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微粒物质/数同步测量装置

阅读：1022发布：2020-07-05

专利汇可以提供微粒物质/数同步测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开一种能够提供废气内的颗粒数(PN)/微粒物质(PM)的准确的、实时估计的排放测量系统。系统能够通过同步不同地配置的传感器，精确地区别PM/PN的尺寸和成分。废气可以由内燃机产生，在此情况下系统可以被顺序地连接至内燃机的排气装置。，下面是微粒物质/数同步测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种排放测量系统，包括
排放样品入口；
至少三个传感器，连接至所述排放样品入口，其中所述传感器以成直线的布置顺序地连接，且其中所述至少三个传感器的每个用于执行样品的不同且互补的测量；
处理单元，无线地连接至所述传感器，其中所述处理单元用于基于所述传感器提供的数据提供结果并用于通过对来自所述传感器的数据应用交集函数来三角化所述传感器提供的数据以提供样品的多维描述；以及
排放样品出口，连接至所述至少三个传感器。
2.根据权利要求1所述的排放测量系统，其中所述传感器的每个选自由激光不透明传感器、光散射传感器、颗粒电离传感器、颗粒声学测量传感器和静电沉积传感器组成的组。
3.根据权利要求1所述的排放测量系统，其中所述传感器包括激光不透明传感器、光散射传感器和颗粒电离传感器。
4.根据权利要求1所述的排放测量系统，其中所述传感器的一个是激光不透明传感器且其中所述激光不透明传感器被配置为使用蓝色激光。
5.根据权利要求1所述的排放测量系统，其中所述传感器被配置为同步的。
6.根据权利要求1至5的任一个所述的排放测量系统，还包括：
传感器盒，限定所述排放样品入口和所述排放样品出口；
样品探头，流体地连接至所述排放样品入口；以及
电池，布置在所述传感器盒中，用于为所述传感器提供电力，
其中所述至少三个传感器布置在所述传感器盒内且在所述排放样品入口和所述排放样品出口之间。
7.根据权利要求6所述的排放测量系统，其中所述传感器的任一个中的温度相等以便减少水蒸气和凝结的形成。
8.根据权利要求6所述的排放测量系统，其中所述传感器盒还包括布置在所述传感器盒中的减震材料。
9.根据权利要求6所述的排放测量系统，其中所述传感器盒被配置为连接至内燃机的排气装置。
10.一种测量排放的方法，包括：
成直线地运输排放样品通过至少三个传感器，其中所述传感器的每个用于执行所述排放样品的不同且互补的测量；以及
使用来自所述传感器的数据计算所述排放样品的颗粒数PN或微粒物质PM测量值；其中计算包括通过对来自所述传感器的数据应用交集函数来三角化来自所述传感器的数据以提供所述排放样品的多维描述。
11.根据权利要求10所述的方法，其中计算使用比例因子、加权的线性积分因子或非线性积分因子。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述传感器的每个选自由激光不透明传感器、光散射传感器、颗粒电离传感器、颗粒声学测量传感器和静电沉积传感器组成的组。
13.根据权利要求10至12的任一个所述的方法，还包括：
引导所述排放样品进入传感器盒；
引导所述排放样品离开所述传感器盒；以及
将数据从所述传感器传送至处理单元。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：
接收来自至少三个不同的传感器的废气样品的读数，且其中所述读数的每个包括PM和PN测量值的至少一个；
对所述读数应用并集函数；以及
确定所述废气样品内的污染物的量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述量包括颗粒的质量、颗粒的数量或颗粒的浓度。
16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括在应用所述并集函数或所述交集函数之前对来自所述传感器的所述读数进行过滤。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其中确定是基于与另一废气样品相关的至少一个参数的。

说明书全文

微粒物质/数同步测量装置

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2014年9月19日提交的、名称为“Particulate Matter/Number Synchronization Measurement Device”的、美国专利申请号62/052,525的临时申请的优先权，在此包括其的公开作为参考。

技术领域

[0003] 本发明一般地涉及改进的微粒物质(“PM”，或样品中包含的微粒的总质量)和/或颗粒数(“PN”，或包括样品中包含的微粒的颗粒的总数目)测量装置。

背景技术

[0004] 车辆与运输行业相关的排放持续是全球范围的城市地区中温室气体(GHG)和空气污染的主要来源。例如，2012年美国(U.S.)有超过26亿辆车辆，排放全美国二氧化碳(CO2)排放量的33％(175亿公吨)。同年，对于一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和PM，美国运输行业分别占全美国排放的54％、59％和8％。因此，重要的资源持续关注排放减少策略，排放减少策略通常分为两种类型：当前车队库存升级(例如，路边和/或发动机仓的检查和维护(I/M)项目，售后发动机/车辆/燃料项目，等)和新的车辆制造(例如，对于新制造的车辆的排放控制标准的修订，等)。

[0005] 美国环境保护局(USEPA)将空气传播的微粒定义为“极其小的颗粒和液滴的复杂混合物……由多种成分构成，包括酸类(例如硝酸盐和硫酸盐)、有机化学物、金属、和土壤或灰尘颗粒”。近几十年来，USEPA，与许多其他环境管理机构一样，已经在微粒监测活动的广泛的领域中投入大量的时间、努力和资源。早期的车辆排放微粒监测项目采用相对简陋的重量法，例如在预先清洁和称重的过滤纸上捕获微粒排放样品并重新称重采样后的这些过滤纸以通过差值值确定PM质量。

[0006] 尽管这些方法具有高度劳动密集的性质，甚至今天仍旧广泛地使用此早期的重量法的改良(通常采用更加惰性的过滤基底)。然而，大量的时间和努力也已经关注在其他微粒监测技术的发展上，尤其是可以是自动化的从而增加定量的精确度、增加采样效率、减少采样误差并减少相关的费用的方法。近些年来，这些自动化方法已经变为较新的几轮环境微粒管理的基础。

[0007] 最早的自动化微粒测量技术是基于提供质量测量或能够靠质量测量容易地被标定的测量的测量原理的。两个示例是用于常规自动监测符合环境PM空气质量标准的锥形元件振荡微天平(TEOM)方法和用于车辆废气PM排放I/M检查测试过程的基于不透明的方法。

[0008] 此早期对PM的关注可能已经反映了将这些更新的方法与更多建立的重量测试过程结合的设计，以及这些测量技术可能是当时最方便的和精确的选择的认知。然而，由于微粒源响应于关注PM的管理和相关的消费者需求而变得更加清洁，调查者发现排放源微粒尺寸分布倾向于变得更加精细，且环境空气中的超精细颗粒的数量比那些颗粒的总质量更加与健康密切相关。

