CN103068465B - 通过可重复使用的传感器柱将化学和环境感应器集成到空气净化过滤器内的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开的是一种提供空气净化过滤器的使用寿命结束指示的传感器装置。该传感器装置具有用于***到过滤器的吸附剂床内的圆筒形壳体，并且在过滤器使用结束时能被从床移除并重新使用。位于壳体内的一个或多个传感器被配置为感测通过吸附剂床的空气的物理/化学特性，并且向位于壳体内的传感器调节板提供关联数据。传感器调节板处理接收到的数据并且在需要时调节所述数据。壳体能被接收在于过滤器床中形成的腔体内。接收结构在腔体内接收壳体。来自一个或多个传感器的数据能用于计算过滤器的预测使用寿命结束。还描述并声明了其他实施例。

Description

通过可重复使用的传感器柱将化学和环境感应器集成到空气 净化过滤器内的方法和装置

相关申请的交叉引用

本文是如下两申请的非临时申请：于2011年1月20日提交的待审美国临时专利申请序列号No.61/434,755，以及于2010年8月6日提交的待审美国临时专利申请序列号No.61/371,427，这些临时申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本公开涉及将化学和环境传感器集成到空气净化过滤器内以作为使用寿命结束指示器（下文称为ESLI）和/或剩余寿命指示器（下文称为RLI）的方法，尤其涉及用于承载多个传感器的传感器柱，多个传感器提供空气净化滤芯的剩余寿命指示和使用寿命结束指示。

背景技术

空气净化过滤器通常不具有无限的使用寿命。空气净化装置的最终用户必须使用客观的信息、数据、或使用寿命结束指示器（ESLI）来管理滤芯的更换。ESLI能够向空气净化设备的用户提供重要的安全信息，特别是在净化装置用来从被呼吸的空气中去除有毒气体的情况下。ESLI的常见使用方法包括被动和主动解决方案。主动解决方案往往涉及使用集成到过滤器的吸附剂床内的电子化学传感器。但是，将化学传感器布置在吸附剂床内是有问题的，这是由于这些传感器可能非期望地干扰空气在过滤器中的流动。由此，传感器可能无法检测到大部分空气流的实际的杂质浓度，这可能导致错误信号。另外，传感器在吸附剂床内的存在可能不利地影响空气净化结果并且导致过滤器滤芯的使用寿命时间变短。

此外，嵌入式传感器方法在滤芯的使用寿命结束时需要将传感器连同滤芯一起丢弃，这大大增加了成本。将传感器嵌入到吸附剂床中也可能增加不适当的床包装的机会。另外，将多个传感器安装在各个床位置处在技术上可能是具有挑战性的。

因此，存在对用于在空气净化过滤器设备中使用的改进的吸附剂床嵌入式传感器设计的需求。

发明内容

公开了一种用于将化学传感器嵌入到过滤器的吸附剂床内以提供在有毒环境中使用的过滤器的情况和有用性信息的装置和方法。该设计包括针对一次性或非一次性化学传感器以提供增强可靠性的传感器技术的装置和方法。

公开了一种用于过滤器的使用寿命结束指示的传感器装置。该设计可以包括***到过滤器滤芯的吸附剂床内的传感器柱壳体。化学传感器可以设置在传感器柱壳体内。可以提供由电源供电的传感器调节板以调节和控制传感器并处理与传感器柱壳体关联的传感器数据。可将传感器柱壳体设置于在过滤器床中形成的腔体内。在一个实施例中，传感器装置包括接收结构，接收结构布置在用于将传感器柱壳体***其内的过滤器床腔体中。传感器装置作为主动ESLI尤其有用。

公开了一种用于使用上述传感器装置来监视过滤器的使用寿命结束的方法。在一个实施例中，方法包括将传感器柱壳体附接到呼吸机或鼓风机的吸气阀支承件上，并且将传感器柱壳体***到接收结构内以将过滤器附接到面罩上。这能使传感器的开口与传感器柱壳体的开口相对准。

