阅读说明：本技术 颗粒物质传感器及其方法 (Particulate matter sensor and method thereof ) 是由 肯尼斯·法尔梅 托马斯·爱德华·肯尼迪 于 2018-04-16 设计创作，主要内容包括：各种实施方式包括用于测量和校准光学颗粒光谱仪以报告质量浓度的方法和系统。在一个实施方式中,光学颗粒光谱仪用于测量采样的载粒气流中的颗粒物质的浓度。与光谱仪流体连通的颗粒分流器以预定间隔使载粒气流的至少一部分分流。在一个示例中,质量过滤器接收载粒气流的该一部分,并且过滤气流中大于预定颗粒尺寸的一部分颗粒。质量传感器测量从质量过滤器或颗粒分流器接收到的该部分颗粒的质量,并且使用校准通信环路将所测量的质量提供至光谱仪以将校正因子应用于从光学颗粒光谱仪报告质量浓度。公开了其他方法和系统。(Various embodiments include methods and systems for measuring and calibrating optical particle spectrometers to report mass concentrations. In one embodiment, the optical particle spectrometer is used to measure the concentration of particulate matter in a sampled particulate laden gas stream. A particle diverter in fluid communication with the spectrometer diverts at least a portion of the flow of the particle-laden gas at predetermined intervals. In one example, a mass filter receives the portion of the particulate laden air stream and filters a portion of particles in the air stream that are larger than a predetermined particle size. The mass sensor measures the mass of the portion of particles received from the mass filter or particle splitter and provides the measured mass to the spectrometer using a calibration communication loop to apply a correction factor to report mass concentration from the optical particle spectrometer. Other methods and systems are disclosed.)

颗粒物质传感器及其方法

优先权要求

本申请要求于2017年4月17日提交的题为“PARTICULATE MATTER SENSOR ANDMETHOD THEREFOR”的美国临时专利申请第62/486,234号的优先权权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文所公开的本发明主题涉及颗粒物质传感器，并且更具体地，涉及通过质量浓度传感器基本上实时地校准的光学颗粒光谱仪。

背景技术

大气颗粒物质(PM)污染物是悬浮在大气中的小固体颗粒或小液滴。颗粒或液滴可以包括例如柴油机废气、烟草烟雾、火山灰、细菌、霉菌孢子和花粉。PM污染物具有范围为从几十微米(μm)至几纳米的直径。测量的在直径上为例如2.5μm或更小(PM_2.5)的PM污染物对人类特别有害，这是因为它们可以深入人类呼吸系统，并且甚至可能进入血流中。颗粒物质的确定涉及每单位体积的颗粒的质量，该每单位体积的颗粒的质量被指示为质量浓度值。

因此，质量浓度提供了在给定环境中(例如，州际公路系统上的隧道内或交通繁忙的其他运输路线(例如，汽车、柴油动力火车、公交路线等)、汽车或公共汽车的内部、工厂车间的内部、或许多其他环境)每单位体积的颗粒物质的实际质量的指示。质量浓度值通常以微克每立方米(μg/m³)为单位报告。例如，在拥堵或受到污染的大城市中，颗粒物质的质量浓度可能为约200μg/m³或更高。质量浓度值也可能与给定的粒径有关，例如PM₁₀(10μm以及更小)、PM_2.5(2.5μm以及更小)或PM₁(1μm以及更小)。公共卫生机构通常以10％的准确度或更好的准确度报告质量浓度统计信息。