[0009] 最近，欧盟(EU)在2007年对PN测量系统的发展允许更加精确的和可重复(各别排放的颗粒)的微粒识别过程。附加的EU目标是最小化对当前类型批准设施(例如，实验室)的需要的改变，采用可理解的度量以及对系统的简单的操作。EU的PN系统被发展以避免对校正因子的可能的需求，问题是已经妨碍美国的相似测量积极性的发展。

[0010] 广泛范围的车辆和点源相关的应用需要精确的排放数据，以便正确地评估排放减少策略的影响。然而，考虑到微粒排放的复杂的和(或许更加重要地)进化着的性质，单一PM和PN度量不可能为减少排放活动提供稳健的“抓住所有”量度。因此，区分不同尺寸的PM/PN是重要的，以便更好地理解产生PM/PN的过程并有助于对PM/PN的减少的潜在方案的识别。大气微粒尺寸在直径上的范围通常从几纳米至几十微米。最粗糙的材料(通常10微米并更大)主要来自生物源(例如，孢子、花粉、细菌等)和/或矿源(例如，土地侵蚀、建造工作等)。
更精细的颗粒(小于1微米)通常由成核、冷凝和凝聚过程形成，比如大气化学和燃烧过程的结果。

[0011] 通常地对从燃烧过程中产生的PM/PN感兴趣。

[0012] 作为燃料燃烧/废气排放过程的结果而形成的小于0.1微米(“超精细”)的颗粒主要与例如道路上的、越野的和非道路的车辆活动中的那些内燃机有关。由于微粒中经常包含有毒微量化合物(例如，重金属、多环芳烃等)，这样的微粒已经被引用为危险的。USEPA和欧盟联合研究中心(JRC)都已经宣布这样的颗粒的浓度是高度变化的且似乎表明变化的重要模式，尤其是靠近城区和交通拥堵地。

[0013] 传统地，遵循政府批准的测试周期(例如Euro IV、U.S.FTP、或其它全球标准)，车辆测试经常使用底盘或发动机测功机在实验室中被执行。然而，这些标准的测试过程，与传统的重量PM测量过程非常类似，不再代表其真实世界的相对应的那些，且现代汽车在这些测试周期上常规达到的排放减少和燃料节约与其在路上(或“周期之外”)的性能之间的增长的差距已经被广泛地报道。

[0014] 调查者已经广泛地承认“周期之外”的差距对于燃料消耗和CO2排放大约是40-60％，且对于NOx排放高达400％(4倍认可水平)。尽管与使用当前技术的车辆PM/PN排放的真实世界测量相关的挑战极大地阻碍对于微粒的相似趋势的直接测量，非直接测量方法，尤其是隧道研究，表明这些还可以是高于基于实验的测量的数量级。

[0015] 关心这些“周期之外”的排放已经导致对真实世界车辆排放数据和对基于真实世界车辆性能的新管理的增长的需求。

[0016] 便携式排放测量系统(PEMS)是当车辆被用于实际服务中，可以暂时地贴附至目标车辆以提供车辆排放的直接测量的车辆监测平台。例如，USEPA公开的“实时路上车辆排放报告者”(ROVER)是暂时地安装在车辆上用于当车辆在公路上行驶时测量真实世界排放的目的的车载测试系统。商业系统，许多基于原始的ROVER概念，现在被用于采集真实世界车辆排放数据。

[0017] 然而，传统的PEMS方法的劣势也是显著的。由于所有的商业性可获得的PEMS设备需要样品相当远离排放烟囱和排气管被运输的事实，例如热交换、样品降解、电力需求和系统复杂性的问题通常引入精确性和可靠性问题。由于PEMS受其设计、尺寸和重量的限制，并因此限制真实世界车辆和可以在“真正的”真实世界场景中采集的测试数据的数量，这些问题显著地影响减排策略的调查。简单的说，PEMS相关的活动(设备安装、维护、保养、充电、过滤器替换、监督的操作、卸载等)经常阻碍以足够的量或以合理的费用采集真正地有代表性的“真实世界”数据的能力。

[0018] 现在的车辆废气PM/PN PEMS具有由于传感器设计、样品稀释和流量测量引起的显著的电力需求。由于这些挑战，当前可获得的PMES不具有自供电运行多于几小时，或在一些情况中甚至多于几分钟的能力，这显著地约束采样选择。此外，这样的系统的伴随的重量要求设备相当远离废气出口被安装，进一步限制在典型的行驶状况下的目标车辆的性能。此外，被需要以将样品运输至传感器的长样品线的相关使用引入微粒尤其敏感的一系列样品完整性问题。

[0019] 一个问题是当样品被从排气装置转移至传感器时加热或限制样品的增加的电力显著地增加PEMS单元的电力需求和重量。此外，样品线的增加的长度增加对于与样品反应(例如，水蒸气冷凝和微粒沉积)的表面积，其反过来必须被解释并被排除/校正。

[0020] 关于PM/PN测量尤其敏感的样品管和/或线的的增长的长度有几个问题。

[0021] 第一，附加的长度意味着由于流体摩擦需要电力的增加以按给定的流率泵抽样品，其随样品管的长度增加而增加，并使更强力的泵且需要更大、更强力的电池成为必要。

[0022] 第二，除了测试设备的尺寸和重量的直接增加，更长的样品线对测试过程引入附加的重量、体积和复杂度。其必须沿样品线的整体行程被正确地且安全地夹住、束缚或捆绑。此增加安全问题的机会，例如被卷入正在运行的机器和正在移动的部分的不正确地束缚的线等。长度消极地影响系统的可靠性。样品线的增加的长度还增加微粒沉积的表面积，其反过来必须被解释并被校正。

[0023] 第三，样品管的更长的长度需要成比例地增加的量的绝缘和/或提供的热量以在样品行进到测试设备并冷却时防止液态水的冷凝和样品的变质。大多数废气气体样品包含大量的水。若在样品转移或分析过程中凝结是允许的，产生的液态水可以与一些污染物(尤其是更加活泼的气态种类和微粒)相互作用并降解这些污染物。然而，增加的绝缘将显著的重量和体积增加到样品线，且在很多情况下，对样品线加热器，PEMS单元需要附加的专门的电源。

[0024] 第四，随着样品线长度增加，还增加执行测试需要的设置/拆除的时间的量。正确地安装长的样品线需要的附加的时间直接影响在移动中可以完成的精确的且安全的测试的数量。

[0025] 最后，现在的汽车PM/PN PEMS的另一问题在于其关注单一感测方法。尽管这些当前的PM/PN系统已经被各种联邦的、国家的、区域的、和全球的评估标准认可是准确的，但是基于单一测量方法的方案通常被管理机构倡导。一个变量的极端精确的感测可能需要大尺寸和重量的设备。还意味着，任何的分析物测量的相关的可靠性从本质上与一个测量原理相联系，且因此要求相关的度量的连续的代表性。