所公开的方法和装置作为用于空气净化过滤器的主动ESLI是特别有用的。设置这种主动式使用寿命结束指示器的益处在于能够比实际污染物的穿透时间早很多地提供剩余寿命的指示（即，穿透的剩余时间）。这能够向用户提供更大的安全容限以在需要撤离受污染区域之前安全地完成工作任务。

附图说明

作为示例，现将参照附图描述公开装置的具体实施例，在附图中：

图1A是所公开传感器柱的示例性实施例的侧视图；

图1B是图1A的传感器柱的俯视图；

图2是沿着线2-2截取的传感器柱的截面图；

图3是在其中包含有图1A的传感器柱的过滤器的截面图；

图4是***主体滤芯内的、附接了面罩本体的图1A传感器柱的侧视剖视图；

图5是空过滤器滤芯的内侧部分的等距视图，示出了用于接收图1A的传感器柱的接收结构；

图6是图1A的传感器柱的分解等距视图；

图7是图1A的传感器柱的可选实施例；

图8是实验数据的曲线图，其代表用作硫化氢过滤器滤芯的使用寿命结束指示器（ESLI）的传感器柱性能；以及

图9是传感器检测到的浓度随时间的曲线图，包括在不同时刻的ESLI预测和测量到的穿透。

具体实施方式

公开了一种用于将可重复使用的传感器设置在空气净化滤芯的吸附剂床内的装置和方法。参照图1A，所述装置可以是传感器装置或柱10，具有支承多个不同类型传感器20的中空圆筒形传感器柱壳体14，这些传感器20可以沿壳体14安装在不同位置处。在一个实施例中，壳体14能够在将过滤器滤芯60接合至呼吸机100之前在壳体14的下部12安装至过滤器滤芯60（图4）。在替换实施例中，传感器柱壳体14或传感器20包括用于附接至呼吸机100的吸气阀支承件的机械连接。作为替换，传感器柱10可以固定至过滤器滤芯60。理想地，传感器柱10可以设置在过滤器滤芯60内，使得布置在传感器柱10之内或之上的传感器20能够感测过滤器的吸附剂床62内的条件并且能够向处理装置提供信息，处理装置能够使用感测到的信息来估计过滤器滤芯的剩余使用寿命时间。

当滤芯被安装到滤芯主体100内时，传感器柱10可以被收容在过滤器滤芯60的吸附剂床62中形成的腔体内。利用适当安装的滤芯，位于传感器柱10上的传感器元件20中的每一个设置在床内或与床相邻地设置，由此使传感器元件20能够检测关于穿过其中的空气的关键操作信息。这种操作信息的示例包括在不同床位置处的一个或多个污染物浓度22、空气湿度26、空气温度24，和空气流速28。浓度信息会是重要的气体的非限制性示例列出包括甲醛、环己烷、氨、硫化氢、二氧化硫、氯气、氯化氢和氰化氢。由传感器20所提供的信息能够用来向用户提供剩余寿命时间和使用寿命结束警告。

如所述，传感器柱10能被安装到滤芯主体100（例如，面罩、有动力的空气净化呼吸机（PAPR）、滤芯适配器）上。另外，多个传感器20能被安装在传感器柱10之上或之内的不同的位置处。在一个实施例中，传感器柱10被***到具有主体传感器接收部的过滤器滤芯60内，其在一个实施例中包括接收结构50，如图5所示。应当理解的是，所描述的布置使得传感器柱10能够在滤芯60达到其使用寿命且被丢弃时被重复使用。由此，在丢弃滤芯60之前，可以拆卸该滤芯并且可将传感器柱10移除。

除了能够以先前指定的方式***/移动以外，传感器柱10用来将一个或多个传感器20设置在吸附剂床62内的多个期望的位置处，从而与现有的嵌入式设计相比，提供更广泛范围的用于计算剩余寿命时间和使用寿命结束指示符的信息。如将在下文更详细描述的，传感器柱10也可以用作安装向导，以促进滤芯在呼吸机或其他主体10（例如面罩、滤芯适配器、或有动力的空气净化呼吸机）上的恰当安装。

