顆粒傳感器設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及顆粒傳感器設(shè)備，具有：光學(xué)發(fā)射裝置，所述光學(xué)發(fā)射裝置設(shè)計(jì)用于發(fā)射光學(xué)輻射，使得能夠至少部分地照射可能具有至少一個(gè)顆粒的容積；光學(xué)探測(cè)裝置，所述光學(xué)探測(cè)裝置具有至少一個(gè)探測(cè)面，在所述至少一個(gè)顆粒上散射的光學(xué)輻射的至少一部分入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面上，其中，能夠輸出關(guān)于入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面上的光學(xué)輻射的強(qiáng)度和/或強(qiáng)度分布的至少一個(gè)信息信號(hào)；分析處理裝置，借助所述分析處理裝置能夠確定和輸出關(guān)于顆粒的存在、顆粒數(shù)量、顆粒密度和/或顆粒的至少一個(gè)特性的信息；所述顆粒傳感器設(shè)備還包括至少一個(gè)透鏡元件，所述至少一個(gè)透鏡元件布置為使得所發(fā)射的光學(xué)輻射能夠聚焦到所述容積內(nèi)的聚焦區(qū)域上。
【專利說明】
顆粒傳感器設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種顆粒傳感器設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示出傳統(tǒng)的散射光顆粒計(jì)數(shù)器，例如在DE10 2013 202 423 Al描述的散射光顆粒計(jì)數(shù)器中包括所示出的散射光顆粒計(jì)數(shù)器的部件。
[0003]圖1示意性示出的散射光顆粒計(jì)數(shù)器具有激光源10、光子探測(cè)器12和測(cè)量單元14，氣流16被抽取通過所述測(cè)量單元。從激光源10發(fā)射的激光束18透射測(cè)量單元14的部分區(qū)段。如果激光束18在所透射的測(cè)量單元14的部分區(qū)段內(nèi)入射到氣流16的至少一個(gè)顆粒16a上，則激光束18的至少一些光子作為散射20散射到光子探測(cè)器12上。(激光束18的未散射的部分入射到吸收器22上)。通過使用這種傳統(tǒng)的散射光顆粒計(jì)數(shù)器要根據(jù)借助光子探測(cè)器12驗(yàn)證的散射20可以求取關(guān)于在氣流16中可能存在的顆粒16a的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種具有權(quán)利要求1的特征的顆粒傳感器設(shè)備。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0006]根據(jù)本發(fā)明的顆粒傳感器設(shè)備即使在使用具有弱發(fā)射的光學(xué)發(fā)射裝置的情況下，由于所發(fā)射的光學(xué)輻射聚焦到聚焦區(qū)域上，也能夠在聚焦區(qū)域中實(shí)現(xiàn)足夠高的光學(xué)輻射強(qiáng)度。因此，在聚焦區(qū)域中的至少一個(gè)顆粒上散射的光學(xué)輻射的強(qiáng)度也是高的。尤其地，盡管所散射的光學(xué)輻射的強(qiáng)度取決于散射顆粒的顆粒尺寸，但是即使在小的顆粒尺寸的情況下仍能夠保證由聚焦區(qū)域中的顆粒散射的光學(xué)輻射的強(qiáng)度足夠高。因此也保證光學(xué)探測(cè)裝置具有高的靈敏度。因此，根據(jù)本發(fā)明的顆粒傳感器設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確并(幾乎)無錯(cuò)誤地確定所輸出的信息。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的顆粒傳感器設(shè)備在其運(yùn)行期間還具有與傳統(tǒng)的散射光顆粒計(jì)數(shù)器相比降低的功率消耗。這使得例如借助電池向顆粒傳感器設(shè)備為其運(yùn)行提供能量變得容易O