[0026] 每种感测技术使用不同的方法，并且与正在被感测和记录的PM/PN具有不同的偏差。与气态污染物(例如CO2和NOx)不同，PM/PN不是一种化学种类。PM/PN排放的准确构成包括复杂的结构，例如具有吸附至其表面的液相碳氢化合物的固相碳微粒且在许多分布中这些相都可以包含、吸附或吸收许多种类。此外，PM/PN存在于宽范围的尺寸中，且健康关注已经与空气动力直径从10微米至小于100纳米的PM/PN相关。任一种测量技术将提供被测量技术最敏感的PM/PN的类型所偏差的结果，且没有一种测量技术可以对完整范围的PM/PN化学和物理结构敏感。因此，PM/PN因为其特有的性质不能被任一种感测技术完全地表征，无论其是多么的精确。

[0027] 通过考虑现有的加利福尼亚重型I/M(Heavy-Duty I/M)测试过程说明这一点。其包括基于不透明度的测量(消光的测量)。当其被第一次提出时，是高效的测试，原因是其提供代表废气PM质量的重要部分的较大的较粗糙材料的好的测量。对车辆发动机管理系统和废气排放减少系统的较新的改进已经减少车辆排放的微粒的量和车辆通常排放的尺寸范围。不透明方法对现代汽车通常产生的更少量的更精细的材料不敏感。因此，不完美的现代汽车可以排放通常大大超出管理限制的大量微粒，然而仍旧通过I/M测试，原因是排放的微粒太精细而无法使用不透明性检测。

[0028] 需要的是一种改进的PM和PN测量设备，该设备的部署更加简单(例如，更小、更轻的重量、更低的能源需求)，并具有能力提供基于当前的标准的PM/PN测量且还随着其排放源的改变而识别、表征或映射微粒的改变的特性。

发明内容

[0029] 在第一实施例中，提供排放测量系统。排放测量系统包括排放样品入口、连接至排放样品入口的至少三个传感器，以及连接至至少三个传感器的排放样品出口。传感器以直线布置的方式顺序地连接。至少三个传感器的每个用于执行样品的不同的测量。

[0030] 传感器的每个可以选自由例如激光不透明传感器、光散射传感器、颗粒电离传感器、颗粒声学测量传感器和静电沉积传感器组成的组。在示例中，传感器包括激光不透明传感器、光散射传感器和颗粒电离传感器。传感器的一个可以是被配置为使用蓝色激光的激光不透明传感器。

[0031] 传感器可以被配置为同步的。处理单元可以无线地连接至传感器。处理单元可以用于基于传感器提供的数据提供结果。处理单元可以用于三角化传感器提供的数据。

[0032] 在第二实施例中，提供测量排放的方法。方法包括成直线地运输排放样品通过三个传感器，以及使用来自传感器的数据计算排放样品的颗粒数(PN)或微粒物质(PM)测量。传感器的每个用于执行排放样品的不同的测量。

[0033] 方法还可以包括三角化来自至少三个传感器的数据。计算可使用比例因子、加权的线性积分因子、或非线性积分因子。传感器的每个可以选自由例如激光不透明传感器、光散射传感器、颗粒电离传感器、颗粒声学测量传感器和静电沉积传感器组成的组。

[0034] 在第三实施例中，提供产生微粒物质(PM)或颗粒数(PN)的方法。方法包括接收来自至少三个不同的传感器的废气样品的读数、对读数应用并集函数、对读数应用交集函数、以及确定废气样品中的污染物的量。废气样品被成直线地运输通过传感器。读数的每个包括PM和PN的至少一个。量可以包括颗粒的质量、颗粒的数量或颗粒的浓度。确定可以基于与另一废气样品相关的至少一个参数。方法可以包括在应用并集函数或交集函数之前对来自传感器的读数进行过滤。方法可以包括对读数作三角测量。

[0035] 在第四实施例中，提供排放测量系统。排放测量系统包括限定排放样品入口和排放样品出口的传感器盒，布置在传感器盒内且在排放样品入口和排放样品出口之间的至少三个传感器，流体地连接至排放样品入口的样品探头、以及布置在传感器室内的用于向传感器提供电力的电池。传感器以成直线的布置顺序地连接。传感器的每个用于执行样品的不同的测量。

[0036] 传感器的每个可以选自由例如激光不透明传感器、光散射传感器、颗粒电离传感器、颗粒声学测量传感器和静电沉积传感器组成的组。在示例中，传感器包括激光不透明传感器、光散射传感器和颗粒电离传感器。传感器的一个可以是被配置为使用蓝色激光的激光不透明传感器。

[0037] 传感器可以被配置为同步的。处理单元可以无线地连接至传感器。处理单元可以用于基于传感器提供的数据提供结果。处理单元可以用于三角化传感器提供的数据。

[0038] 传感器的任一个中的温度可以相等因此减少水蒸气和冷凝的形成。

[0039] 传感器盒可以包括布置在传感器室内的减震材料。传感器盒可以被配置为连接至内燃机的排气装置。

[0040] 在第五实施例中，提供测量排放的方法。方法包括引导排放样品进入传感器盒、成直线地运输排放样品通过至少三个传感器、引导排放样品离开传感器盒、将数据从传感器传送至处理单元、以及使用来自传感器的数据计算排放样品的颗粒数(PN)或微粒物质(PM)测量值。传感器的每个用于执行排放样品的不同的测量。

[0041] 方法还可以包括使用处理单元三角化来自至少三个传感器的数据。计算可以使用比例因子、加权的线性积分因子、或非线性积分因子。传感器的每个可以选自由例如激光不透明传感器、光散射传感器、颗粒电离传感器、颗粒声学测量传感器和静电沉积传感器组成的组。附图说明

[0042] 为更加全面理解本公开的性质和对象，应当结合附图对下面具体的描述进行介绍，其中：

[0043] 图1是根据本公开的安装至排气烟囱或排气管的改进的PM/PN排放测量系统的第一实施例的示意图；

[0044] 图2是根据本公开的示于图1的安装至排气烟囱的第一配置的公开的示意图；

[0045] 图3是第一配置的示于图2的PM/PN传感器盒的俯视图；

[0046] 图4是第二配置的示于图2的PM/PN传感器盒的示意图；

[0047] 图5是激光不透明传感器的实施例的示意图；

[0048] 图6是光散射传感器的实施例的示意图；

[0049] 图7是电离传感器的实施例的示意图；

[0050] 图8是激光不透明传感器的另一实施例的示意图；

[0051] 图9是声学传感器的实施例的示意图；

[0052] 图10是声学传感器的另一实施例的示意图；

[0053] 图11是示于图1的处理单元的实施例的示意图；

[0054] 图12是示于图1的无线发动机计算机接口单元的实施例的示意图；

[0055] 图13A至13D示出根据本公开的来自传感器的数据的分析；以及

[0056] 图14是示出根据本公开的软件操作的实施例的流程图。

具体实施方式

[0057] 尽管要求的主题将根据一些实施例被描述，包括不提供在此示出的所有的益处和特征的实施例的其他实施例也在本公开的范围之内。可以在不脱离本公开的范围的情况下做出各种结构、逻辑、处理步骤和电气改变。相应地，本公开的范围仅通过参考所附的权利要求所定义。