质量浓度值可以与颗粒计数(例如，如由光学颗粒计数器(OPC)或光学颗粒光谱仪(OPS)报告的颗粒计数)进行对比，由于OPC可以简单地提供颗粒的总数或者按颗粒尺寸范围分类的颗粒的总数(如利用OPS)。因此，OPC或OPS不能测量真实质量、不能解释所测量的颗粒的密度、通常不能解释颗粒的反射率等等。然而，通常这些装置用于通过对颗粒密度和反射率进行假设来提供真实质量的估计，但是这种估计的准确性可能偏移两倍或更多倍。尽管如此，与许多真实质量浓度测量装置相比，OPC和OPS装置通常较紧凑、较便宜，并且较易于操作和维护。此外，最近开发的微型装置基于颗粒沉积时的共振频率变化来测量质量浓度，但是存在以下问题：微型装置会随着时间的推移负载颗粒，最终改变颗粒的响应特性，并且因此微型装置无法在长时间段内连续使用。相比之下，OPS和OPC装置测量穿过OPS和OPC装置的颗粒，所以OPS和OPC装置不会负载颗粒。因此，需要一种将由OPC或OPS报告的颗粒总数浓度与真实质量浓度值准确且精确地相关联的方法。

具体实施方式

如上所述，光学颗粒光谱仪(OPS)装置经常用于确定在给定环境中颗粒物质(PM)的质量浓度的近似值。所公开的主题将OPS与颗粒质量浓度测量装置例如薄膜体声波谐振器(FBAR)或石英晶体监测器(QCM，也称为石英晶体微天平)相结合，以提供对由OPS确定的“等效质量”浓度的校正因子，从而对OPS进行校准，以对一个或更多个所报告的粒度范围进行有效的质量浓度测量。其他装置例如FBAR装置和QCM装置的一个特征是，它们可以被制成非常小且成本低廉以用于期望微型化和大批量生产的应用中。然而，与OPS装置不同，FBAR装置和QCM装置往往随时间的推移负载颗粒，从而致使报告值不准确。

在实施方式中，利用单个校正因子(例如，对于给定PM值的单个点诸如PM_2.5)对OPS(对于通过OPS所报告的一个或更多个报告的粒度范围)进行校准。通常，校正因子偏移常数倍或常数因子，使得可以使用单个校正因子来确定差异。然而，在本文所描述的其他实施方式中，可以利用多个校正因子(例如，以PM_2.5和PM₁₀的PM值)执行校准。也可以利用附加的PM值(例如PM₁)来提供一个或更多个校正因子。如本技术领域中已知的，PM值不是颗粒的结合(bin)范围或尺寸范围。而是，PM值涉及低于一定尺寸的颗粒的整体质量(例如，PM_2.5涉及低于2.5μm的颗粒的整体质量)。因此，使用本文所提供的系统和方法通过OPS对PM质量浓度进行较准确和精确的测量是可能的。

各种类型的OPS装置都是可用的并且可与本文所描述的各种实施方式一起使用。例如，TSI 3330型光学粒度仪或TSI 8520DUSTTRAK^TM型气溶胶监测器(都可从美国明尼苏达州梭尔维尤的TSI公司(TSI Incorporated,Shoreview,Minnesota,USA)获得)利用光散射技术实时确定质量浓度。气溶胶样品以连续流的形式被引入感测室中。气溶胶流的一部分被一小束激光照亮。气溶胶流中的颗粒沿各个方向散射光。在一些情况下，例如位于与气溶胶流和激光束两者成约90°处的透镜收集一些散射光并将其聚焦至光电检测器上。检测电路将光转换为与所散射的光的量成比例的电压，所散射的光的量进而又与气溶胶的质量浓度成比例。电压由处理器读取并且乘以内部校准常数以产生质量浓度。内部校准常数由3330OPS或DUSTTRAK^TM监测器的电压响应与试验气溶胶的已知质量浓度之比确定(可以使用ISO标准12103-1，A1试验粉尘(例如，诸如“亚利桑那州道路粉尘(Arizona Road Dust)”)的可呼吸部分对照重量参考来校准监测器)。如果需要高准确度的质量浓度读数，则对于其中特定气溶胶类型占主导的环境可以再次校准3330OPS或DUSTTRAK^TM监测器。还可以使用从其他制造商获得的OPS型装置来实现类似类型的校准。

