增加反應度，並減少對可能亦會存在於該環境中的柴油烟之反應。
在較佳實施例中該等權重正常應不超過一個，因為該警報狀態機器中的臨界值將會被用於整體靈敏度。
該等權重當乘以總模糊度時會得到如下的威脅 模糊度：
為給予一些較具體的例子，可被用來加強偵測或辨識粒子來自某些原因之舉例的威脅加權係數乃被示於下表中：
附註於該表中者在實驗測試中已發現：
1)柴油引擎廢氣會跨及該油烟和細油烟二類。
2)液體燃料火災會傾向於製造比細油烟更多很多的油烟，因此所示之值應減少對柴油引擎廢氣的反應，而保持對較大黑粒子的敏感性。
3)一般火災警示可能藉由在一柴油引擎廢氣可能存在的環境中減少對黑烟的反應會較有利。此係為使用本發明在該烟偵測程序來最小化一危害粒子源的影響之一例。
4)在實驗室條件下已觀察到電弧會製造非常小的 粒子。
另外的實驗測試可被用來改良或調修上述的加權係數以供用於不同的計算，或添加新的有關種類。
該方法的下個相態包括使用該等威脅模糊值來產生系統輸出及/或報告。此程序係使用該警報狀態機器1314來進行。在其最簡單的形式中，此可採取使用一依據一簡單的臨界值和延遲之警報狀態機器的形式，如精習於該技術者所知。在此等系統中若該威脅模糊度超過一預定的臨界值大於該延遲週期，則一通報會被發出。表1包含一用於該六個舉例的威脅或危害源之舉例的臨界值和延遲。
在某些實施例中，因本分析方法並非被用作發出粒子偵測警報的主要分析，故當該威脅模糊度減至低於該臨界值時警示可被自動地清除，囃為防止針對同一威脅有多個警報，其會發生一快速起伏波動，則在重複的警示之間有一延遲亦可被實施。
如精習於該技術者所瞭解，其將會需要依據上述的粒子偵測分析來產生一輸出，以使下游的動作能被採取。
該等輸出可被直接地對另一系統或系統部件作成，以使自動動作會被該另一系統或系統部份件採行。可另擇或附加地，該等輸出能被以一人類可讀的形式作成，例如一GUI或其它使用者介面的一部份，以使一使用者能依據該系統輸出來作出決定。這些之例子現將被提供。
在一較佳實施例中，一圖表使用者介面會被提供，其會提供一所擇的威脅或危害源之圖形表示。
圖11示出該使用者介面之一舉例部份，乃示出圖表1400，長時間總偵測模糊度1402，及長時間灰塵所致模糊度1404，和長時間柴油烟所致模糊度1406。該圖表亦示出灰塵警示臨界值1408及柴油廢氣警示臨界值1410。使用一此類型的介面會令一使用者較容易了解被測出之總模糊度的增加係正由一柴油烟的增加所造成，但該灰塵標度是低的。
如可看出，在時間T0處該柴油微粒標度超過該臨界值1410，而在時間T1處，其係在一預定的延遲週期結束之後，一警示會發給適當的系統使用者來提醒他們該柴油排放物的高標度。該警示可為任何已知類型，且可為任何可見或可聽到的指示，表示一警示臨界值已經超過。在較佳實施例中該系統會發出一電子通訊給一指定的使用者，例如電傳訊息、電子郵件或其它機構。
該使用者可用此資訊來採取適當動作，譬如辨認該柴油廢氣源(例如一車輛正在該被監測的區域中操作，或一柴油發電機的啟動)，且若適宜或必要則會採取步驟來停止該柴油廢氣的排放。其它相關的動作亦可能被採用，例如啟動一排氣風扇系統來消散該空氣中的粒子。
圖12為一系統圖，乃示出一利用一遙控伺服器來進行此等分析的舉例系統。於此實施例中，用以進行分析的軟體必須要擷取有關粒子種類的資訊，而能在一外部資料處理系統上運作，例如一遙控伺服器1202或類似者。該伺服器系統1202除其它者外會接收代表被該粒子偵測系統 接收之散射光的散射資料，並使用一實質上如有關於圖10所述的方法，來產生一輸出代表被該粒子偵測系統測出之來自一或更多源頭的粒子之一標度。該伺服器1202可被經由一網絡1206連接至多數個偵測系統100.1至100.n。該等系統可為圖1所示的類型，並包含一各別的偵測腔室150.1至150.n可供以前述的方法來針對粒子分析樣品。該系統100的偵測器102係經由任何類型的網絡1206，例如一有線或無線的網絡或其之一組合，連結於該分析伺服器1202。該連結可為經由網際網路或私有及/或公共網路的任何組合。較好該連結係為一TCP連結。