[0008]如下面還要更詳細(xì)地闡述的，還能夠以與傳統(tǒng)的散射光顆粒計(jì)數(shù)器相比減少的結(jié)構(gòu)尺寸低成本地制造根據(jù)本發(fā)明的顆粒傳感器設(shè)備。因此，根據(jù)本發(fā)明的顆粒傳感器設(shè)備也有利地適用于移動(dòng)應(yīng)用或作為傳感器用于聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
[0009]在所述顆粒傳感器設(shè)備的一種有利的實(shí)施方式中，聚焦到聚焦區(qū)域上的并且至少部分地在所述聚焦區(qū)域中的至少一個(gè)顆粒上散射的光學(xué)輻射的至少一部分借助至少一個(gè)透鏡元件聚焦到至少一個(gè)探測(cè)面上。借助所述至少一個(gè)透鏡元件的這種多功能性，能夠在所述顆粒傳感器設(shè)備上節(jié)省其他光學(xué)構(gòu)件。
[0010]例如，所發(fā)射的光學(xué)輻射可以借助至少一個(gè)透鏡元件可聚焦到具有焦距長度在20cm以下和/或聚焦直徑在ΙΟΟΟμπι以下的聚焦區(qū)域上。所發(fā)射的光學(xué)輻射尤其可以借助所述至少一個(gè)透鏡元件可聚焦到具有焦距長度在I至3cm之間和/或聚焦直徑在I至20μπι之間的聚焦區(qū)域上。
[0011]在所述顆粒傳感器設(shè)備的另一種有利的實(shí)施方式中，分析處理裝置設(shè)計(jì)用于確定平均顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、平均顆粒質(zhì)量、顆粒質(zhì)量分布、平均顆粒形狀、顆粒形狀分布、平均顆粒速度和/或顆粒速度分布，作為顆粒的至少一個(gè)特性。因此，所述顆粒傳感器設(shè)備可以應(yīng)用于多個(gè)方面。
[0012]優(yōu)選地，所述光學(xué)發(fā)射裝置和所述光學(xué)探測(cè)裝置構(gòu)造在同一個(gè)芯片上和/或中。這使得所述顆粒傳感器設(shè)備的微型化變得容易。
[0013]在一種成本低廉的實(shí)施方式中，所述光學(xué)發(fā)射裝置包括VCSEL激光器和/SVeCSEL激光器。在這種情況下，所述光學(xué)探測(cè)裝置更優(yōu)選地包括至少一個(gè)集成到VCSEL激光器或VeCSEL激光器的層結(jié)構(gòu)中的光電二極管。
[0014]在所述顆粒傳感器設(shè)備的另一種優(yōu)選的構(gòu)型中，借助自混頻干涉效應(yīng)分析所發(fā)射的光學(xué)輻射和/或經(jīng)散射的光學(xué)輻射。對(duì)此也可以解釋為，利用自混頻干涉效應(yīng)來探測(cè)由顆粒散射的光，例如可以借助集成的光電二極管檢測(cè)所述自混頻干涉效應(yīng)。
[0015]這樣的光學(xué)探測(cè)裝置能夠自動(dòng)地濾除不希望的環(huán)境光信號(hào)。因此，相比傳統(tǒng)的散射光顆粒計(jì)數(shù)器，入射到設(shè)備外的或設(shè)備內(nèi)的容積中的寄生光對(duì)所述顆粒傳感器設(shè)備的工作方式損害更小。在傳統(tǒng)的散射光顆粒計(jì)數(shù)器的情況下，使測(cè)量單元可靠地變暗(Abdunklung)是該測(cè)量單元運(yùn)行的基本前提條件，而這里描述的顆粒傳感器設(shè)備具有背景信號(hào)的自動(dòng)“濾除”。
[0016]在一種有利的擴(kuò)展方案中，所述顆粒傳感器設(shè)備附加包括反射鏡裝置，所述聚焦區(qū)域借助所述反射鏡裝置使可以在所述容積內(nèi)一維或者二維地移動(dòng)。因此可以由所述聚焦區(qū)域掃描要對(duì)顆粒進(jìn)行檢查的樣本容積。
[0017]在這里描述的所有實(shí)施方式中，所述顆粒傳感器設(shè)備可以是顆粒驗(yàn)證設(shè)備和/或顆粒計(jì)數(shù)設(shè)備。
【附圖說明】
[0018]以下參照附圖闡述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖中:
[0019]圖1是傳統(tǒng)的散射光顆粒計(jì)數(shù)器；
[0020]圖2a和2b是顆粒傳感器設(shè)備的第一實(shí)施方式的示意圖以及用于闡述其工作方式的傅里葉譜；
