颗粒物传感器和电子设备制造技术

本主题技术方面涉及颗粒物传感器和电子设备。颗粒物传感器可包括三个激光器、三个全内反射透镜和三个检测器，该三个检测器用于检测三个激光器的操作由于自混合干涉测量法的原理而引起的变化。三个全内反射透镜可使用内反射表面来使三个光束倾斜成在三维空间中形成正交基的三个对应方向，以便可确定气体流速，同时保持用于在便携式电子设备中实现传感器的小型模块化形状因数。

Particulate matter sensors and electronics

【技术实现步骤摘要】
颗粒物传感器和电子设备
本说明书整体涉及颗粒物传感器和电子设备。
技术介绍
在自混合干涉测量法中，由相干或部分相干源(例如激光器)发射的光从目标反射和/或散射并重新耦合到光源的光学腔体中。这种重新耦合可相干地修改激光器的电场、载流子分布、光学增益分布轮廓和激光阈值，以产生激光结点上的电压(如果激光器是用电流源驱动的)、激光器上的偏置电流(如果激光器是用电压源驱动的)和/或激光器发射的光功率的可测量变化。自混合干涉仪有时用于通过检测风流量中反射和/或散射激光的颗粒来测量风速。基于所确定的速度和随时间推移检测到的颗粒数，可估计风流量中的颗粒物浓度。为了减小由于气流的未知方向造成的风速和颗粒物浓度测量上的误差，实现自混合干涉仪的颗粒物传感器通常包括使空气以已知速度并沿已知方向移动通过感测体积的风扇。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种颗粒物传感器，所述颗粒物传感器包括：三个光源；和三个全内反射透镜，其中所述三个光源被布置成将三个对应光束分别发射到所述三个全内反射透镜中，并且其中所述三个全内反射透镜被布置成使所述三个对应光束重新定向到在三维空间中形成正交基的三个对应方向。在一些实施例中，颗粒物传感器还包括三个光检测器，所述三个光检测器各自被配置为检测所述三个光源中的对应一个光源的操作由于与所述三个对应光束中的至少一个相关联的测量体积内的颗粒的反射或反向散射而引起的变化。在一些实施例中，每个光检测器被配置为通过检测由所述三个光源中的所述对应一个光源发射的光功率的变化来检测所述光源的操作的变化。在一些实施例中，每个光检测器被配置为通过检测在所述三个光源中的所述对应一个光源的腔体内存在的光功率的变化来检测所述光源的操作的变化。在一些实施例中，所述三个光源包括三个激光器。在一些实施例中，所述三个激光器包括将所述三个对应光束以平行方向发射到所述三个全内反射透镜中的三个垂直腔面发射激光器。在一些实施例中，所述三个光检测器包括三个光电二极管，所述三个光电二极管各自与所述垂直腔面发射激光器中的一个一体成形。在一些实施例中，所述全内反射透镜中的每个包括非球面全内反射表面。在一些实施例中，所述全内反射透镜中的每个包括透镜化表面和全内反射表面。根据本公开的第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括颗粒物传感器，所述颗粒物传感器被配置为：将三个光束从三个对应光源发射到三个对应全内反射透镜中；利用所述三个对应全内反射透镜使发射的所述三个光束重新定向到在三维空间中形成正交基的三个对应方向；利用三个对应光检测器检测所述三个对应光源的操作由于三个重新定向的光束在围绕所述三个重新定向的光束的一个或多个会聚位置的测量体积内的反射或反向散射而引起的变化；以及基于所检测到的变化来确定气体中的一种或多种颗粒物浓度。在一些实施例中，电子设备还包括壳体，并且其中所述颗粒物传感器被配置为以相对于所述壳体的外表面的倾斜角将所述三个重新定向的光束中的每个发射穿过所述壳体的透明部分。在一些实施例中，电子设备还包括具有透明覆盖层的显示器，并且其中所述壳体的所述透明部分包括所述显示器的所述透明覆盖层的一部分。在一些实施例中，所述倾斜角介于五十四度和五十六度之间。在一些实施例中，所述三个对应光源中的每个光源包括与其他两个光源成角度地间隔开一百二十度的激光光源。在一些实施例中，所述三个重新定向的光束中的每个具有传播方向，并且其中所述重新定向的光束中的每个的传播方向与所述重新定向的光束中的其他两者的传播方向成角度地间隔开一百二十度。在一些实施例中，所述三个重新定向的光束的所述一个或多个会聚位置包括所述三个重新定向的光束的单个公共会聚位置。在一些实施例中，所述三个重新定向的光束的所述一个或多个会聚位置包括至少两个不同的会聚位置。附图说明本主题技术的一些特征在所附权利要求书中被示出。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本主题技术的若干实施方案。图1示出了根据本主题技术的各个方面的具有颗粒物传感器的电子设备的示意图。图2示出了根据本主题技术的各个方面的具有颗粒物传感器并且以手持设备的形式实现的电子设备的透视图。图3示出了根据本主题技术的各个方面的具有颗粒物传感器并且以智能手表的形式实现的电子设备的透视图。图4示出了根据本主题技术的各个方面的位于颗粒物传感器附近的电子设备的一部分的示意性横截面侧视图。图5示出了根据本主题技术的各个方面的颗粒物传感器的激光发射方向的单位矢量投影。图6示出了根据本主题技术的各个方面的颗粒物传感器模块的示意性侧视图。图7示出了根据本主题技术的各个方面的用于颗粒物传感器的全内反射(TIR)透镜的横截面侧视图。图8示出了根据本主题技术的各个方面的用于颗粒物传感器的TIR透镜的侧视图。图9示出了根据本主题技术的各个方面的用于颗粒物传感器的TIR透镜的透视图。图10示出了根据本主题技术的各个方面的用于颗粒物传感器的另一全内反射(TIR)透镜的横截面侧视图。图11示出了根据本主题技术的各个方面的利用颗粒物传感器进行颗粒物浓度测量的示例性过程的流程图。具体实施方式下面示出的具体实施方式旨在作为本主题技术的各种配置的描述并且不旨在表示本主题技术可被实践的唯一配置。附图被并入本文并且构成具体实施方式的一部分。具体实施方式包括具体的细节旨在提供对本主题技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将清楚和显而易见的是，本主题技术不限于本文示出的具体细节并且可在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本主题技术的概念模糊。为了使用自混合干涉测量法准确测量气体中的颗粒物浓度，准确测量或以其他方式知晓气体的流速是很重要的。在一些系统中，使用风扇来使气体以已知速度和方向移动通过自混合干涉仪的测量体积。然而，这种气体运动控制在实验室环境之外通常是不实用的并且/或者需要具有风扇和内部气流通路的大体积专用设备。由于风流量矢量是三维的，并且自混合干涉仪可在与干涉仪的激光束的传播方向相对应的方向上测量速度，因此为了在没有这种气流控制的情况下进行颗粒物浓度测量，通常需要三个自混合干涉仪来推断风速。当这三个自混合干涉仪的光束的传播方向不相互正交时，可能在风速和颗粒物浓度测量中产生不期望的较大误差。对于具有三个相互非正交光束的布置，此类大误差可随着沿每个光束的风流动方向的推断而减小，这利用自混合干涉测量法可通过同步于粒子到达和渡越时间的发射激光束的波长调制，随后例如使用快速傅里叶变换进行自混合干涉信号的光谱分析来实现。然而，由于粒子的到达和渡越时间往往是随机的并且无法预期，因此风速和颗粒物浓度测量中仍可能存在大的误差。因此，为了测量各种环境中的流速，可提供沿三个相互垂直的方向产生光束的三个相干或部分相干光源(例如，激光器)。这三个光束可在测量位置处会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颗粒物传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器包括：/n三个光源；和/n三个全内反射透镜，其中所述三个光源被布置成将三个对应光束分别发射到所述三个全内反射透镜中，并且其中所述三个全内反射透镜被布置成使所述三个对应光束重新定向到在三维空间中形成正交基的三个对应方向。/n