使用此連結一偵測系統1206.1會提供該伺服器1206如前有關於圖11所述的生腔室資料1300。該伺服器則會產生輸出資料1318，並將此經由該網絡傳送至其決定的預定地。例如該要被顯示的輸出可被傳送至一與對應的粒子偵測系統1202.1相關聯的控制系統。該控制系統1304較好是可操作軟體的計算系統，該軟體係構製成使其能組構、委令及/或維持一偵測系統1202.1(或此等系統之一網路)。例如該遙控系統可為一操作來自Xtralis之“VSC”系統管理軟體的電腦系統。該控制系統1204會接收來自該伺服器1206的輸出，使其能產生一使用者介面以將該分析輸出傳訊給一使用者。在一較佳形式中該控制系統1204會產生一圖式使用者介面包含一如有關於圖11所述的元素。
較有利的是一系統結構會分開烟的分析和報告，於此實施例中係藉該分析伺服器1202和控制系統1204 來進行，因該基本的粒子偵測系統會使該分析和通報系統實質上獨立於一般偵測器警報和預警來操作。以此方式則裝在被保護場所的基本偵測系統之標準的核驗會最少地受影響(或完全不受影響)，且只有最小的風險會影響該偵測器之任何關鍵性功能。又其會促進可上載新的或改良的分析算法以供多個偵測器使用的能力，而不必將更新的軟體或分析算法推送至每一偵測器。
應可瞭解會執行上述分析功能的一些或全部的資料處理系統可在該偵測器1202.1內進行，乃藉該主偵測器控制系統或在專用的硬體上(而得最小化與其它功能交互作用)。或者，該會執行該分析功能的資料處理系統可由一適合於該偵測器之分開的硬體來提供。此會有利地容許該功能可被回溯適配於先前安裝的系統，其係具有適用的粒子偵測系統，但有不適用的資料處理系統。
在又一實施例中，該會提供分析伺服器1202之功能的資料處理系統能被與該控制系統1204結合。在此一例中，一中央監測設備會控制在一場所或遍及多處場所的多數個偵測器，而能為多數個連接的粒子偵測系統進行粒子種類和威脅分析，此可有利地容許對被測出的火災或其它事件作一座標式反應。
如前所述，在該粒子偵測器和方法的某些實施例中，該射束152會聚至一腰部204，此係意圖要與該顯像系統240的光學系統242之焦點對準，以使該射束中之該腰部的聚焦影像能被可靠地攝取。故，乃必須相對於此焦點來 精確地定位和對準該射束。圖13示出一射束安裝及操縱機構1000其可被用於此目的，或更概言之可供操縱一光學系統中之一射束。圖13示出一穿過該粒子偵測器102的輻射源154之安裝裝置1000的截面圖。從該輻射源154開始，其在本例中為一雷射二極體252安裝於一電路板基材1002。該電路板基材1002係安裝於一安裝板1004，並一起作用如一載具而會對該輻射源提供機械支撐。該安裝板亦會提供一結構(較好是鋁或其它金屬)，熱可藉它來由該雷射二極體252發散。該安裝板1004具有一孔隙1006被形成為穿過它會與該雷射二極體252共線，而使該射束152能貫穿該安裝板1004。亦裝於該安裝板1004的是一光學系統254，包含一或更多個透鏡會聚焦該射束152。該安裝板1004係連接於一支撐結構1008，其係與該偵測腔室150的框架1010或罩殼1010連接或一體地形成。該支撐結構1008亦具有一孔或切空部1012形成於其中，可容許該射束152貫穿通過該支撐結構1008。