[0021 ]圖3是顆粒傳感器設(shè)備的第二實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖2a和2b示出所述顆粒傳感器設(shè)備的第一實(shí)施方式的示意圖以及用于闡述其工作方式的傅里葉譜。
[0023]圖2a示意性示出的顆粒傳感器設(shè)備具有光學(xué)發(fā)射裝置50a，所述光學(xué)發(fā)射裝置設(shè)計(jì)用于在該光學(xué)發(fā)射裝置50a的發(fā)射譜內(nèi)發(fā)射光學(xué)輻射52。所述光學(xué)發(fā)射裝置50a的發(fā)射譜例如可以處于350nm至1150nm的波長范圍內(nèi)，尤其可處于可見的波長范圍內(nèi)。然而要明確指出，所述光學(xué)發(fā)射裝置50a的發(fā)射譜不局限于這些波長范圍，尤其不局限于可見的波長范圍。因此，所述光學(xué)發(fā)射裝置50a的發(fā)射譜的至少一部分也可以處于紅外范圍和/或紫外范圍內(nèi)。所述光學(xué)發(fā)射裝置50a尤其還可以設(shè)計(jì)用于發(fā)射單色的光學(xué)輻射52。所述光學(xué)發(fā)射裝置50a還可以設(shè)計(jì)用于發(fā)射多色的光學(xué)輻射52。
[0024]所述光學(xué)發(fā)射裝置50a尤其可以包括激光器50a。如果脈沖的光學(xué)輻射52對(duì)于所述顆粒傳感器設(shè)備是優(yōu)選的，則所述光學(xué)發(fā)射裝置50a也可以是脈沖激光器50a。另外，用于所述光學(xué)發(fā)射裝置50a的激光器50a可以發(fā)射具有(幾乎)任意射束直徑的激光束作為光學(xué)輻射52。因此，用于所述光學(xué)發(fā)射裝置50a的激光器50a的可應(yīng)用性對(duì)于作為光學(xué)輻射52發(fā)射的激光束(幾乎)沒有提出基本前提條件。
[0025]在一種有利的實(shí)施方式中，所述光學(xué)發(fā)射裝置50a是/包括VCSEL激光器50a(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser垂直腔面發(fā)射激光器)。這種經(jīng)常也稱為表面發(fā)射器50a的VCSEL激光器50a通常是半導(dǎo)體激光器，在半導(dǎo)體激光器的情況下，垂直于一個(gè)功能化的半導(dǎo)體芯片平面發(fā)射所述光學(xué)輻射52。將VCSEL激光器50a應(yīng)用于所述光學(xué)發(fā)射裝置50a改善了所述顆粒傳感器設(shè)備的可微型化性。
[0026]圖2a示意性示出的顆粒傳感器設(shè)備可以用于驗(yàn)證或檢查可能存在于容積54的至少一部分中的顆粒56。相應(yīng)的容積54可以是所述顆粒傳感器設(shè)備的設(shè)備內(nèi)的容積54—一例如樣本室/測(cè)量室。然而，所述顆粒傳感器設(shè)備還可以設(shè)計(jì)用于驗(yàn)證或檢查在設(shè)備外的容積54的至少一部分中的顆粒56。在這種情況下，所述顆粒傳感器設(shè)備優(yōu)選可以這樣布置在所述設(shè)備外的容積54上，使得能夠?qū)嵤┰擃w粒傳感器設(shè)備的部件的以下描述的功能。
[0027]在所有情況下都能夠至少部分地借助由所述光學(xué)發(fā)射裝置50a發(fā)射的光學(xué)輻射52照射所述容積54(具有可能存在于其中的至少一個(gè)顆粒56)。此外，所述顆粒傳感器設(shè)備具有至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58，其這樣布置，使得(由所述光學(xué)發(fā)射裝置50a)發(fā)射的光學(xué)輻射52借助所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58可聚焦/聚焦到在容積54內(nèi)的聚焦區(qū)域60上。優(yōu)選地，(由所述光學(xué)發(fā)射裝置50a)發(fā)射的光學(xué)輻射52可以借助所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58聚焦到在容積54內(nèi)的聚焦區(qū)域60上，使得僅僅在所述聚焦區(qū)域60內(nèi)存在所發(fā)射的光學(xué)輻射52的高強(qiáng)度，而同時(shí)在容積54的所述聚焦區(qū)域60外的其余區(qū)域具有所發(fā)射的光學(xué)輻射52的明顯更低的強(qiáng)度。
