[发明专利]用于在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流动流体中的颗粒或气溶胶的传感器装置

说明书

一种用于在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流动流体中的颗粒(24)或气溶胶的传感器装置(10)，所述传感器装置包括：用于产生激光(14)的第一装置(12)；用于引导所述激光(14)的第二装置(24)；用于引导温度辐射(28)的第三装置(36)，所述温度辐射由通过所述激光(14)加热的颗粒(26)发射，以及用于检测所述温度辐射(28)的第四装置(34)。提出，所述第一装置至所述第四装置(12，24，36，34)中的至少两个的至少部分(44，46)布置在共同的载体(48)处。

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流动流体中的颗粒或气溶胶的传感器装置。

背景技术

从DE 10 2017 207 402 A1中已知一种呈颗粒传感器形式的传感器装置，该传感器装置用于在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测引导流体的区域中的颗粒。在此，存在于引导废气的区域中的颗粒、例如烟灰颗粒借助聚焦到激光光斑上的激光加热到几千摄氏度，从而其发射大量热辐射或温度辐射。颗粒的这种热诱导的光发射借助光探测器来测量，该光探测器提供与所测量的光强度相对应的输出信号。

发明内容

本发明所基于的问题通过具有权利要求1的特征的传感器装置解决。有利的扩展方案在从属权利要求中说明。

根据本发明，传感器装置的光学部件、电子部件和/或光电部件中的至少几个安装在共同的载体(“衬底”)上并且相互调整。在此，目的是将尽可能多的这些部件布置在共同的载体上，将其固定在那里，并且因此实现一个整体部分或“光学块”。特别地，用于光成形所需的光学元件(例如镜、透镜、分束器等)固定在共同的载体上。这在很大程度上简化传感器装置的结构，由此也简化调整。这可以例如在部件的制造和固定期间例如通过粘接主动实现。因此，所述“光学块”的部件相互调整。总之，传感器拓扑因此简化。由此也降低制造成本，因为尤其也可以使用较小的光学元件。传感器装置的机械和热稳定性也得到改善。

所有这些都是通过用于在使用激光诱导白炽光(LII)原理的情况下探测流动流体中的颗粒或气溶胶的传感器装置来实现的。在此，在这些位置处应该指出，尤其是烟灰颗粒可以考虑为颗粒并且尤其是燃烧设备或内燃机的废气可以考虑为流体。例如，该设备可以用于汽油车辆或柴油车辆中颗粒过滤器的状态监测。然而，原则上，该设备通常适用于探测任何流体中的颗粒和气溶胶。例如，可以设想将该设备用于其他场景和应用领域(例如便携式废气排放监测系统、室内空气质量测量、燃烧设备废气排放)。该方案既能够确定颗粒的质量浓度(mg/m³或mg/mi)，又能够确定颗粒的数量浓度(颗粒/m³或颗粒/mi)。颗粒尺寸分布的测量也能够实现。

在激光诱导白炽光的原理中，首先借助激光通过部分吸收激光将颗粒加热到几千度，该激光由装置(例如激光器)产生并以足够高的强度聚束在激光光斑中，即聚束在具有μm范围内的最小尺寸的体积区域中。根据普朗克辐射定律，这种热颗粒发出具有特征的温度辐射(白炽光或热电子发射)，该温度辐射用作测量信号并借助装置(例如探测器)来进行检测。

为此目的，例如使用布置在激光器的射束路径中的光学元件(例如以聚焦透镜的形式)，该光学元件构造和设置用于将由激光器发出的激光聚束在非常小的激光光斑中。在例如10μm的焦点直径的情况下，可以假设：当以10¹³/m³的颗粒浓度为基础时，在给定的时刻总是仅有一个颗粒飞过激光光斑(固有的单个颗粒可探测性)。探测器如此设置和布置，使得该探测器探测到从激光光斑发出的温度辐射。例如，成本有利的半导体激光二极管可以用作用于产生激光的装置。温度辐射的探测例如可以借助多像素光子计数器(MPPC)或硅光子倍增器(SiPM)来进行。