該安裝板1004係藉由一個或較好為多個構件安裝於該支撐結構1008，該等構件呈支撐柱1014和1016的形式，其可分別地被螺絲118和120固定於該支撐結構1008。該等支撐柱的至少一者1014或1016具有一加熱器會與其相關聯，並被設成能加熱該支撐柱。在此例中，該等柱係為中空，且有一空隙1022和1024形成於其內部。該等空隙1022和1024裝有一加熱器呈一電阻器1026和1028的形式，其係電連接於該PCB 1002而延伸穿入該支撐構件1004中。在一較佳實施例中，該等支撐柱係由塑膠或尼龍材料製成(或其 它的材料，其可被加熱而變形，例如膨脹)，因此藉著啟動該等加熱器1026或1028的一或更多者，則該等柱1014或1016的熱膨脹將可被用來操縱該射束。應請瞭解，藉著不同地加熱該二柱1014或1016，則該射束能被操縱成使其焦點實質上重合該光學系統242的焦點。
該射束152之焦點的前後移動可附加地被達成，乃藉加熱全部的支撐柱1014和1016以使該安裝板1014被由該光學系統224的焦點推離，而得移動該射束152的焦點。對該射束操縱機構1000的反饋係藉在該射束已橫過該腔室中的所要區域之後測量一接收的輻射標度來進行。
該輻射源252的輻射輸出標度可在該監測裝置的輻射源154端被局部地監測，例如藉一內建於該輻射源154本身中的光電二極體。在該腔室的另一端所接收的輻射標度係使用一輻射感測器224來監測。若在該輻射感測器224上的輻射標度會依據該射束的對準角度而改變，且因此能被用來判定該射束152的對準精確度。在一較佳實施例中，該射束係不直接地照射於該輻射感測器224上，因為如此容易使該輻射感測器224飽和。為了避免如此，該射束152會先被導至一反射器222上。該反射器222會吸收入射輻射之一甚大部份，並將剩餘的輻射反射至該感測器224，故其能顯示射束對準而不會飽和。在一較佳形式中，該反射器222係由一光亮的黑色材料製成，會反射大約1%的入射輻射並吸收其餘部份。
應請瞭解，藉著控制該等加熱器1026和1028的啟 動，該射束152位置將能被控制來在該輻射感測器224處保持固定的輻射標度，而可控制該射束之焦點204的位置。
在某些實施例中，一特定的射束調制技術可被用來最大化該輻射發射器252的使用壽命，其在當一UV或紫光輻射發射器被使用時可能是特別地有用。在一形式中，該發射器可被呈一預定模式地開/關調制來設定該發射器252的工作循環，因此一預定的操作壽命能被預期。不同於施加一規則且均勻的開/關調制其代表一低工作循環，發明人等已確定一特定的調制模式可被選成能延長發射器使用壽命，並且又會提供可接受的偵測性能，特別是針對小粒子。
就此而言，有些實施例使用一種調制模式，其具有一第一數目之一第一持續時間的第一脈衝。該等第一脈衝係在一較高的功率標度。該調制模式亦包含一第二數目之第二持續時間的第二脈衝。該等第二脈衝係在一第二的較低功率標度。在一實例中，該第一脈衝的數目係小於第二脈衝的數目，因此較少的較高功率脈衝會相比於較多的低功率脈衝被作成。該等第一和第二脈衝可被互相點綴散佈，或群集排列或多數個同種脈衝的區塊。
下表提供此一調制模式之一例。
此模式會給予一3%的總工作循環。
較有利的是，在第一週期的高功率脈衝會提供足夠的輻射使能作低濃度的小粒子之偵測，其對可在一較早階段偵測出某些類型的火災可能是很重要的。該等第二脈衝仍會提供充分的輻射使能作較大粒子的偵測。