如图1A、图1B、图2、图4和图6中所见，传感器柱10可以包括壳体14，壳体14在例示的实施例中是中空圆筒形管。传感器柱10可以具有安装在壳体14之上或之内的沿壳体长度的不同位置处的多个传感器20。这种传感器20的非限制性示例性列出包括湿度传感器26、温度传感器24、流速传感器28、和化学传感器22的阵列。如本领域的技术人员应当理解的，也可以使用其他类型的传感器。

在一个示例性实施例中，传感器柱10具有沿着壳体14的侧壁安装在隔开位置处的三个化学传感器22a、22b和22c。另外，湿度传感器26和温度传感器24安装在柱10的顶部13上（图1B），而流速传感器28安装在柱10的下部12上。传感器20可以被容纳在传感器柱壳体14内并由其保护。于是，尽管传感器20本身可以通过壳体14内的分离开口16接触传感器柱壳体14外侧的环境和/或有毒条件，但是传感器柱10的内部部分则被保护免于这种暴露。化学传感器22可由多个传感器密封件30彼此隔离。这些密封件30可以包括合适的密封构件或蒸汽隔障，从而有效地防止污染物沿着传感器柱壁14绕过吸附剂床62，并且将调节板40（图2）和其他传感器与可能腐蚀电路板/传感器和/或不利地影响它们的操作的化学污染物相隔离。在一个实施例中，密封件30包括弹性体O形环。

参照图2，传感器信号调节板40可以设置在壳体14内以作为用于化学、湿度、温度、和流速传感器20的传感器调节器、传感器控制器、传感器信号预调节器。在一个实施例中，信号调节板40是印刷电路板。传感器调节板40可以控制传感器20的操作，并且可以处理从传感器20接收的数据。作为示例且不限于此，信号调节板40可以控制传感器，可以处理传感器信号，可以执行用于计算关联过滤器的剩余使用寿命的指令，并且可以产生代表过滤器的使用寿命结束条件的信号。电池或外部提供的电源45可以设置在壳体内以向传感器调节板40供电。

信号调节板40可以包括一个或多个微处理器单元140。每个微处理器单元可以包括微处理器142和关联存储器144。该存储器可以是易失性的、非易失性的、或两者的组合。

另外，调节板40可以包括多种模拟信号放大器和信号过滤器、数字信号处理器和/或其他信号调节元件中的任意，以向监视站提供所需的预调节信号。在一个实施例中，这些预调节信号可以被发送到母单元，母单元包含合适的使用寿命计算算法并且负责向用户提供合适的RLI/ESLI警告信息。在另一实施例中，这些信号由配备有合适的RLI/ESLI计算算法且能够向用户给出适当的RLI/ESLI警告的本地微计算机或微控制器单元读取。RLI/ESLI计算算法可以利用适当的穿透模型（例如由Ding等人开发的一种）以对床内的污染物浓度分布的演变建模，并且由此基于污染物浓度分布的演变过程的建模来计算过滤器滤芯的剩余寿命时间。该过程与常规RLI/ESLI计算方法的不同之处在于其利用相关的吸附过程建模而在任何穿透事件发生之前预测RLI/ESLI。由此，这种方法能够比实际穿透事件早很多地给出主动RLI/ESLI信息，从而向用户提供多得多的时间来采取避免潜在健康损害的相应行动。

在一个实施例中，主体过滤器或主体面罩单元100包括监视站，并且可以包括有线或无线接收机以及能在寿命条件结束临近时被启动的警告信息或警报。警告信息可以采取能被用户注意并理解的任何视觉、听觉或机械信号的形式。这种警告信息可以通过安装在传感器柱本体10本身上或者安装在诸如面罩或PAPR的传感器柱主体单元上的电子单元产生。