其他类型的颗粒测量传感器也是可用的。例如，PM_2.5颗粒传感器诸如PMS 7003，可从攀藤科技(中国北京市顺义区后沙峪)(Plantower(Houshayu,Shunyi District,Beijing,China))和多个其他制造商获得。

质量测量装置和质量浓度测量装置在例如大气气溶胶科学中是已知的。质量浓度装置可以包括例如基于真实质量过滤器的

微量天平(可从美国马萨诸塞州富兰克林的赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific；Franklin,Massachusetts,USA)获得)。如上所述，其他类型的质量测量浓度装置包括例如QCM或FBAR装置。

QCM用于微量称量并且由具有机械共振频率的石英板组成，该机械共振频率与板的厚度成反比。由于石英的Q值非常高(内摩擦低)，因此可以通过压电效应以电方式测量共振频率。如果将要测量的质量例如以PM的形式施加至谐振器，则它对频率的影响非常接近于石英等效质量的增加。可以通过将频率变化转换为等效的石英厚度，然后借助于已知的石英密度转换为质量来确定所增加的质量。

在一种形式中，可以通过例如将诸如氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)的压电材料溅射沉积至形成在半导体基板上的膜上来制造FBAR装置。压电层和薄膜的结合形成了以特定频率共振的声学结构。厚度为几微米的ZnO膜产生了基本频率为约500MHz的谐振器。当颗粒粘附至FBAR装置的质量灵敏元件时，该元件的基本频率与到达并粘附至该元件的颗粒质量成比例地减小。当颗粒沉积至质量灵敏元件上时，装置振荡所处于的频率成比例地减小，并且根据频率的减小来计算由于颗粒引起的质量的所增加的量。

如下文较详细地描述的，OPS用作本发明主题的连续颗粒“质量”测量部件，并且可以间歇地或连续地使用质量浓度测量装置(质量传感器)来测量相同环境中的真实质量，从而确定校正因子C_f，以将OPS校正为真实质量测量值。这两种装置类型的组合提供例如以下益处：(1)OPS测量的鲁棒性；(2)由真实质量测量装置实现的改进的准确度和精确度，同时例如克服了OPS的诸如以下缺点：(1)如果真实质量未知，则可能导致不太准确的OPS测量；以及(2)如下事实：因为它们会随时间的推移而负载颗粒，从而可能失去灵敏度，因此真实质量测量部件可能不适合进行连续的未稀释测量(undiluted measurements)。

因此，所公开的主题提供了一种间歇或连续的、基本上实时的、原位的真实质量测量，以能够确定通过OPS报告的等效质量浓度的准确校正因子。本文所描述的本发明主题将用于在期望提高的质量浓度测量准确度以及另外的要求仪器的小型化和低成本例如汽车车厢空气质量感测的许多应用中。众所周知，使用OPS计算的颗粒质量浓度的误差可能达到20％或更多，这取决于所采样的材料与用于校准OPS的材料之间的差异。通常使用为乘数常数或使OPS输出与所测量的实际质量较一致的函数的校正因子来补偿该误差。实际质量通常使用笨重且昂贵的参考装置例如以下装置来确定：以上所提及的锥形元件振荡微量天平(TEOM)，其测量真实颗粒质量浓度；或者β衰减监测器(BAM)，其为基于从流动的空气中提取的固体颗粒对β辐射的吸收来确定质量的美国联邦等效质量浓度测量方法。

现在参照图1A，根据所公开的主题的实施方式示出了颗粒物质传感器校准系统100的图。示出的颗粒物质传感器校准系统100包括OPS 103、颗粒分流器机构105、可选的质量过滤器107和质量传感器111。载粒气流101被引入OPS 103的入口以开始颗粒测量和校准过程。还示出了OPS 103、质量过滤器107和质量传感器111装置中的每一个为包括各自的出口端口117、109、113。尽管未示出，但是各自的出口端口117、109、113中的每一个均可以耦接至各自的端口的下游侧上的绝对过滤器(未示出)。