[0058] 在此公开的测量设备的实施例使用紧凑和轻量型设计的三个或更多个“三角的”互补且足够精确的PM/PN感测技术，辅以软件算法，以捕获原本被传统的基于PEMS的PM/PN测量系统错过的车辆废气PM/PN的细微差别。三角测量技术(采集不同微粒特性的三个或更多个分离的测量，以及将这些集成以提供采样的微粒的多维描述)可以提供胜过传统的基于单一度量PM/PN测量的系统的许多优点，原因是其为测量创造优越的、更加稳健的基础。此外，三角测量方法背后的底层逻辑是前提，其中没有单一方法曾经充分地描述复杂的且多变的分析物(例如PM/PN)、且映射其相似性和不同性的相同样品的多个互补的测量提供PM/PN的优越的描述。此外，原理可以被扩展至校准以提供对于不容易被部署作为移动PEMS测量工作的部分的仪表技术的替代测量。将三个或更多个传感器响应映射至传统的测量方法的响应轮廓为产生“类似参考测量”数据提供机制，其通常优于即使使用最相似的传感器集合的传统的直接的参考方法校正。

[0059] 三个或更多个数据集的可获得性还允许常规错误测试。虽然每个传感器将不同地响应微粒，其将各自展现可以被映射至两个或更多个其他传感器的行为的行为。随着传感器开始失效或当传感器被破坏之后，其响应特性将不再映射至同一类型的其他传感器行为，指示着问题。也许构想此的最早的方法是考虑包括不透明、光散射和电离传感器的三传感器阵列。不透明传感器可能对更粗糙的材料更加反应灵敏，电离传感器可能对更精细的材料更加反应灵敏，且光散射传感器响应可能位于另外两者之间的任意位置。光散射传感器响应可以被映射至另外两个传感器的响应的一个或其的结合。虽然相关的关系可能不是绝对的，这些和相关的一致程度还可以连同基准线和噪声特性被确定，并被用于基准测试传感器性能及提供非典型行为(其自身是传感器失效或采样问题的潜在的指标)的早期指示。因此，三个或更多个数据集可以允许确定传感器失效，或即使当传感器被破坏或失效时提供足够正确的结果。

[0060] 在此公开的是小的、轻量的、样品包裹(parcel)同步的多盒设备以测量来自内燃机(ICE)和其他微粒源的PM和PN浓度。传感器设计有能力获得来自例如专门的“通过/失败”车道测试配置中或作为现场单元的ICE的实时(second-by-second)PM/PN浓度。例如，设备可以被用于路边汽车停止和抽查测试过程(所谓的“急加速测试”(snap-acceleration testing))、有或没有样品稀释的传统发动机或底盘测功机测试、和PEMS型车载移动排放测量工作。在此公开的实施例提供随着样品包裹穿过传感器盒经过的几个唯一的、互补的、同时的测量，用于更加准确的并多维的评述样品包裹。样品可以是空气、废气气体和/或凝结的样品。在此公开的实施例还减少设备的物理占用空间(相对于现有的系统)以允许设备简单地贴附至车辆的框架、排气装置或烟囱以便：尽可能多的减少排气装置出口和设备入口之间的距离以减少样品降解、热损失和水冷凝；减少重量以便在不破坏车辆的框架、排气装置或烟囱的情况下安全地运输并固定装置；和/或在车辆之间快速地固定、移除并重新部署装置以便增加各个测试和/或测试车辆的吞吐量。在此公开的实施例还通过移除与用于约束样品线和安置盒的电阻热相关的电力需求而减少通常被现有采样系统需要的电力消耗的量。

[0061] 在此公开的实施例与传统的PEMS PM/PN测量系统相比还增加设备运行时间，原因是此较低能源需求系统可以在电池电源上运行更长的时间周期。此外，在内部电池电源上运行设备几个小时的潜力意味着，设备可以被用于例如从车辆自己的电力系统接入外部电源、或专门的车载发电机或外部电池单元是不可行的情况中。

[0062] 在此公开的实施例还将多个样品传感器合并入共用、可快速地替换的盒中，以便减少/消除通常与现有的测量系统相关的停机时间。在此公开的实施例还可以将实时数据无线地从传感器直接传送至电脑、平板电脑、智能手机或其它设备，以便实时产生关于测量的变量和测量设备状态的数据/信息，同时进一步减少硬接线通信所需的安装时间。

[0063] 正如在此使用的，“废气”可以表示从排气管或烟囱中排出的物质，且“排放”可以表示废气中的特别的污染物。排放还可以使用术语(例如“废气排放”或“尾气排放”)进一步被区分，以区别废气排放、蒸发性排放、或曲轴箱排放。然而，术语排放通常指的是任意类型的废气。

[0064] 由于不断地变化的发动机功率需求，ICE的真实世界操作状况不断地变化，其反过来意味着从一个瞬间到另一个瞬间废气成分变化。例如，瞬时的司机行为(例如，司机按下加速器的猛烈程度如何或司机通常换挡时)影响包括瞬时的发动机每分钟转数(RPM)、进气歧管绝对压力(MAP)和空气-燃料比(AFR)的广泛范围的因素。此外，有不瞬时地改变但还可以影响废气气体特性的许多其他设计和操作参数。一些示例是发动机尺寸、发动机调整、燃料类型、车辆维护状况、燃烧后排放控制和环境条件。因此，PM/PN特征(例如，粒径分布、元素碳含量、吸附污染物的平均组成等)是复杂的和高度动态的。传统的PM/PN仪器设计趋势倾向于用于PEMS型应用的现有的实验室仪器仪表的逐步修改，和作为增加单一度量测量准确性的机制的对单一、特别的(选择的)传感器技术的持续改进。不幸地，相关的仪器和传感器方案通常比为特定目的建造的那些大得多且可能是更加过度设计的。这种趋势背后的金融逻辑是直截了当的：对于制造商做最少的工作以改造现有的实验室的设备用于路上测试比建造专门的设备更加简单并更具成本效益。然而，对于这样的保守的制造策略的权衡是“现有技术水平的”系统倾向于经常不适用于其应用的、具有相对大的电力需求的大而笨重的设备。如上所述，基于几个不同的传感技术的传感阵列测量策略是高度有益的技术。