预调节信号和/或后调节的警告信号可以采取数字信号或模拟信号或这两者的形式，并且可以经由通信端口42从传感器柱10发送至主体过滤器/面罩。通信端口42可以是将来自（或关于）传感器装置20的各种数据提供给主体过滤器或主体面罩单元100的硬连线或无线通信端口。因此，在一个实施例中，通信端口42包括有线连接41。作为替换，通信端口可以包括无线发射机43以将预调节信号无线地发送至主体过滤器/面罩100。作为替换或者附加，经调节的信号可（经由硬连线或无线）被发送到与主体过滤器或主体面罩单元100分开的单独的警报或监视站。

有线或无线通信端口42可以提供在传感器柱10与安装在主体过滤器/面罩100上的任何监视母单元或其他物理单元之间的数据交换。经由适当单元发送且采取任何视觉、听觉或机械形式的警告信号可以传达如下信息（但不作限制）中的任意信息：主体过滤器类型、主体过滤器部件号、主体过滤器序列号、生产日期、到期日、先前使用、剩余寿命时间、预测使用寿命结束时间、环境条件、临界过滤器滤芯更换信号、临界立即撤离信号等。

为了保护包括信号调节板40的内部部件免于可能在操作期间存在于过滤器60内的气体的影响，传感器柱10可以包括端密封件44以密封传感器柱壳体14的内部与环境分隔开。在一个实施例中，密封件44可以是环氧树脂密封件。作为替换，密封件44可以是合适的垫圈或O形环连接件。

如前所述，通信端口42可以向传感器柱10提供硬连线或无线数字通信信号和从其提供信号。数字通信信号可以包括但不限于：模型参数、剩余寿命时间数据、和使用寿命时间结束警告数据。信号调节板40可以包括一个或多个非易失性数据存储的存储器单元144以存储这种和其他信息，这些信息中的一些或全部可以经由一个或多个关联微处理器142进行修改。

参照图3，示出了过滤器60的截面图。过滤器60可以包括用于将传感器柱10关于相邻吸附剂床62保持在期望位置处的接收结构50（图5）。该接收结构50可以在一个实施例中于吸附剂床62内形成圆筒形腔体，并且可以具有设置在侧壁70内或顶表面72上的一个或多个传感器孔隙18。这些孔隙18可以设置为当柱设置在接收结构50内时与传感器柱10的传感器20直接相邻。孔隙18可以容许化学蒸汽进入腔体内，使得化学蒸汽能够与传感器柱的传感器20相接触。

在替换实施例中，传感器柱10可以在其***时在吸附剂床62内形成腔体，而不使用接收结构。在该实施例中，传感器柱10可以形成过滤器60的零部件。在另一替换实施例中，腔体可以在过滤器60的吸附剂床62内预形成。在一些实施例中，传感器柱10将被附接至主体100（例如，面罩、适配器或PAPR单元），并且随后该组合将与过滤器滤芯60相接合。当滤芯60被安装到配备有传感器柱60的主体100上时，传感器柱10被***到滤芯的传感器柱腔体内。当过滤器滤芯60包括接收结构50并且滤芯被恰当安装至主体100时，传感器柱10的顶部13将与安装结构的顶表面72对准，并且每一个侧部传感器孔隙18将与相应的传感器20相邻定位并且将通过相邻的传感器密封件30彼此密封。

当外来物体侵入到吸附剂床内时，接收结构50会导致对在吸附剂床内的空气流动模式的一定干扰，并且具有对过滤器性能的负面影响。例如，空气流的一小部分可以在没有与吸附剂材料完全接触的情况下沿着50的壁缓慢通过床。为了防止这种情况的发生，接收结构50可以绕接触表面形成折流板以阻挡沿50表面的空气流动。如例示了空过滤器滤芯的内部（其中接收结构50集成在滤芯内）的图5中所见的，多个折流板元件52围绕接收结构50以防止蒸汽通过折流板区域。