【技术特征摘要】
20180921 US 62/734,943;20190722 US 16/518,8881.一种颗粒物传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器包括：
三个光源；和
三个全内反射透镜，其中所述三个光源被布置成将三个对应光束分别发射到所述三个全内反射透镜中，并且其中所述三个全内反射透镜被布置成使所述三个对应光束重新定向到在三维空间中形成正交基的三个对应方向。


2.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其特征在于，还包括三个光检测器，所述三个光检测器各自被配置为检测所述三个光源中的对应一个光源的操作由于与所述三个对应光束中的至少一个相关联的测量体积内的颗粒的反射或反向散射而引起的变化。


3.根据权利要求2所述的颗粒物传感器，其特征在于，每个光检测器被配置为通过检测由所述三个光源中的所述对应一个光源发射的光功率的变化来检测所述光源的操作的变化。


4.根据权利要求2所述的颗粒物传感器，其特征在于，每个光检测器被配置为通过检测在所述三个光源中的所述对应一个光源的腔体内存在的光功率的变化来检测所述光源的操作的变化。


5.根据权利要求2所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述三个光源包括三个激光器。


6.根据权利要求5所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述三个激光器包括将所述三个对应光束以平行方向发射到所述三个全内反射透镜中的三个垂直腔面发射激光器。


7.根据权利要求6所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述三个光检测器包括三个光电二极管，所述三个光电二极管各自与所述垂直腔面发射激光器中的一个一体成形。


8.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述全内反射透镜中的每个包括非球面全内反射表面。


9.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其特征在于，所述全内反射透镜中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·穆特鲁，J·J·达德利，M·T·温克勒，蔡文睿，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：新型
国别省市：美国;US