[0065] 没有预料到的是，较小的或较不精确的传感器的不同的集合可以提供充分的PM/PN描述。然而，除了更加容易被部署于更加广泛的范围的排放测量应用的降低电力需求和较小占用空间的设备之外，将几个简单的“不是现有技术水平的”低技术的、低精确的传感器设备组合至阵列中可以，当可能地提供任一个PM/PN度量的低精确的直接测量的同时，提供多维PM/PN描述(当其被组合考虑时可以提供PM/PN排放的更加综合的记录)。因此，低精确度传感器的使用可以不仅提供车辆排放的微粒的量的测量，还提供可以帮助确定排放的性质或甚至导致排放增加的特别的发动机或排气系统问题的诊断的集合。

[0066] 因此，取代一个度量的非常精确的测量(其因为PM/PN的性质不可能是所有状况的单一最有益的选择)，在此公开的设备的实施例旨在提供对任意给定的PM/PN样品的几个低精确但互补的并可能更加包罗万象的测量。

[0067] 此外，此设备的特征在于这些传感器可以串行地测量相同的样品包裹而不是同时地采样相同的废气且并行地测量。因此，传感器串联流性连接。随着相同的样品轮流被每个传感器“看见”，分离的传感器数据时间序列可以被对齐并被集成以实时或(接近实时)地提供比不太对齐的采样配置(例如，在不知道偏移的配置中或传感器从稍有不同的废气采样点采样的并联配置中部署的分离的传感器)更多的信息。

[0068] 此外，在此公开的设备的实施例可以利用比通常用于竞争测量系统的激光(例如，660nm的谱峰)更加远离红外波长的激光(例如，550-570nm的谱峰)，以增加系统的固有的信噪比，从而当其被简单地减小至与这些元件相似的尺寸时相对于其他不透明和散射系统增加其敏感性。

[0069] 简而言之，不会被假设的是：多个低精确的传感器可以提供任何单一量度的更加精确的测量、许多先前仪器发展项目的传统目标和USPEA(PM)和EU(PN)管理策略。然而，基于互补的度量的多个合理地精确的测量的集成的方法可以提供多个度量的稳健的测量、PM/PN的更加综合的描述，以及因此的包括对PM/PN排放的变化的性质敏感的测量的能力。

[0070] 事实上，这些各种传感器优势和优点可以不仅平衡其他传感器的弱点，实际上还彼此强化并实时提供PM/PN排放的真实的瞬时特征的优秀的观察。因此，使用废气样品的不同感测技术同时地捕获微粒物质的不同特征提供微粒物质排放样品的持续变化的“集合”特性的唯一的、独特的信号。系统能够通过同步不同地配置的传感器，准确地区分PM/PN的尺寸、条纹(例如，污染物的“种类”)和成分(例如，污染物的组成)。

[0071] 被协调为测量同一样品包裹的多个传感器的最近的分析已经指明，同时的多维测量提供PM/PN特性的更加准确的、三角化的图像，例如，颗粒分布、尺寸、粗糙/精细属性和潜在地甚至量。此示于图13A至13D中。

[0072] 在图13A和图13B中，使用单一散射传感器(标注为“parSYNC1”)的在此公开的设备的实施例与参考方法(MAHA MPM4PM分析器)相比。在使用的示例中，一致的程度是75％(Pearson校正系数，R，0.75)。在相同的工作的过程中，对于不透明和电离传感器观察到相似的或低强度的一致性，即75％和42％。若这些测量数据序列的任一个被单独地使用，其将仅提供参考方法输出的近似的指示。若传感器输出被组合使用，预测的能力被提高。

[0073] 三个传感器(不透明、散射和电离)的对从车辆的发动机采样的车辆废气气体中的微粒的相对响应的三角化图示于图13C。图13C示出样品的多维性质。各个传感器响应于微粒的稍微不同的特征。

[0074] 与此观察一致，由术语parSYNC*表示的集成两个传感器(不透明和光散射)的方案，与两个传感器分别提供的一致性75％相比，提供与相同的参考方法的改进的一致性，即92％(图13B，Pearson校正系数，R，0.92)。此示出使用来自不同的、低复杂的传感器的组合信号的数据处理方法可以极大地改进测量结果的效果。此parSYNC*是横跨几个时间间隔(例如，若仪器是以1秒分辨率记录时为3秒)非线性映射的传感器响应和参考方法之间的关系的数学模型。

[0075] 使用示于图13D的示例介绍提供附加的诊断信息的多个传感器技术的能力。在此，使用简单的线性比例项估计在相同的车辆废气微粒样品中划分的精细/粗糙。精细颗粒等于(parSYNC*)×((电离传感器测量)/(散射、不透明和电离传感器测量的总和))，其中parSYNC*代表给定的样品或测试的单元的最终、组合的(多传感器)和处理后的输出。

[0076] 由于为制造便携式系统所需的关于尺寸、重量、电源或其它因素的折中和权衡以及单一PM/PN测量技术(其不管精度如何，仅可以提供一维信息)的可靠性，这样的性能和诊断信息的组合目前不能在传统的便携式系统中得到。因此，多个、不同的、成直线的传感器的整体可以在其自己的优势(例如，用作“标记的”(flagged)事件)上被分离地评估、在未来的日期被后处理(未来使用不同的/新的度量集以容纳历史数据集)、或被组合至一个度量，例如上述基于参考方法的parSYNC*，次级(secondary)测量(例如对车辆排放性能测试(例如加利福尼亚烟雾检查)的通过/失效)或在其上可以评估此次级测量的任意数字标度。使用被优化以相对于通过/失败阈值区分通过(低PSN值)和失败(高PSN值)的微粒同步数(PSN)(传感器输出的加权总和)描述后者的概念。

[0077] 不透明传感器方法通常是反应灵敏的、稳健的和深受认可的。例如，其提供SAE H1667标准测试的基础。然而，不透明传感器方法偏向于大量地加载有较大颗粒和黑雾的样品，且现在被广泛地认为对于倾向于排放更加精细的材料的现代汽车的不精确的甚至不可靠的PM/PN的测量。

[0078] 散射传感器方法通常对来自现代汽车的排放更加经得起检验。其对较小的微粒粒级更加敏感。仪器配置是稳健的且可以以与现有的不透明系统相似的方式容易地部署。然而，其对非常精细的微粒(车辆排放的越来越重要的成分的部分)具有有限的敏感性。

[0079] 电离传感器方法通常偏向于这些较小的颗粒，然而，不必须与光学/基于光的传感器一样反应灵敏或在更加挑战的采样状况中易于部署。此方法还对与水冷凝相关的问题高度敏感。