校准通信环路115从质量传感器111耦接至OPS 103(例如通过电连接或无线连接)，以提供从质量传感器111到OPS 103内的处理器(未示出)的实际质量浓度读数。在该实施方式中，具有OPS 103的处理器计算校准因子C_f。在其他实施方式中，OPS 103将所测量的质量浓度值提供至质量传感器111。在该实施方式中，在质量传感器111处计算(例如由质量传感器111内的处理器计算)校准因子C_f并且将其转发至OPS 103。在任一实施方式中，校准通信环路115提供校准数据。下面较详细地公开了使用来自质量传感器111的测量值对OPS103进行校准的示例。

颗粒分流器机构105可以是任何类型的流体切换装置，以将载粒气流101的至少一部分(例如受控且预定的部分)间歇地直接分流至质量过滤器107或从OPS 103分流至质量过滤器107。在其他实施方式中，可以在不使用介于其间的和可选的质量过滤器107的情况下将载粒气流从OPS 103耦接至质量传感器111。因此，颗粒分流器机构105可以包括例如电激活电磁阀或可以被编程或以其他方式被控制以以预定时间间隔对气流进行分流的其他类型的流体阀。例如，颗粒分流器机构105可以将载粒气流101每分钟向质量过滤器107分流一秒钟、在每60分钟监测间隔内向质量过滤器107分流一分钟或者在预定的监测时间间隔的其他部分内向质量过滤器107分流。在其他实施方式中，颗粒分流器机构105包括以适当的间隔接通和关断的一个或更多个泵。在其他实施方式中，颗粒分流器机构105包括耦接至下游泵的阀门，该阀门用于以适当的间隔阻止气流流向质量过滤器107或质量传感器111组合。总体而言，例如关于如何频繁地将气流间歇地分流至质量过滤器107的确定可以取决于以下因素：诸如载粒气流(或其分流的部分)的流速、被测量的周围环境的气溶胶浓度、粒度分布以及OPS 103所需的校准准确度。

质量过滤器107旨在在气流中产生颗粒的粒级。在各种实施方式中，质量过滤器107可以包括级联冲击器。在级联冲击器中，若干颗粒收集冲击装置被串联地布置成彼此流体连通。级联冲击器基于以已知的体积流量通过一系列越来越小的喷嘴来加速载粒气流，每个喷嘴均指向冲击板。随着喷嘴尺寸的减小，载粒气流的速度增加，从而增加了颗粒的惯性。具有给定惯性的颗粒不再能够跟随流线进入后续级，而是被冲击至一系列冲击板之一上。例如，将载粒流导入级联冲击器的入口中。在第一级中，大于约10微米(D_p>10μm)的颗粒被冲击至冲击板上。小于约10μm的颗粒继续进入冲击器的第二级。第二级可以被设计成使得小于10μm但大于约2.5μm(2.5μm<D_p<10μm)的颗粒受到颗粒流冲击。随后，第三级可以被设计成使得小于2.5μm但大于约1μm(1μm<D_p<2.5μm)的颗粒受到颗粒流冲击。在示例三级冲击器中，小于约1μm的颗粒通过出口端口109离开质量过滤器107，并且在一些实施方式中进入绝对过滤器(未示出但在本领域中已知)。在其他实施方式中，可以将附加级添加至级联冲击器。

