[发明专利]用于使用偏移光束进行颗粒检测的激光传感器模块

说明书

本发明描述了一种激光传感器模块(100)，用于检测流体中尺寸小于20μm、优选小于10μm的颗粒(10)的颗粒密度，其中，所述激光传感器模块(100)包括激光器(111)、检测器(121)和镜(160)，其中，激光器(111)被布置成向镜(160)发射激光束(112)，其中，镜(160)被设置成能动态地重定向激光束(112)，其中，重定向的激光束(112)的方向限定了光轴(51)，其中，检测器(121)被布置成能确定激光器(111)的激光腔内的光波的自混合干涉信号，自混合干涉信号通过激光束(112)的、由颗粒(10)中的至少一个反射的激光产生，其中，激光器(111)和镜(160)之间的几何关系被布置成使得自混合干涉信号转移到较高频率，其中，激光传感器模块(100)被布置成使得静止的颗粒(10)的轨迹与重定向的激光束(112)的垂直于光轴(51)的速度矢量(55)之间的角度α至少是至少2°的阈值角度。本发明还涉及包括这种激光传感器模块(100)的颗粒检测器(200)和包括这种激光传感器模块(100)或颗粒检测器(200)的移动通信装置(190)。本发明还涉及测量小颗粒的颗粒密度的方法。最后，本发明涉及相应的计算机程序产品。

技术领域

本发明涉及激光传感器模块，包括这种激光传感器模块的颗粒检测器和包括这种激光传感器模块或颗粒检测器的移动通信装置。本发明还涉及测量小颗粒的颗粒密度的方法。最后，本发明涉及相应的计算机程序产品。

背景技术

DE 10 2015 207 289 A1公开了一种具有光发射器装置的颗粒传感器设备，该光发射器装置被配置为发射光辐射，使得具有可能存在于其中的至少一个颗粒的区域至少部分地是可照射的；光检测器装置，具有至少一个检测表面，该检测表面被在至少一个颗粒处散射的至少一部分光辐射撞击，关于撞击至少一个检测表面的光辐射的强度和/或强度分布的至少一个信息信号是可显示的；以及分析处理装置，利用该分析处理装置可以识别和显示关于颗粒的存在、颗粒的数量、颗粒密度和/或颗粒的至少一种性质的信息项，颗粒传感器设备还包括至少一个被设置成使得发射的光辐射可聚焦到区域内的聚焦区域上的透镜元件。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有改进的检测精度或改进的灵敏度的激光传感器模块。

根据第一方面，提供了一种激光传感器模块，用于检测流体中尺寸小于20μm、优选小于10μm的颗粒的颗粒密度，其中，所述激光传感器模块包括激光器、检测器和镜。激光器被布置成向镜发射激光束。镜被布置成动态地重定向激光束。重定向的激光束的方向限定了光轴。检测器被布置成确定激光器的激光腔内的光波的自混合干涉信号，自混合干涉信号通过激光束的、由至少一个颗粒反射的激光产生。激光器和镜之间的几何关系被布置成使得自混合干涉信号被转移到更高频率。激光传感器模块被布置成使得静止的颗粒的轨迹相对于重定向的激光束的垂直于光轴的速度矢量之间的角度α至少是2°的阈值角度。阈值角度可以是3°或甚至4°，以增加测量的颗粒密度的可靠性。激光传感器模块可包括两个、三个、四个或更多个激光器和/或检测器。激光器和检测器可以例如以阵列布置在公共半导体芯片上。

用于重定向激光束的镜的移动导致光轴的方向是时间的函数。因此，即使在颗粒静止的情况下，激光束中的颗粒之间也存在相对移动。激光束的移动增加了激光传感器模块的检测区域，并因此增加了在预定时间段内检测到的颗粒的计数率。实验表明，静止颗粒正交通过激光束所产生的颗粒信号在DC下在频谱中具有最大的信号能量。将这些信号转移到更高的频率可以避免1/f噪声。此外，当正交通过激光束的焦点时，在焦点上静止的相对于激光腔中的光具有90°相移的颗粒是不能被检测到的。因此难以或甚至不可能检测相应的颗粒。后一种情况通常是如果基本上没有空气流量或空气流量低的情况，例如在封闭房间中的测量期间。因此，在这种情况下可能降低计数率。这可能降低颗粒密度检测的检测精度或灵敏度。将激光器和镜之间的几何关系布置成使得所关注的颗粒的轨迹相对于重定向的激光束的垂直于光轴的速度矢量的之间的角度α至少是2°的阈值角度，而将自混合干涉信号转移到更高的频率并增加计数率。