[0080] 可以包括基于频率或颗粒计数器方法的声学传感器方法提供传统的传感器方法的替换，然而可能需要仔细地校正以常规地提供可靠的数据，这是可能阻碍其单独用于许多检查车辆批准方法中的问题。

[0081] 这样的传感器优势和劣势还允许独特的且特别地布置的配置。在此公开的实施例保证每个传感器正在“看见”完全相同的样品包裹。因此，样品室被安排或被垂直布置在成直线的(串联)而不是同时的(并联)配置中。因此，样品室和传感器串联连接在成直线的布置中。样品将被从第一传感器运输至第二传感器、至第三传感器，以此类推。这样的成直线的配置可以保证排放样品的颗粒穿过每个传感器且流速可以被优化以最大化驻留时间敏感性的权衡。因此，流速提供每个室中的足够的时间，以便每个传感器可以准确地测量样品，而不是很多的时间使得样品有机会随其周围极大地改变以凝结、降解、分解或其它作用。此外，在紧凑的空间中并与样品排气装置极其靠近的电力、热量和水蒸气的管理系统可以被用于限制样品以最大化测量精确度并正确地区分各种PM/PN样品信号。

[0082] 系统包括由多个不同的且同步的传感器构成的PM/PN传感器盒、计算电路控制器板、无线双全工/收发器、和被设计以实时组合不同的样品包裹信号的软件系统。空气泵单元可以被用于传输样品进入或离开传感器盒内的每个传感器室。也可以使用其他泵设计。

[0083] 设备的电力、热量和水蒸气管理系统可以被集成至一个密封的壳体和底架中。车载电池/动力单元、样品盒、主样品管和其他物理硬件在单个紧凑的空间中的彼此极其靠近的布置可以保证所有硬件元件始终最优的、稳定的和不变的温度。因此，在给定的时刻，传感器的每个中的温度可以相对于其他传感器中的温度保持近似相等，因此设备的总质量温度在一段时间内(例如，在测试过程中)相对于环境温度加上来自样品空气的附加的废热进行调节。此设备的温度范围可以约为-3℃至37℃，然而其他操作温度是可能的。保持每个传感器中近似相等的温度避免通过物理空间分离这些元件和/或分离壳体的其他设计的缺点，原因是当样品穿过各种传感器和路径时，整体单元保持相同的近似不变的温度。高的温度和温度稳定性帮助极大地减少通常在PEMS系统中发生的水蒸气和凝结的形成。此外，流动路径的物理设计可以通过产生峰和谷样品管位置利用重力的帮助。此反过来使得容易在谷处收集水凝结并在不适用泵或其它动力系统的情况下排出水凝结。

[0084] 软件可以用于集成来自多个传感器的原始数据(例如，三个或更多个传感器时间序列)并可以被各别地使用、彼此组合、和/或与车载传感器测量的其他特性(例如，样品温度和湿度)组合，以基于二次标定(secondary calibration)原理(例如，与至少一个参考参数测量的比较)提供不同PM/PN度量的测量或代替测量。废气样品内的量可以是废气样品中已知污染物的量(例如，质量、颗粒的数量、浓度等)。软件可以利用通过设备的机载传感器和几个外部的、认可的测试方法论和标准之间的比较试验而发展的数学关系。此数学关系已经被转换为软件代码，以便为用户提供与各种实验室标准对应的适当的、无缝的比较数据。

[0085] 此外，目标参数可以是PM/PN的任何特性(例如，烟尘度量(例如烟尘数)、或由特定仪器测量的PM或PN)，且可以通过将传感器输入映射为例如各个传感器信号的非线性函数、组合信号或来自一个或多个传感器的直接信号的比率产生相关的替代。

[0086] 设备可以利用多个测量能力(例如，不透明、光散射、电离、静电沉淀、和/或声学技术)获得样品包裹的序列的/线性的测量。至少一个测量(例如三个或更多个不同的测量)可以被使用作为将传感器响应映射至参考测量的基础。例如，可以一起使用3个、4个、5个或6个传感器。其他数量的传感器是可能的。在示例中，例如，可以在三个或更多个传感器中一起使用两种不同的声学技术。在另一示例中，使用分别具有不同颜色的激光的两个光散射传感器。

[0087] 在一些示例中，可以优选地利用蓝色激光以避免红色激光常有的与废气流相关的潜在的热干扰。红色激光光源是比蓝色激光源更高能量的装置。蓝色激光还可以允许较短的测量距离。

[0088] 组合的PM/PN测量的使用可以提供制造较为便宜的具有较小的占用空间的较轻的装置。

[0089] 设备的实施例可以利用下面的至少三项：具有激光波长的小比例的不透明读数；微型激光散射测量；紧凑的电离测量；以及声学室。传感器的其他组合是可能的。

[0090] 当被组合并被协调时，这些三个或更多个各别的PM/PN测量通过唯一地响应于任意PM/PN样品中普通地发现的化学和物理种类的三角测量提供PM/PN的更加精确的观察。此外，在已经做出比较的示例中，这些组合的PM/PN测量倾向于与当前工业的不透明指示计、激光散射和其他工业认可的测量技术比较。

[0091] 不同的实施例和/或变化可以包含下列配置：用于气态污染物测量的模块(附加的基准线方法以基于非PM/PN污染物建立次级比率)；不同频率的次级光散射传感器以基于附加的输入进一步描述实时事件；和/或其他数据源的同步记录的硬连线的电力和数据线束(例如，来自车辆的OBD2或CAN数据，设备与PEMS应用结合使用)。

[0092] 在此公开的并示于图1和2的系统提供用于在点22处感测来自废气的PM/PN排放的改进的装置，改进的装置由用于以无线18或有线的方式与处理单元60通信的系统10中的一系列同步的不同PM/PN传感器的集，系统10还可以经由以无线50或有线的配置连接的发动机数据单元70获取发动机数据。发动机数据单元70记录由车辆的发动机管理系统访问并使用的发动机管理数据。这些发动机管理数据使用发动机的速度和发动机歧管压力(RPM和MAP数据集)和其他发动机诊断计算特性，例如排气系统内的废气气体流速。发动机数据单元70还可以获取车辆速度(霍尔传感器输出)或包括全球定位系统(GPS)车辆位置和速度数据，其可以与废气排放数据组合以更加综合地表征车辆活动和总排放量之间的关系。