在利用级联冲击器的该实施方式中，冲击板中的每个可以是如上所述的各种质量感测装置中之一(例如，每个板包括单独的FBAR装置或QCM装置)。使用本领域中已知的惯性冲击器的控制方程式来计算对于冲击板中的每个的给定截止粒度(例如，在级I之后所测量的颗粒质量浓度输出涉及PM₁₀尺寸，在级II之后所测量的颗粒质量浓度输出涉及PM_2.5尺寸等)。然后，可以将根据惯性冲击器控制方程式得到的颗粒的实际质量浓度反馈至OPS 103，并且利用校正因子C_f对于与低于某一粒度的所有颗粒的质量相关联的一个或更多个粒度范围(例如PM_2.5)将所测量的颗粒数与质量浓度相关联。应用至OPS测量的颗粒浓度的校正因子可以是例如由质量传感器129测量的颗粒浓度除以由OPS 103测量的颗粒浓度之比。

在其他实施方式中，质量过滤器107也可以是虚拟冲击器或旋风型分离器。如上面所讨论的，虚拟冲击器与惯性冲击器密切相关。然而，虚拟冲击器分离出将会由冲击板收集的颗粒(占总入口流量的一小部分，次要流量)，但是这反而仅是被重新定向。另外，当颗粒通过虚拟冲击器的侧面(占总入口流量101的较大部分，即主要流量)时，较小的颗粒将更易于跟随载粒气流的流线。因此，与惯性冲击器一样，可以通过调整虚拟冲击器的几何和流体流量参数来将主要流量和次要流量两者中的粒度范围调整为给定的尺寸范围。然后，可以通过质量传感器111测量次要流量和主要流量中之一或两者中的颗粒质量浓度。然后可以通过通信环路115将实际所测量的质量反馈至OPS 103。其他类型的质量过滤器描述如下。

在其他实施方式中，质量过滤器107是物理旋转过滤器(例如圆柱形过滤器)，该物理旋转过滤器称为离心过滤器，其中旋转过滤器沿平行于气流的轴线旋转。旋转速度决定了截止粒度。另外地，可通过改变旋转速度而不改变跨旋转过滤器两端的压力降来调节离心过滤器的收集效率。

现在参照图1B，根据所公开的主题的实施方式示出了颗粒物质传感器校准系统110的图。颗粒物质传感器校准系统110被示出为包括OPS 103、颗粒分流机构105、可选的质量过滤器107和质量传感器111。载粒气流101被引入可选的质量过滤器107的入口中以开始进行颗粒测量和校准过程。OPS 103、质量过滤器107和质量传感器111装置中的每一个还示出为包括各自的出口端口117、109、113。尽管未示出，但是各自的出口端口117、109和113中的每一个可以耦接至各自端口的下游侧上的绝对过滤器(未示出)。

如与图1A的颗粒物质传感器校准系统100相比，颗粒物质传感器校准系统110的质量过滤器107被配置成使得质量过滤器107在系统110的其余部件的上游。在图1A的颗粒物质传感器校准系统100中，OPS 103在质量传感器107的上游。在图1B中，质量过滤器107被示出为在OPS 103的上游。在各种实施方式中，质量过滤器107可以与质量过滤器107相同或类似。

在阅读并理解了本文所提供的公开内容之后，如果有可选的质量过滤器107的话，本领域普通技术人员将完全理解何时使用它。如果使用的话，技术人员将进一步认识到对于给定的环境哪种配置(例如质量过滤器107在OPS 103的上游还是下游)将提供更具体地相关的采样方案。例如，如果颗粒物质传感器校准系统100或110将用于其中OPS 103和质量传感器111两者都将用于执行例如PM_2.5测量的情况，则将质量过滤器107配置成位于OPS103的上游可能是优选的。

然而，存在如下其他情况：可能期望OPS 103测量整体颗粒数浓度并且期望质量传感器111仅测量低于所选择的粒度截止值的颗粒质量浓度。在其他情况下，可能期望OPS103和质量传感器111两者都测量特定环境中的所有粒度。在其中可能存在自然尺寸分布的颗粒(例如，已经结合尺寸或确定尺寸(例如通过尺寸选择入口)，或单分散或有限的粒度范围的颗粒)的其他情况下，因此可能不需要可选的质量过滤器107。至少这些情况中的每一个以及其他情况均被本文所提出的各种实施方式所考虑。