在其它實施例中，該調制模式可利用一第一數目之第一持續時間的第一脈衝。該等第一脈衝係在一較高的功率標度。該調制模式亦包含一第二數目之第二續續時間的第二脈衝。該等第二脈衝係在一第二的較低功率標度。 該調制模式亦包含一第三數目之第三持續時間的第三脈衝。該等第三脈衝係在一第三的又更低功率標度。減低功率的脈衝可藉降低對該光發射器的驅動來達成，或在該脈衝持續時間內以一較高頻率來切換該發射器的開和關(脈衝寬度調制)，或藉該二者之一組合。
在一最佳的形式中，該等較高功率脈衝係數目較少，且整體持續時間可相比於該等低功率脈衝。該等第一、第二和後續的脈衝可被互相點綴散佈，或群集排列成多數個同種脈衝的區塊。
下表提供此一調制模式之一例。
此模式給予一3.5%的總工作循環。較有利的是，在該第一週期的高功率脈衝會提供足夠的光使能作低濃度 的小粒子之偵測，此對可在一較早階段偵測出某些類型的火災可能是很重要的。該等第二脈衝會提供充分的光強度使能作尺寸較大粒子的偵測，而不會使該電子光感測器飽和，同時它們較長的持續時間亦會改良偵測出較大粒子的可能性，它們一般係比較小的粒子更不常出現。後續之更低功率的脈衝係能作甚至更大且較不常出現的粒子之偵測。
應請瞭解，此調制模式可將於此所述者改變成其它標度，以在粒子偵測靈敏度與發射器壽命時間之間獲得一所擇的平衡。
在又一態樣中係提供一種粒子偵測器其會藉熱的施加來改變含帶於一被分析的樣品流中的粒子之至少一光散射特性。在一實施例中該粒子偵測器包含一加熱元件在一流路中構製成能加熱該樣品流。
在某些實施例中加熱可被以一足夠的速率來進行以驅除被粒子吸收或附結於粒子上的水，俾得在分析之前改變該等粒子的光學性質。
在其它實施例中加熱可被以一足夠的速率來進行以燃燒未燃燒的粒子，而得在分析之前改變該等粒子的光學性質。
該加熱元件較好係為一電阻式元件連接於一電源。最好是加熱元件能被選擇地啟動，使能作該樣品流的選擇性加熱。該加熱元件的啟動可被連續地、間歇地，或回應於一預定的粒子偵測事件來進行。該預定的粒子偵測 事件可為偵測到粒子在一預定的標度，或具有一預定的粒子尺寸分佈如前所述。
在又一態樣中係提供一種在一粒子偵測系統中的方法，包含：(a)由一監測的區域接收一樣品流；(b)加熱該樣品流來改變至少一些含帶於該樣品流中的粒子之光學性質；(c)分析該樣品流來側測粒子。
步驟(b)能被間歇地進行，可在任意時間或週期性地。
步驟(b)可回應於一預定事件的發生來被進行。因此該方法可包含判定一預定事件的發生並啟動步驟(b)。
該預定事件可包含以下之任一或更多者：偵測出粒子具有一預定的尺寸分佈；偵測出粒子在一預定的濃度；偵測出粒子有一預定的持續時間；該方法可更包含：(d)停止加熱該樣品流；(e)分析該樣品流。
該方法可包含比較步驟(c)和(e)分析結果，而來判定含帶於該樣品流中的粒子之一性質。該性質可包括以下之任一或更多者；該等粒子之一粒子尺寸分佈；粒子之一種類； 該等粒子的發射之一原因。
圖14示出一偵測腔室150之一示意圖，其係實質上相同於圖2A和圖2B者。但，在本實施例中，該樣品入口144包含一加熱元件1100。該加熱元件1100是一電阻式加熱器，且係曝露於該樣品流當其沿該入口144流向該偵測腔室150時。該加熱元件144能被該系統控制器選擇性地啟動來在需要時加熱該樣品流。在使用時，該加熱器會被啟動來協助作成一被含帶於該樣品流中的粒子之種類的判定。
圖15示出一粒子尺寸分佈直方圖，乃示出在一粒子尺寸倉的範圍中偵測出的粒子數目。該直方圖示出兩種尺寸分佈，該白色的分佈圖1200示出沒有啟動加熱器1100時所偵測到的粒子尺寸分佈，而該陰影的分佈圖1202示出有啟動該加熱器1100時所偵測到的粒子尺寸分佈。當該加熱器不啟動時(白色分佈圖)該直方圖有一較大數目的大尺寸粒子。此可表示若干情況，譬如：
1.被偵測出的粒子係由一特定物質造成，或某一物質的燃燒，其會造成一如所測出之特徵化的粒子尺寸分佈。