如图3中所示，接收结构50的顶表面72可以是屏或保护膜，以保护***的传感器柱10的顶端13免于颗粒或液体污染物的影响，同时仍然容许蒸汽透过屏/膜与布置在传感器柱10顶部的传感器24、26相接触。在一个实施例中，过滤器滤芯60包括位于接收结构50的开口上的可碎防护密封元件以在传感器柱10的***之前密封接收结构的内部与外部环境分隔开。当柱被***到接收结构内时，该密封元件可由传感器柱10的顶部13破坏。这种密封容许具有构建在内部的传感器柱接收腔体的过滤器滤芯在常规的（其上没有安装传感器柱元件的）空气净化呼吸机上使用。

在操作中，信号调节板40可以从布置在传感器柱10上的各种传感器接收多个信号。由此，位于传感器柱10顶部上的湿度传感器26和温度传感器24可以提供湿度和温度信号，同时第一化学传感器22a可以提供吸附剂床62的顶部处的部位浓度信号。附加的化学传感器22b、22c可以提供在不同吸附剂床水平处关于化学蒸汽浓度的信号。能与滤芯60的出口相邻地安装在传感器柱壳体14的侧壁上的流速传感器28可以提供代表被吸入到面罩100或其他主体结构内的空气速率的流速信号。

调节板40可以接收这些信号中的每一个并且将它们转换成期望的形式，例如模拟电压、模拟电流、数字、数字无线、或其他类似的传送形式。这些信号中的一个或多个可以在经由通信端口42发送到主体滤波器60或其他接收机之前由与信号调节板40相关联的一个或多个微处理器单元140进行处理。

现在参照图4，传感器柱10示出为与主体过滤器滤芯60和面罩本体100相接合。如可见的，传感器柱10的下部12与面罩本体100的一部分相接合，而柱的顶部13则被收容在过滤器滤芯60内。如此布置，当滤芯60被安装到主体100上时，传感器柱10能够用作安装向导，以促进滤芯60在主体100上的恰当安装。在一个实施例中，传感器柱10可被初始安装在过滤器滤芯60内，并且可在滤芯被安装到面罩本体100上时被***到面罩本体100内。在另一实施例中，传感器柱10可以初始地安装在面罩本体100中，并且可以在滤芯被安装到面罩本体100上时被***到过滤器滤芯60内。

传感器柱10可以具有：沿着壳体14的长度安装的一个或多个化学传感器（作为示例性实施例示出为22a-c），安装在壳体14的顶部13上的一对或多对湿度和温度传感器24、26，以及与壳体的下部12相邻安装的流速传感器28。化学传感器22a-c中的每一个可以经由一对相邻的传感器密封件30彼此隔离。传感器柱10的内部可以是信号调节板40，其用作化学、湿度、温度和流速传感器的信号预调节器。经预调节的信号可以按前述方式经由硬连线或无线连接从传感器柱10发送。传感器柱10的内部体积（包括信号调节板40）可以通过端盖44（参见图6）密封以与周围环境隔离，其中端盖44使用环氧树脂、或垫圈或O形环连接件密封至壳体14。

在一个实施例中，主体100（例如，面罩、适配器、或PAPR单元）配备有传感器柱10，而过滤器滤芯60则被单独设置。由此，当滤芯60安装到主体100上时，传感器柱10与滤芯60的接收结构50对准以将滤芯60向下引导到与主体100相接合。一旦滤芯60被恰当安装至主体100，传感器柱10的顶部与接收结构50的顶表面72对准。如前述，该顶表面72可以是屏或膜，其允许温度和湿度传感器24、26在操作期间获得关于过滤器的相关信息。在该位置，侧部传感器孔隙18中的每一个相对于多个化学传感器22a-22c中的每一个居中设置，并且经由一对相邻传感器密封件密封以与相邻化学传感器隔开。

在一个实施例中，本发明包括用于使用寿命结束指示的传感器装置10，该装置具有直接***过滤器滤芯60的吸附剂床62内的传感器柱壳体14。壳体14可被形成为装配到已在吸附剂床62中形成的腔体内。腔体可以在传感器柱壳体14的***之前在床中预形成。作为替换，腔体可以通过壳体14在吸附剂床62内的***过程而在床中形成。