现在参照图1C，示出了根据所公开的主题的替选实施方式或补充实施方式的颗粒物质传感器校准系统120的图。颗粒物质传感器校准系统120被示出为包括集成校准系统121。然而，本领域技术人员将认识到，如图1C所示，在所有实施方式中集成校准系统121的各种部件不需要在物理上彼此靠近。提供系统图120的示例仅仅是为了较易于说明各个部件之间的各种关系。此外，在其他实施方式(未明确示出但本领域普通技术人员易于理解)中，可选的质量过滤器127可以如上面参照图1B所描述的可替选地位于分流入口端口123的上游(并且因此位于OPS 125A的上游)。

继续参照图1C，颗粒物质传感器校准系统120还被示出为包括分流入口端口123、OPS 125A、质量过滤器127、质量传感器129和校准通信环路131。OPS 125A和质量传感器129装置还被示出为包括各自的出口端口133、135。尽管未示出，但是各自的出口端口133、135中的每一个可以耦接至在各自的端口的下游侧上的绝对过滤器(未示出)。如本领域普通技术人员将易于理解的那样，在阅读并理解了本文所公开的主题之后，图1C的颗粒物质传感器校准系统120的一个或更多个部件或设计可以分别用作图1A的颗粒物质传感器校准系统100或图1B的颗粒物质传感器校准系统110的替选的部件或设计或者与图1A的颗粒物质传感器校准系统100或图1B的颗粒物质传感器校准系统110的替选的部件或设计结合使用。

另外地，OPS 125A、质量过滤器127和质量传感器129可以与图1A的OPS 103、质量过滤器107和质量传感器111相同或类似。如下面所讨论的，部件中的每一个可以采取另外的形式，并且在各种实施方式中可以被组合成单个单元。

在一个实施方式中，分流入口端口123可以同时向OPS 125A以及质量过滤器127与质量传感器129中任一者提供载粒气流101的基本相等的分流。

在其他实施方式中，分流入口端口123可以是二分采样端口，其中不等量的载粒气流101可以被引导至OPS 125A以及质量过滤器127与质量传感器129中任一者。在该实施方式中，耦接至质量过滤器127或质量传感器129的分流入口端口123的一部分在截面上可以为基本上较小，从而将比被引导至OPS 125A的部分少的部分颗粒物质从气流携带至质量过滤器127或质量传感器129。在其他实施方式中，通过使较小部分总流量(例如来自泵，未示出)通过分流入口端口123的两侧引入载粒气流101将比被引导至OPS 125A少的部分颗粒物质引导至质量过滤器127或质量传感器129。

在任一实施方式中，分流入口端口123被设计为基本上无损的入口端口。也就是说，分流入口端口123的内部通道被设计成消除或减少由于惯性冲击(例如在分流点处)或对分流入口端口123的侧壁的静电粘附而引起的颗粒损失。

在其他实施方式中，分流入口端口123可以被视为虚拟入口端口。在该实施方式中，载粒气流101的流动路径被OPS 125B的替选实施方式共享，其中OPS 125B的替选实施方式包括OPS 125B内的质量过滤器127和质量传感器129中至少之一。下面对虚拟入口端口的具体示例性实施方式进行较详细地描述，但是涉及例如使用热泳沉积、电泳沉积或静电沉积。在这些实施方式中，载粒气流101的颗粒物质的预定部分被驱向质量传感器129。

因此，在一个实施方式中，质量过滤器127是可以被加热或冷却以将颗粒驱向或驱离质量传感器129的热泳装置(例如采用珀尔帖装置或其他热电热泵)。在具体示例性实施方式中，对于给定的体积流量，可以计算热泳装置的温度以将一个或更多个预定的粒度范围驱向质量传感器129。