2.所偵測到之一雙模式的粒子尺寸分佈表示有兩種粒子種類的混合，或粒子存在的原因。
3.某些被測出的粒子有水分附結於它們，故它們會因該附加的水而具有超過估算的尺寸。
4.該樣品流中含有大的未燃燒粒子。
當該加熱器啟動時，若該尺寸分佈改變，如具有該陰影式粒子尺寸分佈，則此乃暗示3或4的情況造成該粒 子尺寸分佈。例如以一第一標度加熱該樣品流會將水驅離該等粒子，且它們會被偵測出為其正常(即已去水)的尺寸。此能使小粒子的數目增加且大粒子數減少，故會示出偵測出大量較大粒子的原因。此一實施例在潮濕的環境中可能特別有用，在該處水滴很常見。
另一方面，若加熱該樣品流至一高溫度，(即至一某些未燃的粒子會燃燒的標度)，則被偵測到的小粒子數目會增加。此表示該樣品流含有大的未燃燒粒子，其會在該燃燒過程中被分解。此改變會例如對被偵測到的粒子之本質或造成它們的事件提供一關鍵指示。
在某些偵測情況中，可能造成該烟的火會發展長久時間，且經久之後粒子尺寸分佈會改變。藉著重複該過程，或啟動和停止該加熱器，或設定該加熱器至不同的熱標度，則該粒子尺寸分佈的發展能被更可靠地偵測出。
應請瞭解在本說明書中所揭露和界定的發明會延伸至由內容或圖式中所提到或可看出之二或更多個個別特徵的所有變化組合。全部的該等不同組合會構成本發明的各種變化態樣。

Claims (27)

  1. 一種粒子偵測器，其構製成偵測一空氣樣品中所含帶之空中粒子之存在，該粒子偵測器包括：一偵測腔室，其用以接收包含用以分析之一空氣樣品的一樣品流；一輻射源，其構製成發射具有已知偏振特性的一輻射射束，該射束會傳送通過該腔室的至少一部份，並被設置成在一所要區域橫貫該樣品流；一輻射接收器佈置，其構製成接收輻射，該輻射係藉由與該樣品流中所含帶的粒子交互作用而自該射束散射，以及構製成產生代表所接收輻射之至少一輸出訊號，該輻射接收器佈置包括相對於該射束和該所要區域設置之多個接收器，使得該輻射接收器佈置構製成接收相對於該射束之一傳送方向和已知的偏振在多數個散射角和在多數個偏振角的輻射；一影像感測器，其具有多個像素及構製成藉由接收自該射束散射出的輻射，攝取該所要區域的影像；以及一控制器，其構製成分析來自該輻射接收器之代表所接收輻射的該至少一輸出訊號，以及為了判定該樣品流中所含帶之空中粒子的存在，該控制器構製成分析影像，以根據經攝取影像中所含的經散射輻射，來判定該樣品流中所含帶之與該所要區域中與射束交互作用之空中粒子的存在。
  2. 如請求項1之粒子偵測器，其中該輻射接收器佈置包括多數個輻射接收感測器，其各構製成接收在一各別散射角的輻射。
  3. 如請求項2之粒子偵測器，其中各感測器係被設置成接收相對於該射束之一偏振角在一已知的偏振角之輻射。
  4. 如請求項1之粒子偵測器，其中該輻射接收器佈置包括一第一多個輻射接收感測器，其構製成接收相對於該射束在一第一偏振角的輻射，其中該等第一多個輻射感測器之每一者係被設置成接收在一個別的散射角的輻射。
  5. 如請求項4之粒子偵測器，其中該輻射接收器佈置包括一第二多個輻射接收感測器，其構製成接收相對於該射束在一不同於該第一偏振角之第二偏振角的輻射，其中該等第二多個輻射感測器係各被設置成接收在一各別散射角的輻射。
  6. 如請求項5之粒子偵測器，其中該等第一和第二多個輻射感測器係被設置成使得該等第一和第二多個輻射感測器的各者中的至少一個感測器被設置成接收在相同的個別散射角的輻射。
  7. 如請求項2之粒子偵測器，其中該偵測器係構製成使來自該等感測器的至少一子集合之數個輸出訊號暫時地相關連。
  8. 如請求項7之粒子偵測器，其中該等暫時相關連的輸出訊號係用來辦識一所要粒子與該射束間之一交互作用。