在其他实施例中，可将壳体14单独设置为过滤器滤芯60的一部分，其定位在吸附剂床62中的腔体内。传感器柱10的内部部件随后可被***壳体14以将传感器20设置在吸附剂床62内的期望位置处。

如前述，化学传感器22a-22c经由密封件30彼此密封，这导致与每个传感器相关联的单独的蒸汽“腔室”，并且每一个传感器22a-22c经由关联孔隙18（参见图3）接触过滤器60内的蒸汽空间。单独的蒸汽腔室可以由壳体14的外表面、过滤器滤芯60的接收结构50的内表面区域、和一对密封件30形成。作为替换，化学传感器22a-22c可以共享共用蒸汽空间，容许用于在它们之间的有效蒸汽流动的导管。

在一些实施例中，定位孔隙18以使得在使用寿命时间结束时仍不会抵达化学传感器被暴露的最大浓度水平，由此保护化学传感器免于暴露给过高的化学浓度水平，从而避免或最大限度地减小来自环境的污染物的饱和。

图7示出了传感器柱150的替换实施例，其具有与图1A的传感器柱100不同的外部构型。该实施例的传感器柱150可以具有关于图1-图6描述的传感器柱10的功能特征中的任意和/或全部。例如，传感器柱150可以包括位于壳体114中的开口116以使设置在壳体内的传感器能够接触传感器柱壳体114之外的环境和/或有毒条件。与图1A的实施例相比，传感器柱150的开口116定位在传感器柱150的远侧端152处或附近。远侧端152将作为传感器柱150在使用时设置在过滤器滤芯50内的部分（参见图4）。

传感器柱150还可以包括布置在传感器柱150的近侧端156处的通信端口154，以使得由布置在壳体114中的传感器所生成的信号能被通信至主体过滤器或主体面罩单元100（参见图4）。在所例示的实施例中，这种通信端口154包括有线部分158。与图1A的实施例一样，通信端口154可以是硬连线或无线连接。

在远侧端152与近侧端156之间，壳体114可以包括用于与面罩本体100的一部分相接合的楔形外部几何结构158用以柱的远侧端152在过滤器滤芯60内定位。

如所述，图7的传感器柱150可以包括关于图1-图6描述的传感器柱10的特征中的任意或全部。图7的实施例例示了传感器柱的外部配置可以采取多种期望的外部形式中的任一种。

图8是例示了示例性实施例数据的曲线图，其代表作为用于硫化氢过滤器滤芯的使用寿命结束指示器（ESLI）的传感器柱的性能。该曲线图是硫化氢气体浓度（以百万分一为单位）相对于时间（以分钟为单位）的图示，并且示出了传感器柱在过滤器穿透之前检测到硫化氢气体的有效性。如可见的，在26.2分钟处检测到硫化氢的允许暴露极限（PEL，为10ppm），而这位于该化学品以此浓度“穿透”过滤器之前的137分钟。

下面的表1示出了示例性实验室数据，表明了传感器柱能够在过滤器穿透之前检测到具体化学品，并且利用传感器柱的过滤器穿透对于所存在的化学品整体上不会劣化超过11%。所有五次实验的平均穿透时间在没有传感器柱的情况下为95.5分钟，标记为“基线”。所有五次实验的平均穿透时间在具有传感器柱的情况下为84.8分钟，标记为“过滤器出口”。如由这些测试测得的，劣化小于或等于11%。

表1

在下面的表2中所示的数据表明了传感器柱在与ESLI评估计算耦联时的有效性以及传感器位置对预测精度随时间关系的影响。归因于监管标准，估计的ESLI应当不大于测得的ESLI的90%。在下面给出的所有情况中，都是如此。ESLI估计随时间增大，并且取决于传感器的位置。图9标绘了传感器检测的浓度随时间的关系，包括在各个时刻的ESLI预测和测得的穿透。