在其他实施方式中，质量过滤器127是基于静电的装置，该基于静电的装置可以与差分迁移率分析仪(DMA，在气溶胶物理学领域中已知)类似或相同的对带电颗粒进行操作。在该实施方式中，颗粒的电迁移率(取决于颗粒上的电荷)与颗粒的机械迁移率(由于体积气流而被赋予颗粒的惯性)平衡，以将一个或更多个预定的粒度范围驱向质量传感器129。

现在参照图1D，示出了根据所公开的主题的替选实施方式或补充实施方式的颗粒物质传感器校准系统140的系统图。颗粒物质传感器校准系统140被示出为包括分流入口端口141、OPS 143、稀释器145(可选的)、质量过滤器147(可选的)、质量传感器149和校准通信环路151。OPS 143和质量传感器149装置还被示出为包括各自的出口端口153、155。尽管未示出，但各自的出口端口153、155中的每一个均可以耦接至在各自的出口端口的下游侧上的绝对过滤器(未示出)。如本领域普通技术人员将易于理解的那样，在阅读并理解了本文所公开的主题之后，图1D的颗粒物质传感器校准系统140的一个或更多个部件或设计可以分别用作图1A至图1C的颗粒物质传感器校准系统100、110或120的替选的部件或设计或者与图1A至图1C的颗粒物质传感器校准系统100、110或120的替选的部件或设计结合使用。例如，类似于图1B示出的实施方式，质量过滤器147可以可替选地被配置成位于分流入口端口141(并且因此位于OPS 143)的上游。

OPS 143、质量过滤器147、质量传感器149和校准通信环路151可以与图1A至图1C中的任意一个的OPS、质量过滤器、质量传感器和校准通信环路相同或类似。如下面所讨论的，部件中的每一个可以采用另外的形式，并且在各种实施方式中可以被组合成单个单元。

稀释器145可以是无源稀释器装置。无源气溶胶-稀释器装置降低了高颗粒浓度的气溶胶中的颗粒浓度并且提供了满足各种类型的颗粒测量和分级仪器的建议操作要求的载粒气流101的代表性样品。在各种实施方式中，稀释器145包括例如与诸如节流孔、毛细管或阀门的限流装置并联的过滤器。限流装置使得气溶胶颗粒能够通过可能带有提供清洁的经过滤的空气的混合节流孔，以跟随限流装置的下游。通过例如压力传感器和温度传感器或其他流量感测机构来监测通过颗粒穿过、限流装置的流量(例如确定为体积流量或质量流量的流量)，使得可以测量通过装置的气溶胶流量。结合对通过装置的总流量的测量，可以持续地确定和更新稀释器145的稀释比率。可以将运行平均值或其他这种平滑算法应用于所得的稀释比率数据流。与诸如质量传感器149的气溶胶检测装置结合使用时，来自稀释器145的稀释比率可以用于校正检测到的颗粒浓度并且测量稀释器145的入口处的真实浓度。除了其他方面以外，确定颗粒的真实浓度使得质量传感器能够测量比在不稀释情况下系统将能够测量的浓度高的浓度的气溶胶例如来自发动机的废气。此外，对于测量仪器(例如质量传感器)的给定颗粒浓度范围或者OPS的已知或计算出的一致度误差损失，可以根据需要预先确定各种稀释比率(例如10⁵:1、10³:1、10:1等)。

在一个实施方式中，分流入口端口141可以基本上同时向OPS 143和稀释器145两者提供载粒气流101的基本相等的分流。在其他实施方式中，分流入口端口141可以是其中可以将不等量的载粒气流101引导至OPS 143和稀释器145的二分采样端口。上面参照图1C描述了二分采样端口的示例。

图2示出了可与图1A至图1D的系统一起使用的示例校准方法200的实施方式。在操作201处，由OPS测量和报告(例如显示或记录)来自载粒气流101的质量浓度。如果起初为OPS指定了校准因子C_f，或者已经根据在校准通信环路上发送的质量浓度的实际接收值计算出了校准因子C_f，则报告的质量浓度值已经包括校准因子。

