戴森,工程师说 | 精准监测,不是一件简单小事

来源:戴森
戴森

本文根据对戴森高级工程师旻Min的采访整理而成:在与传感器的精准度较真的过程中,我们有很多想和你分享的。



你相信空气净化器的判断吗?


现在我们或多或少都会关心一下,今天的空气质量好不好。


你或许会参考环境监测中心发布的数据,但它不能反映室内环境的空气质量。或者,你也可以使用专业霾表测量,但专业霾表的价格高昂。所以很多人就会选择用空气净化器反应的数值,来判断室内的空气质量。


所以很多人选择利用家中的空气净化器所监测到的数值,来判断室内的空气质量。对于一台空净来说,传感器就是机器的眼和脑。如果空气净化器仅仅拥有一个传感器,那得到的数值参考价值不是很大。只有当空气净化器对所在环境内的空气质量的监测足够精准,才能保证净化效果接近完美。


我们对戴森空气净化风扇的自信,源于对更精准监测结果的追求。为此,我们从硬件到软件,都下了真功夫。



先来看看硬件


为了提升监测准确度,我们首先想到的是采用激光感应器,相较于市场上经常使用的红外线感应器,激光感应器更为灵敏,当然价格也更高昂一些。因为对监测准确度的要求,我们将它使用在了戴森空气净化风扇上。


其次术业有专攻。针对不同的污染物,应该有不同的传感器来监测。比如颗粒物激光测量传感器,负责感应PM2.5、PM10等;而甲醛、苯、氨、氡、二氧化氮等有害气体,则应该有专门的气体感应器来监测。


戴森的最新产品同时采用三个传感器。为了让使用者更全面的了解所在环境空气质量,我们将不同类型监测数据分别用可视化图表的形式在机身上显示,直观展示戴森空气净化风扇所监测到的颗粒物浓度,挥发性有机化合物含量,以及房间内的空气质量动态。



此外,戴森空气净化风扇的传感器到底是测量了其周围一小块被净化了的空气质量,还是反应了室内每个角落均匀的空气质量?戴森空气净化风扇的专利Air Amplifier技术结合350°环绕,通过喷射强劲气流,将洁净空气尽可能输送到房间里的各个角落,实现整屋空气的均匀和流通。得益于这项专利技术,我们监测到的就是整屋空气的平均数值。



硬件可以复制,但真正让准确度拉开距离的是软件工程


为什么传感器需要“算法”


算法让传感器的输出值,也就是显示屏上看到的指数,无限接近实际值。


但这个实际值并不能直接得到,因为实际吸入的空气样本中有很多干扰因素,空净感应器得到的只是一个粗略的数值,和实际空气指数是有差距的。


比如,如果在下雨天,或者开加湿器以后,空净显示PM值飙升,这很有可能是因为传感器的算法不够好,或者干脆没有加算法,因而将空气中的水分子,也误判为颗粒污染物了。


要缩短初始数值和实际数值这个差距,就需要加入一套算法。


拿大家普遍关心的细微颗粒物(比如PM2.5)来说。下面这张图是一个颗粒物传感器原理图:


细微颗粒物传感器工作原理


空气样本进入传感器之后,经过激光散射、变成电信号,得到初始数据,最后一步经过MCU(微型控制处理器)的计算,才输出最终数值。


上图红框标出的就是“算法”发生的环节。经过算法处理的数据,才能确保输出的数据接近真实值。


所以简而言之,智能的算法,可以帮助机器理解和判断,吸入的空气样本,减少误判。



那么,怎么样让算法更智能?


答案是不懈的校准。最好能瞄着最高标准的机器,校准校准再校准。


不得不说说我们公司在“校准”这方面的“偏执”。


为了让自己的传感器对标那些传感器大神们,我们在伦敦国王学院,和北京大学的空气质量监测实验室旁边,各设置了30个戴森传感器,就是为了查验,处在几乎相同的环境下,我们的传感器,和世界最先进的学术设备同步提供的反馈,有什么不同,以及如何缩短差距。


北大屋顶上的戴森检测传感器


这些传感器在肮脏、炎热、潮湿和寒冷的室外条件下运行了6个月,跨越3个季节,每秒收集288条数据,集齐了一个传感器长期运行所需的所有信息,给工程师们提供了超过50亿个数据点来进行分析——这50亿个数据点意味着:我们可对新一代机器进行有效的校准。


可以用一张图来说明校准前和校准后的区别:


校准前(左)校准后(右)


上面两张图表现了连续6周对PM2.5的采集数据,红线为戴森机器数值,黑色为参考对象(也就是权威的空气检测实验室)数值。


记得看到两个“小山峰”重叠的时候,我的心情无比激动!


