[发明专利]光学粒子传感器装置和操作光学粒子传感器装置的方法

说明书

本发明涉及光学粒子传感器装置(1)，包括：光学发射器装置(2)，被设计为将N个众多数量的测量激光束(L_i)发射到光学粒子传感器装置(1)附近；检测器装置(3)，被设计为检测光学粒子传感器装置(1)附近的粒子上散射的测量激光束(L_i)，并针对每个测量激光束(L_i)生成分配给它的单次测量信号(E_i)；及评估装置(4)，被设计为用至少一个单次测量信号(E_i)确定每体积粒子数的至少一个估计粒子值。评估装置(4)被设计为确定每体积粒子数的至少两个估计粒子值，至少两个估计粒子值基于至少部分不同的单次测量信号(E_i)和/或不同数量的单次测量信号(E_i)，并基于至少部分估计粒子值确定粒子负载的至少一个输出值。

技术领域

本发明涉及光学粒子传感器装置和操作光学粒子传感器装置的方法。特别地，本发明涉及光学粒子传感器装置，其集成到移动装置中，特别是集成到智能手机中，然而，原则上本发明可应用于任何光学粒子传感器装置和用于操作这样的光学粒子传感器装置的适当方法。

背景技术

许多地区、特别是人口密集的地区易遭受空气中颗粒物所造成的重大负担。这种粒子负载至少部分是由人类造成的，主要原因是碳化合物的燃烧，碳化合物的燃烧由工业、道路交通，而且还有航空运输、船舶运输和铁路运输以及私人家庭造成。由于各种空气中颗粒物污染物的地区性分布，可以观察到局部粒子负载的巨大差异。这适用于户外，同样适用于封闭空间内。

众所周知，空气中颗粒物可能导致健康损害，健康损害取决于空气中颗粒物的数量和组成，其中空气中颗粒物中的可吸入的组分是造成这种情况的主要原因。个人健康风险主要取决于个体暴露于何种类型的粒子负载的时间长度以及程度。因此，需要量化局部和相应的当前的粒子负载。颗粒物(PM)美国国家空气质量标准引入了将空气中颗粒物分类为PM_x粒级，其考虑了尘埃粒子的大小或直径x，并且因此考虑了这些尘埃粒子进入呼吸道和个人身体的穿透深度。这里特别区分了包含直径达到10μm的粒子的粗尘埃PM₁₀、粒子直径达到2.5μm的细小物质PM_2.5和粒子直径达到1μm的超细尘埃PM₁。

通常使用该PM标准量化空气中颗粒物或粒子负载。为此目的，对于至少一个粒级PM_x，规定在一段时间内检测到的每体积尘埃粒子质量。然而，这种信息并不能很充分地反映空气中颗粒物的危害性，因为尘埃粒子的危险性并不仅仅取决于它们的大小和重量。这些特性仅允许做出关于可能进入身体的穿透深度的说明。尘埃粒子的毒性还取决于它们的物理和化学性质，即它们的表面组成和/或化学组成。因此，存在用于量化空气中颗粒物或粒子负载的其他方法。

这里涉及的粒子负载量化是基于对体积内的尘埃粒子数的测量。基于PM分类和公知的用于尘埃粒子的尺寸和质量分布的模型，可以确定单位粒子负载(即，每体积的尘埃粒子质量)非常好的估计值。然而，每体积粒子数的值也使通过其他方法对粒子负载进行量化成为可能。

对粒子负载问题的日益认识正在产生对快速、局部和自主测量粒子负载的选择的需求，特别是在大城市中，它们特别受空气中颗粒物造成的重大负担的影响。除了国家或科研机构之外，私人也有兴趣了解他们当前位置的当前粒子负载。因此需要用于检测粒子负载的便携式小型化传感器。

从WO2017/198699A1中已知了示例性光学粒子传感器。粒子传感器包括激光传感器模块，其具有用于发射对应的光学测量激光束的至少两个激光器，光学测量激光束在粒子传感器附近的粒子上反射。通过公共检测器检测反射的测量激光束，并发射对应的测量信号。检测原理基于自混合干涉方法(SMI方法)，这意味着反射的测量光束干涉发射的测量激光束。干涉导致激光器的光学和电学特性的变化，该变化可以被检测到并且可以由该变化得出关于粒子传感器附近的粒子的特性的结论。