表2

例示的实施例被描述为利用具有单个过滤器滤芯60的单个过滤器柱10。但是，应当理解的是，多于一个的过滤器柱10可以与单个过滤器滤芯60一起使用。另外，尽管传感器柱10已经描述为具有特定的传感器布置，但是应当理解的是，可以使用多种不同的传感器类型、配置和数量来提供期望的感测平台。另外，所有传感器以相同速率向信号调节板提供数据并非是关键的，并且同时利用传感器柱中的所有传感器也不是关键的。由此，构想的是单个传感器柱可以包括多个传感器，并且对信号调节板40的编程可以使得针对特定的过滤器滤芯应用仅利用特定的传感器信号。

例示的实施例被描述为***到匹配圆筒形孔内的圆筒形本体。但是，应当理解的是，传感器装置可被形成为任意的几何形状，例如矩形或方形杆、六角形杆等，只要其能够在不破坏过滤器本体的情况下嵌入床内且被自由地取出。此外，取决于目标过滤器的几何形状，传感器装置可能不需要被***到接收孔内；相反，其能够被部分地嵌入到接收空间内，或者甚至与过滤器的侧部附接，只要传感器被暴露于期望床深度处的媒介既可。

所公开方法和装置的一些实施例可以例如使用存储介质、计算机可读介质或可以存储指令或指令集的制品实现，这些指令在由机器执行时可使得该机器执行根据本公开的实施例的方法和/或操作。这种机器例如可以包括：任何合适的处理平台、计算平台、计算装置、处理装置、计算***、处理***、计算机、处理器等，并且可以使用硬件和/或软件的任意合适的组合实现。计算机可读介质或制品例如可以包括：任何合适类型的存储器单元、存储器装置、存储器制品、存储器介质、存储装置、存储制品、存储介质和/或存储单元，例如存储器（包括非临时性存储器）、可移动或不可移动介质、可擦除或不可擦除介质、可写或可重写介质、数字或模拟介质、硬盘、软盘、致密盘只读存储器（CD-ROM）、可记录致密盘（CD-R）、可重写致密盘（CD-RW）、光盘、磁性介质、磁光介质、可移动存储卡或盘、各种类型的数字多功能盘（DVD）、磁带、卡带式磁带等。指令可以包括使用任何合适的高级、低级、面向对象、视觉、编译和/或解释编程语言实施的任何合适类型的代码，例如源代码、编译代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码、加密代码等，

尽管本文已经描述的本公开的某些实施例，但是其并非旨在将本公开限制于此，而是旨在本公开涵盖本领域将容许的尽可能广泛的范围并且本说明书应当类似地进行阅读。因此，以上描述不应当解释为限制，而仅仅是作为特定实施例的示例。本领域的技术人员将在所附权利要求的范围和精神内设想其他修改。

Claims (22)

1.一种用于使用寿命结束指示的传感器装置，包括：

壳体，具有外表面、纵向腔体、以及沿外表面的至少一个开口；

传感器，用于检测一种或多种化学品，传感器与所述至少一个开口相邻地设置在纵向腔体内；

传感器调节板，用于处理来自传感器的传感器数据；以及

电源，用于向传感器调节板供电，

其中壳体被可移除地***过滤器元件的吸附剂床内的腔体中，并且

其中所述传感器装置还包括：

吸附剂床内的腔体中的接收结构，所述接收结构在其内接收壳体的一部分，其中所述接收结构包括从接收结构的内侧延伸到接收结构的外侧的至少一个开口，所述开口被配置为当壳体被置于接收结构内时允许蒸汽从所述吸附剂床流动到壳体的所述至少一个开口。

2.如权利要求1所述的传感器装置，其中所述接收结构延伸过滤器的吸附剂床的长度。

3.如权利要求1所述的传感器装置，其中传感器包括沿着所述壳体的长度设置的一个或多个化学品浓度传感器，所述传感器各自与所述壳体中的一个开口相关联。

4.如权利要求1所述的传感器装置，其中所述至少一个开口位于壳体远离面罩附接点的远侧端处。

5.如权利要求1所述的传感器装置，还包括位于壳体的纵向腔体内的环境传感器封装，该封装具有从化学品浓度传感器、温度传感器、相对湿度传感器和流速传感器中选出的至少一个传感器。