因为这说明,我们空气净化风扇新品的性能基准,终于达到了与科学实验室设备基本相同的地步。可以自信地说,如果我们的机器说房间的空气是干净的,那大概率就是干净的。


更难得的是,我们将这样的准确性,复制到了戴森机器里。


除了与伦敦国王学院和北京大学的空气质量监测实验室,进行设备校准这个的工程之外,我们还自己设计了4个严格的测试,用于保证传感器不同维度的表现力:


金属VOC试验箱


一个成熟的智能传感器,要学会自己指挥工作。传感准确,还不够,智能的传感器该知道如何反应。我们设计了一款金属VOC试验箱,在试验箱内填满各种化学物质,来看监测传感器是否可以识别和量化物质,然后作出反应并清理物质,并根据实验数据,对算法进行调整。


集成传感器测试箱


实验品和产品的表现需要一致,独立在风吹日晒中测试传感器只是一个方面,我们的工程师们还必须确保,将传感器放入机器后,其结果的一致性,集成传感器测试箱可以帮助我们验证数据。


POLAR测试


对智能,戴森有自己的追求。由于国标没有对“智能”做出明确规定,我们自己设计了一个POLAR测试。我们在一间中国家庭常见客厅大小的实验室中央,和各个角落,放置了9个传感器,当戴森机器报告清洁完毕时,9个传感器的读数几乎是一致的——真正“智能”的机器,应该将房间每个角落均匀净化,让您安心。


传感器寿命测试


我们将传感器以矩阵形式摆放,然后在戴森总部人来人往的RDD咖啡馆中放置了一年多。该咖啡馆每次接待人数超过3000,每天3次,每周5天以上,堪称“流量大户”——传感器能力始终如一。


最后,我们的工程师想分享一下研发时的个人感受:


“当一台空净的传感器真正做到了如戴森空气净化风扇那样智能,使用它是一种怎样的体验。


我不需要买昂贵的霾表,通过显示屏上的数字和图像,实时的空气数据,例如PM2.5,VOC、温度和湿度,尽在掌握之中;由于空气倍增技术能够带动全屋空气,将混合后的空气送进传感器,我相信这些数据真实反应了我的每一口呼吸,而不只是空净所在的房间一隅;


精准智能的传感器,让我放心打开“自动档”,无论睡觉做菜,无需手动控制,机器会帮我监视全屋空气,解放我紧绷的神经,让我在房间任何一处,都能享受洁净空气。”


原文请见知乎回答:怎么判断家里空气好坏?空净一直选智能自动档能放心么?


官方渠道

戴森官方体验店

戴森京东旗舰店

戴森苏宁旗舰店

戴森国美旗舰店

戴森东方购物旗舰店

戴森小红书旗舰店

戴森线下门店

戴森天猫旗舰店

复制¥WXgxY62TscB¥,打开「手机淘宝」

杜绝假货风险,请选择戴森官方店铺购买

注册戴森会员,解锁独家活动


1.可监测PM2.5,PM10,挥发性有机化合物及二氧化氮。

2.基于GB/T 18801-2015中标注的测试方法,对HP04进行去除有害气体包含甲醛和苯的测试所得结果。

3.发明专利,专利号:ZL 2008 1 0177844.8

4.净化性能:独立的第三方机构(CHEARI)针对整屋净化效果对整机进行了测试。测试整机被放置在81m(6m x 4.5m x 3m)实验舱的角落,经过整机的一次自动净化,整舱内各角落PM2.5颗粒物浓度从污染等级降到优等(污染和优等均参考中国空气质量指数相关定义及戴森内部数据定义)。以上实验均在实验规定条件下进行,与实际使用情况可能存在差异。

制暖性能:基于戴森内部测试方法,于35.36m(4m*3.4m*2.6m)的实验舱内,90°环绕,制暖模式下进行。


PM0.1指粒径小至0.1m颗粒物

戴森AM,TP,DP,HP系列产品不具备空调制冷功能

内容转载自戴森,如有侵权请联系删除。