[0093] 在示例中，系统10的盒具有尺寸大约为193×117×57mm的表面聚碳酸酯/塑料外壳，其是防水的、密封的、闭合的且独立的。其他外壳材料或尺寸是可能的。外壳或壳体包含多通道传感器设备。系统10的盒可以重量小于0.5kg并可以具有三个主孔：样品流入口、样品流出口和为传感器提供电力和双全工功能以控制内部传感器并中继电压和/或信号的电子耦合器。盒可以被设计以快速释放摩擦和压力耦合的方式使用。盒耦合阵列还可以利用减震材料(例如，橡胶、氯丁橡胶等)和张力设计以产生抗震框架或“支架”以分离盒阵列和主内壳。这些特征都有利于单一的、易于替换的盒。现场可替换的PM/PN盒极大地减少与修理损坏的传感器相关的现有的停机时间。当旧的/损坏的传感器在较好的时间和/或位置被修复时，系统10中的盒可以提供新的传感器替换。

[0094] 源可以由内燃机5组成并包括点22处的废气排放管或烟囱。系统10可以包括样品探头24和从系统10的进气端口延伸进入点22处的废气排放管或烟囱的样品管23。源可以是客车、公共汽车、轻型卡车、重型卡车、摩托车、越野车、非道路汽车、农场设备、施工设备、飞机、火车头或轮船的移动式内燃机。源还可以由发电机、排水和灌溉泵、或压缩机组成。源还可以是其他产生排放的设备。在示例中，废气排气管与设备入口之间的距离为1m，其保证设备尽可能地靠近源，以便最优化样品热量并最小化凝结。在此示例中的样品管是具有3mm直径的高温硅橡胶的变型。

[0095] PM/PN废气传感器阵列盒11可以采用来自包括但不限于激光不透明、光散射、颗粒电离、颗粒声学测量和静电沉淀的组中的多个、同步的技术。静电沉淀是微粒被正向地充电并在反向带电的板上被测量的技术。这些不同配置的一些公开于图3和图4中。当然，也可以使用其他类型的传感器或传感器设计。

[0096] 在实施例中，系统10使用激光不透明传感器、激光散射传感器、和颗粒电离传感器。当被组合时，这三个传感器与目前被接受并认可的各个代替标准相比较表现良好，且还组合成允许各种微粒尺寸之间的物种形成的数据的改进的三角测量。传感器的其他组合是可能的并可以提供等同地改进的结果。

[0097] 还可以使用具有2个、3个或更多个相同类型的传感器的组合。相同类型的此三个传感器可以具有不同的调谐、激光配置或在不同频率下被操作。因此，虽然可以在不同类型的传感器中使用不同的测量方法，也可以使用相同类型的传感器的不同参数或特性。

[0098] 处理单元60可以具有用于提供作为来自PM/PN传感器和发动机数据单元70的测量的函数的排放数据的微处理器。污染物的目标测量可以包括但不限于微粒质量、数量、尺寸、条纹、重量等。当与外部参考(例如，标准实验室基准检测方法)相比时，多个、同步的PM/PN传感器输出的组合的关系和比率可以用于产生来自系统10的与实验室参考可比较的代替测量。

[0099] 电源可以包括具有外部充电器端口的电池12。电池12可以是锂离子电池。然而，可以使用提供小的尺寸或重量、耐久性(例如，耗尽和再充电功能、热/冷温度性能、其他环境条件性能等)以及足够高密度的储能功能的其他电池或外部电源。

[0100] 现在参考附图，具体参考图1和图2，此系统10提供被描述为包括附接于点22处的废气烟囱或排气管的废气探头24的改进的PM/PN排放测量系统。系统10可以被配置为与处理单元60硬件地或无线18地通信，处理单元60还可以经由以无线50或有线的配置连接的发动机数据单元70获取发动机数据。系统10还具有模数转换单元和无线通信设备14(例如蓝牙设备)、泵16、发射器17、用于附接特定电子元件的底板19、单元连接20和排气装置夹21。在实施例中，底板19可以由高强度聚碳酸酯制造。湿度敏感的电子元件和低湿度敏感的电子元件可以布置在底板19的相对的侧面。因此，底板19可以用作防潮层。单元连接20可以是耐腐蚀材料，例如不锈钢、黄铜、铬合金、高温硅橡胶、或其它材料。单元连接20可以用于当样品从车辆排气管进入至样品管23、通过传感器盒、通过泵并从设备出口排出时，帮助气密密封。排气装置夹21也可以由耐腐蚀的材料制成，例如不锈钢、黄铜、铬合金、高温硅橡胶、或其它材料。排气装置夹21用于将盒11靠近连接至车辆排气装置或连接在车辆排气装置上。样品探头24使用例如夹子、粘着剂、其他机械装置或一些其他紧固方法，在点22处与车辆排气装置连接。在实施例中，模数转换单元和无线通信设备14还可以是分离的单元。尽管提到了蓝牙通信设备，也可以使用其他通信设备，例如超宽带(UWB)或者IEEE802.11af(White FI)。

[0101] 在图3和图4中详细描述的PM/PN废气传感器阵列盒采用负压下的特定直线序列的传感器26、27、28、32。存在穿过装配的密封9的样品入口23和出口31。每个密封9可以是，例如可以容纳匹配的且一定尺寸的快速连接/断开管的耐腐蚀黄铜和/或不锈钢配件。每个各别的传感器26、27、28、32经由各别的提供电力和/或中继具体的电压读取的线连接29电连接至主线束30。主线束30可以经由插入式连接器被耦合和被解耦合。应该注意的是，整个传感器盒组件11可以被设计为可快速地且有效地被移除，且整体地被替换为相同的盒11。

[0102] 转向图2，系统10包括至少三个分离的PM或PN传感器。PM或PN传感器与包括用于基于与废气样品相关的PM/PN参数或信号估计该废气样品的总体PM/PN值的处理器和软件的处理单元60连接。在实施中，仅仅需要单一传感器输出和相关的校正以提供PM或PN估计。然而，三个或更多个PM/PN传感器输出是彼此同步的，且使用例如线性或非线性函数被集成或被组合，以将各别的传感器输出映射至单一的代替的数(基于外部认可的测量标准)或“统一的特性”中并更精确地描述废气样品的PM/PN特征。至少一个废气参数可以包括至少部分基于其他先前采样的并校正的PM/PN废气内的PM/PN的量确定的比例因子。加权的线性积分因子(integral factor)或非线性积分因子可以代替比例因子被使用。

[0103] 传感器在附接至柔性的、抗震的悬浮带的单一的盒11中。快速断开配件和电子带连接器可以加快盒11和/或单元10的替换。盒11可以被安装在单元10内，单元10可以靠近废气样品的源被安装。这通常在高震荡或不利的环境条件中。盒11和/或单元10可以抵抗灰尘、液态水和恶劣的天气。

[0104] 图5和图8中的不透明传感器设计80已经被简化以精简配置。这转化为在对结果的可接受或可忽略的影响的情况下减少重量、空间和电力使用。样品流35通过入口81进入传感器80，且在样品通过出口82离开传感器80之前，随着激光34的路径行进至光电接收器33并被光电接收器33检测，一定量的微粒成比例地阻碍激光器25。如图5所示，可以使用蓝色激光器25，然而可选的激光器41(例如，红色激光器、绿色激光器等)在图8中被表示为潜在的替换。对于给定的样品，精确类型的颜色/排放频率和范围、排放强度、路径长度或不透明传感器的数量可以变化以最大化PM/PN表征的程度。