6.如权利要求1所述的传感器装置，还包括沿着传感器柱壳体的周缘的外部密封件，所述外部密封件用于将壳体的外表面密封至吸附剂床的接收结构。

7.如权利要求1所述的传感器装置，其中传感器包括沿着壳体的长度设置的多个化学品浓度传感器，所述装置还包括多个内部密封件，所述内部密封件中的至少一个与壳体的外表面相邻地设置以将化学品浓度传感器彼此隔离。

8.如权利要求1所述的传感器装置，其中传感器调节板包括处理器和存储器，所述处理器被配置为执行用于确定所述过滤器元件的所述吸附剂床的使用寿命的指令。

9.如权利要求1所述的传感器装置，还包括位于吸附剂床中的腔体内的接收结构，所述接收结构在其中接收壳体的一部分，所述接收结构包括位于其顶部的膜以用于将壳体的端部与吸附剂床中的颗粒或液体污染物相隔离但容许气体渗透。

10.如权利要求1所述的传感器装置，其中壳体包括用于附接到呼吸机***的支承构件的吸气阀支承件上的机械连接。

11.如权利要求1所述的传感器装置，其中壳体包括用于附接到面罩的吸气阀支承件上的机械连接。

12.如权利要求1所述的传感器装置，还包括用于将调节板和化学污染物的传感器相隔离的蒸汽隔障。

13.如权利要求1所述的传感器装置，其中电源从电池和外部电源中选取。

14.如权利要求2所述的传感器装置，其中与吸附剂接近的接收结构表面为折流板式以防止蒸汽污染物的通过。

15.如权利要求1所述的传感器装置，其中传感器柱壳体从过滤器床的前部延伸，使得传感器柱朝向吸附剂床的入口定位。

16.如权利要求1所述的传感器装置，其中与剩余寿命时间相关的信息包括但不限于预调节传感器信号和后调节模型信号，所述信息从传感器柱中作为模拟电信号、作为任意形式的数字电信号、机械信号、视觉信号或音频信号被传送出来。

17.如权利要求1所述的传感器装置，其中壳体的外表面具有几何形状的横截面，外表面至少部分地***吸附剂床的腔体内或附接到吸附剂床的边缘以经由所述至少一个开口将传感器暴露给气体介质。

18.一种包括权利要求1的传感器装置的预测使用寿命结束的指示器。

19.一种用于监测过滤器使用寿命结束的方法，包括以下步骤：

提供如权利要求1所述的传感器装置，其中接收结构被嵌入到过滤器的吸附剂床内；

将传感器柱壳体附接到从呼吸机和鼓风机中选取的支承件的吸气阀支承件上；以及

利用过滤器到面罩的附接将传感器柱壳体***到接收结构内，其中传感器的至少一个开口与传感器柱壳体的至少一个开口对准。

20.一种用于监测过滤器剩余寿命的方法，包括以下步骤：

设置如权利要求1的传感器装置，其中接收结构被嵌入到过滤器的吸附剂床内；

将所述壳体附接到从呼吸机和鼓风机中选取的支承件的吸气阀支承件上；以及

在将过滤器附接到面罩上时将壳体***到接收结构内，其中传感器的所述至少一个开口与壳体的所述至少一个开口对准；以及

基于使用从传感器接收的数据确定的趋势读数来计算使用寿命。

21.如权利要求20所述的方法，还包括以设定的时间间隔重复计算步骤。

22.如权利要求20所述的方法，其中还包括算法以计算所述过滤器的剩余寿命并且通过将所采集的化学品浓度分布建模到预定模型内来预测过滤器的使用寿命结束时间，并且使用该模型来预测在任意给定时间的浓度分布的演变进程，由此提供剩余寿命时间以及使用寿命结束时间。