同时参照图1A，操作203是可与颗粒物质传感器校准系统100一起使用的可选步骤。在操作203处，载粒气流101的受控部分通过颗粒分流器机构105间歇地被分流至可选的质量过滤器107。载粒气流101以预定的时间间隔被分流。例如，颗粒分流器机构105可以将载粒气流101在每60分钟监测间隔内向质量过滤器107分流一分钟。在确定校准因子时使用总流量与分流流量之比。

在操作205处，在一个或更多个截止值处测量至少一个质量浓度数。例如，可以在PM₁₀截止值、PM_2.5截止值和PM₁截止值处测量质量浓度数。在其他实施方式中，例如在单个截止值诸如PM_2.5截止值处测量单个质量浓度数。

在操作207处，然后将一个或更多个所测量的质量浓度数中的每一个发送至OPS中的处理器，以将OPS测量的质量浓度数与由质量传感器确定的真实质量浓度数进行比较。在其他实施方式中，OPS将所测量的质量浓度数发送至质量传感器并且质量传感器将校准因子C_f经由校准通信环路发送至OPS。

在操作209处，基于对OPS和质量传感器的所测量的质量浓度数的最新比较来计算新的校准因子C_f。如果需要，则将新的校准因子反馈至OPS。示例校准方法200然后返回211至操作201。

本文提供的所公开的主题中包括描述颗粒物质传感器校准系统的各种实施方式的各种系统和方法图。因此，以上描述包括实施所公开的主题的说明性示例、装置、系统和方法。在描述中，出于说明的目的，阐述了许多具体细节以提供对本发明主题的各种实施方式的理解。然而，对于本领域普通技术人员将变得明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明主题的各种实施方式。此外，未详细示出众所周知的结构、材料和技术，以使各种所示出的实施方式变得不模糊。

如本文所使用的，术语“或者”可以以包含性或排他性的含义来解释。另外地，尽管本文所讨论的各种示例性实施方式着重于用于产生颗粒物质传感器校准系统并且对颗粒物质传感器校准系统进行校准的特定方式，但是本领域普通技术人员在阅读并理解了所提供的公开内容之后将会理解其他实施方式。此外，在阅读并理解了本文所提供的公开内容之后，本领域普通技术人员将易于理解本文所提供的技术和示例的各种组合都可以应用于各种组合中。

尽管单独讨论了各种实施方式，但是这些单独的实施方式不旨在被视为独立的技术或设计。如上所述，各个部分中的每个部分可以是相互关联的，并且每个部分可以单独地使用本文所讨论的其他颗粒物质传感器校准系统实施方式或与本文所讨论的其他颗粒物质传感器校准系统实施方式结合使用。

因此，对本领域普通技术人员将变得明显的是，在阅读并理解了本文所提供的公开内容之后，可以进行许多修改和变型。根据前面的描述，除了本文所列举的那些方法和装置以外，在本公开内容的范围内的功能上等同的方法和装置对于本领域技术人员将变得明显。一些实施方式的部分和特征可以被包括在其他实施方式的部分和特征中或者被其他实施方式的部分和特征替换。这种修改和变型旨在落入所附权利要求书的范围内。因此，本公开内容仅受所附权利要求书的项以及这种权利要求书所赋予的等同内容的全部范围来限制。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的而不旨在进行限制。

提供了本公开内容的摘要以使得读者能够快速地确定本技术公开内容的本质。提交摘要时应理解其不会用于解释或限制权利要求书。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出，出于简化本公开内容的目的，可以在单个实施方式中将各种特征组合在一起。本公开内容的这种方法不应被解释为限制权利要求书。因此，所附权利要求书在此并入具体实施方式中，其中每项权利要求自身作为单独的实施方式存在。