[发明专利]颗粒物检测器以及用于检测颗粒物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测气体中颗粒物的颗粒物检测器，其具有检测腔，所述检测腔包含进气喷嘴、光源以及光传感器。此外，本发明还涉及用于检测气体中颗粒物的方法。

背景技术

按照现有技术，主要采用光学测量法检测气体中的颗粒物，其中将来自光源的可见光或者红外光入射到气流中，并且随后相对于光原来的辐射方向成某个角度地测定在颗粒物上被散射的光。为此，借助于进气喷嘴将含有颗粒物的气体引入检测腔，在所述检测腔中，所产生的气流通常穿过激光束。气流中颗粒物的光散射，取决于颗粒物粒径、颗粒物的折射率以及光的波长。对于粒径比波长小的颗粒物，光散射与其角度和粒径的关系，通过瑞利散射(Rayleigh-Streuung)理论加以说明。对于粒径大致处于波长范围的颗粒物，米散射(Mie-Streuung)理论提供了光学效应说明。在两种情况下得出一种公知的散射角的分布与颗粒物粒径的关系，从而可以从在多个角度处对散射光的测定中，确定出粒子粒径。如果事先对检测装置进行适当的标定，那么在检测散射光时，还可以只在预先规定的角度上，从各散射信号的振幅中确定出粒子粒径。这样，借助于被布设成与辐射方向成某个角度的散射光传感器，可以为气流中的每个颗粒物检测出一个信号脉冲，所述信号脉冲的振幅反映了颗粒物粒径的特征。随后从这些脉冲的数量中得出，在所观察的时间间隔中气流输送的颗粒物数的值。此外，例如通过与域值比较，还可以从振幅的统计分析中得出这些颗粒物数的粒径分布。

但是，用于室内外空气的通用标准和极限值，不涉及粒径，而涉及质量。而基于激光的检测系统，迄今为止不能直接获得这些。公知的解决方案例如是，在本来的测量系统前接上过滤器或者筛选系统，例如“差分移动分析仪”，其中按照一种标准的电荷分布通过放射性源对颗粒物进行充电，然后按照输出窗中电荷与颗粒物质量的比率，通过静电学方式筛选颗粒物。作为替代方式，可以估算环境中颗粒物质量的平均值，且将所获得的颗粒物粒径与所采用的密度相乘。为了获得详细的质量分布，通常另选完全不同的测定方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种简化了的用于检测颗粒物、同时检测质量的装置以及一种附属的方法。

该技术问题通过在权利要求1中所述的颗粒物检测器以及在权利要求4中所述的方法加以解决。

按照本发明的用于检测气体中颗粒物的颗粒物检测器，包含具有进气口和进气喷嘴的检测腔，气体通过进气喷嘴沿流动方向流入检测腔。此外它还包含用于沿光的辐射方向发射光的光源以及至少一个用于识别在颗粒物上被散射的光的份额的光传感器。最后，颗粒物检测器还包含具有电调节式焦点的第一透镜。

在可连续电调谐的透镜上，借助于所施加的电压可以改变焦点。因此，可以沿激光束的传输方向扫描空间中的点。由此可以实现用于检测气体中颗粒物的有利的方法，在所述方法中，实施下列步骤：

–使含有颗粒物的气体通过进气喷嘴流入检测腔，

–借助于第一透镜按序将光束缩腰部的位置调节到检测腔内至少两个不同的位置上，

–借助于光源将光发射到气流中且借助于光传感器测定每个位置上在颗粒物上被散射的光的份额。

颗粒物检测器相宜地包含一种非球面的第二透镜，所述第二透镜沿光的辐射方向位于光源和第一透镜之后。此时，如果将光源、第一和第二透镜布设成，使得光源的光能够发散地，尤其略微发散地投影(abbilden)到第二透镜上，是尤其相宜的。

上述的颗粒物检测器有利地使得下列光束的产生成为可能，所述光束位于检测腔中的缩腰部位置，可以借助于透镜上附带的电压加以改变。在此将光束缩腰部理解为一种光束区域，在该光束区域里光束具有最高程度的聚焦，即最小的横截面。

在测量时光束缩腰部的位置将来回移动。在至少两个位置上测定颗粒物粒径的分布。在此所选择的位置，可以通过所调节的透镜电压公知或者可以从透镜电压中确定。在设计测定方法时，应用两个以上的位置，例如5个或者10个位置。

颗粒物检测器相宜地包含一种对光检测器的信号进行求值的分析装置，设计所述分析装置，是为了从信号中推断出至少一部分颗粒物的质量。

如此构建的颗粒物检测器具有下列优点：

在所有位置上，也就是即使在远离光的辐射方向与从进气喷嘴中产生的气流方向之间的理想的交会点位置处的灵敏度也是最大的，因为在调节这些位置时，光束刚好被非常紧密地聚焦在此处。