  9. 如請求項7之粒子偵測器，其中該等暫時相關連的輸出訊號係用來判定一粒子特性。
  10. 如請求項1之粒子偵測器，其中該輻射源發射具有一波長之一輻射射束，該波長係足夠地短而能被由該偵測腔室中的空氣散射至一足夠程度，該足夠程度係使該射束之一影像能被該影像感測器攝取而沒有任何粒子被含帶於一樣品流中。
  11. 如請求項10之粒子偵測器，其中該射束係在電磁波光譜的紫光或紫外線區中。
  12. 如請求項1之粒子偵測器，其中控制器係構製成在所攝取的影像上進行背景消除。
  13. 如請求項12之粒子偵測器，其中該背景消除涉及依據已被由該影像之至少一未包括該射束的區域所判定之一代表性經接收背景輻射標度，來校正在該影像中包括該射束之一整合區域內所接收的輻射標度。
  14. 如請求項12之粒子偵測器，其中背景消除係利用界定背景消除區域之對應片段，沿該整合區域以一片段方式進行。
  15. 如請求項1之粒子偵測器，其中該控制器係構製成，藉由辨識在該整合區域的影像中所接收的輻射強度之一高峰，分析該等影像以判定一粒子的存在。
  16. 如請求項15之粒子偵測器，其中在該高峰高於一臨界標度的情況下，一粒子可被判定成有與該射束交互作用，且從而被偵測。
  17. 如請求項16之粒子偵測器，其中該臨界值代表該高峰的以下性質之任一者：被接收的最大強度；或該高峰中的總被接收能量。
  18. 如請求項1之粒子偵測器，其中該粒子偵測器包括一偵測腔室及發射單一輻射的射束之輻射源，其中該輻射接收器佈置和影像感測器係被設置成從一共同的所要區域接收輻射。
  19. 如請求項18之粒子偵測器，其中該控制器會使該影像感測器和輻射接收器佈置的輸出相關連。
  20. 一種粒子偵測器，包含：一偵測腔室，其用以接收包含一空氣樣品的一樣品流以供分析；一輻射源，其構製成發射一輻射射束，該射束會傳送通過該腔室的至少一部份，並被設置成在一所要區域橫貫該樣品流；一輻射接收器佈置，其構製成接收輻射，該輻射係藉由該樣品流中所含帶的粒子交互作用而自該射束散射，以及構製成產生代表所接收輻射的至少一個輸出訊號，該輻射接收器佈置包括一影像感測器，其具有多個像素並構製成藉由接收自該射束散射出的輻射來攝取該所要區域的影像，及至少一個其它的輻射接收器；以及一控制器，其構製成分析該至少一代表所接收輻射的輸出訊號，來判定含帶於該樣品流中之空中粒子之存在。
  21. 如請求項20之粒子偵測器，其中該輻射接收器佈置係構製成接收相對於該射束之一傳送方向及已知的偏振在多數個散射角和在多數個偏振角的輻射。
  22. 如請求項21之粒子偵測器，其中該輻射接收器佈置包括多數個輻射接收感測器，其各構製成接收在一各別的散射角之輻射。
  23. 如請求項20之粒子偵測器，其中該輻射源包括用以聚焦該射束之一光學系統。
  24. 如請求項20之粒子偵測器，其中該射束會被聚焦而使其朝向該所要區域會聚。
  25. 如請求項20之粒子偵測器，其中樣品流率、射束截面、射束形狀、或射束相對於構成該輻射感測系統之感測器的校準中之一或更多者，被選擇或控制成，使得當該樣品流中有一預定的平均粒子濃度時，被含帶於該樣品中的粒子、與以可由該輻射感測系統之一感測器直接地接收之一方式散射輻射之該射束之間的多個交互作用，在時間上係不重疊。
  26. 如請求項20之粒子偵測器，其中該偵測器係構製成，針對每個被偵測到的所要粒子，判定一粒子尺寸或總亮度。
  27. 如請求項20之粒子偵測器，其中該粒子偵測器為一烟霧偵測器。
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