[0105] 图6中的光散射传感器83已经被简化以精简配置。这转化为在对结果的可接受或可忽略的影响的情况下减少重量、空间和电力使用。样品流35通过入口84进入传感器83。激光源37在外部的保护并密封的膜39内朝样品流35路径投射激光40。一定量的微粒以最优角38成比例地反射离开各自的颗粒表面，且当样品流35通过出口85离开传感器83时，一定量的散射光被布置用于测量从激光路径40反射的光的光电接收器36检测。红色激光器已经被表示，然而还可以使用可选的激光器(例如蓝色、绿色等)。

[0106] 图7中的电离传感器54已经被简化以精简配置。这转化为在对结果的可接受或可忽略的影响的情况下减少重量、空间和电力使用。样品流35通过入口86和电离系统55进入传感器室56，随着颗粒进入传感器室56，电离系统55可以使用辐射53、电子、RF功率或其它机制正向地或负向地对颗粒充电。随着样品穿过传感器室56，对样品中的颗粒充电而消耗的电荷产生可测量的电压或电流变化，其在样品通过出口87离开传感器室56之前被电离系统55检测。

[0107] 图9和图10中的声学传感器是采用声音和/或频率变化的检测的传感器的两个实施例。图9以声学颗粒检测为特征，而图10采用声学频率变化检测。在两个示例中，在声学室44中，样品流35通过入口88进入并通过出口89离开。每个声学传感器利用高灵敏度的麦克风42。然而，图9的实施例利用高强度膜43以随着样品流35中的颗粒撞击膜43而检测颗粒。
图10的实施例采用下降漏斗45，随着颗粒被迫进入逐渐变窄的通道，样品流35中的颗粒的流动变得更加混乱，从而引起频率间距变化。

[0108] 图5-10中的传感器是图3-4中的传感器26、27、28、32的示例。图5-10中的传感器的精确组合、顺序或配置可以改变。图5-10中的入口和出口可以在传感器之间连接，连接至入口23或出口31。流体可以通过图5-10中的入口和出口流动。

[0109] 图2中的系统10利用发射器17以有线或无线18的方式将数据通信至处理单元60(其可以是“智能设备”)，在图11中示出。测量和状态数据被发射器/接收器46接收且外部指令(例如，校正指令，方程修正等)通过全双工功能被发送18。处理单元60具有发射器/接收器46、处理器47和数据存储介质48，具有来自用户的附加的输入。

[0110] 处理器47可以使用发射器/接收器46初始化通道配置，通知模数转换单元和蓝牙通信设备14模数转换单元和蓝牙通信设备14上有多少和哪些端口将被用于测量。通道配置还包括说明，例如电压或电流范围、数据接收的速率(例如，每秒多少样品)、暂时存储数据的缓存器的大小和数据接收的时间段(例如，一次或持续的)。在模数转换单元和蓝牙通信设备14被配置之后，处理器47基于用户的“开始”命令将开始获取测量值。处理器47连续地查看发射器/接收器46，且当数据可获得时，处理器47将读取并处理数据且随后将结果保存至存储媒介48(例如硬盘驱动器、闪存、或其他存储设备)上的文件。处理单元由计算硬件和图形用户界面(GUI)组成。系统10产生的原始电压信号被处理并被表示为每个传感器的各别PM/PN测量和整体三角化的值。从系统10接收的其他数据可以是温度、流量和湿度测量值。处理器47还可以使用发射器/接收器46与发动机数据设备70通信。取决于硬件配置，处理单元60中的发射器/接收器46可以共用于与系统10和发动机数据设备70通信。

[0111] 在另一实施例中，处理单元60的至少部分在系统10的内部。此可以利用实时操作系统(RTOS)和适当的处理器47，以便数据获取的控制和结果的计算可以发生在数据获取点处。此嵌入的处理单元60可以具有机载数据存储介质48并可以将数据无线地传送至外部的并可以具有实时视觉更新的另一处理单元(未示出)。在此情况中，WiFi、蓝牙或其它无线信号的丢失不意味着数据的丢失，而仅仅是由嵌入到系统10内部的机载计算机正在存储的数据的视觉更新的丢失。此可选的实施例还可以提供多天、无人参与的数据接收。系统10可以与发动机同时被上电或掉电。

[0112] 示于图12的附加源的数据可以通过获取发动机控制单元数据或暂时地或永久地布置的发动机传感器，经由有线或无线的发动机数据设备70从发动机源获得。数据经由发射器/接收器49获得并经由机载计算机52处理。发动机数据设备然后使用硬线连接或使用发射器/接收器49无线50地传送处理的发动机数据。在示例中，发动机数据设备70还可以具有产生正在被接收和传送的数据的实时备份的机载存储51。发动机数据设备70可以经由传感连接至发动机或连接至机载发动机计算机。

[0113] 通过施加至集合论的领域的并集和交集的概念示出软件设计，如图14所示。每个传感器被认为是反映PM/PN的整体测量中的特定空间的集合。软件的功能是基于逻辑构造合并这些集合。

[0114] 高速“轮询(poll)”每个传感器以每秒获取，例如上千个原始数据测量。来自每个传感器的原始数据测量(其可以是电压或电流读数)被模拟滤波并平滑以移除电气干扰的瑕疵。通常使用传统的信号滤波方法(例如卡尔曼(Kalman)、巴特沃斯(Butterworth)、或Elliptic滤波器或其它相似的噪声减少策略)完成此过程。这导致最初的原始的N个测量被降低至M个测量。此来自每个传感器的“净化的”测量然后被转换为PM/PN测量的贮仓(silo)。因此，对于三个传感器的配置，PM和PN将分别有三个测量。潜在地，这些的任一个都不是完全正确的。这些各别的“不完全的”测量被组合以提供PM和PN的更加完全并且更加精确的估计。

[0115] 继续集领域模拟，组合各自的PM和PN估计的过程是基于并集和交集的。并集函数定义全部的空间并在车辆的短暂的操作过程中增加PM和PN估计的可观测性。交集函数或三角测量项可以被考虑用于多路复用或总结由三个同步的传感器输出指示的多维实体的描述。

[0116] 虽然在此已经公开了具体的传感器设计，还可以使用传感器的其他变化或实施例。

[0117] 尽管本公开已经相对于一个或多个特别的实施例被描述，应该理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以得到本公开的其他实施例。因此，本公开被认为仅由所附的权利要求和其合理的解释所限定。

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