[0028]優(yōu)選的焦點(diǎn)/聚焦區(qū)域60具有小于ΙΟΟΟμπι的直徑。尤其I至20μπι的直徑是有利的。以此方式，即使在(由光學(xué)發(fā)射裝置50a)發(fā)射的光學(xué)輻射52強(qiáng)度小的情況下，也可以確保在所述聚焦區(qū)域60內(nèi)存在所發(fā)射的光學(xué)輻射52的提高的強(qiáng)度。因此，即使在所述光學(xué)發(fā)射裝置50a的相對(duì)弱的發(fā)射的情況下，(由光學(xué)發(fā)射裝置50a)發(fā)射的光學(xué)輻射52的強(qiáng)度也足夠高，以便保證存在于聚焦區(qū)域60中的至少一個(gè)顆粒56上的能夠在光學(xué)方面容易探測(cè)/驗(yàn)證的散射62。此外，由存在于聚焦區(qū)域60中的至少一個(gè)顆粒56導(dǎo)致的散射62的容易的可驗(yàn)證性/可探測(cè)性改善了在檢查可能存在的顆粒56時(shí)和/或在求取其特性時(shí)的結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0029]這能夠使顆粒56的驗(yàn)證和/或檢查與存在于容積54中的材料——例如氣體和/或液體(幾乎)無關(guān)。因此，所述顆粒傳感器設(shè)備的可應(yīng)用性也幾乎不受(可能摻雜有顆粒56的)材料限制。這提高了所述顆粒傳感器設(shè)備的可應(yīng)用性。
[0030]“至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58”可以理解為任何適于聚焦光的光學(xué)元件。所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58例如可以是(唯一的)聚焦透鏡58。因此，在所述顆粒傳感器設(shè)備上可以使用成本低廉的構(gòu)件作為所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58。
[0031]優(yōu)選的焦距長度小于20cm，尤其l-3cm是有利的。
[0032]所述顆粒傳感器設(shè)備還具有光學(xué)探測(cè)裝置50b，所述光學(xué)探測(cè)裝置50b具有至少一個(gè)探測(cè)面64。這樣布置所述至少一個(gè)探測(cè)面64，使得由所述光學(xué)發(fā)射裝置50a發(fā)射的并且至少部分地在(聚焦區(qū)域60內(nèi)的)至少一個(gè)顆粒56上散射的光學(xué)輻射的至少一部分(作為散射62)入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上。由于(由光學(xué)發(fā)射裝置50a發(fā)射的)光學(xué)輻射52聚焦到聚焦區(qū)域60上并且由此在所述聚焦區(qū)域60中引起光學(xué)輻射52的高強(qiáng)度，保證即使在所述聚焦區(qū)域60中的顆粒56的數(shù)量少和/或所述聚焦區(qū)域60中的顆粒尺寸小的情況下，仍然使具有可以容易且可靠地探測(cè)/驗(yàn)證的強(qiáng)度的散射62入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上。對(duì)此可以解釋為，由于強(qiáng)聚焦定義了一個(gè)可嚴(yán)格規(guī)定的距離范圍作為聚焦區(qū)域60，在該聚焦區(qū)域中可以這樣可靠地產(chǎn)生散射62的足夠高的強(qiáng)度，使得即使在顆粒64數(shù)量少和/或聚焦區(qū)域60中的顆粒尺寸小的情況下，也保證明顯的散射信號(hào)。因此，即使對(duì)于具有小顆粒尺寸的少數(shù)顆粒56仍實(shí)現(xiàn)顆粒傳感器設(shè)備的高的且可靠的靈敏度。
[0033]散射62的相對(duì)高的強(qiáng)度(即使在聚焦區(qū)域60中的顆粒64數(shù)量少和/或顆粒尺寸小的情況下)也允許成本低廉并且節(jié)省結(jié)構(gòu)空間地構(gòu)造光學(xué)探測(cè)裝置50b。因此，對(duì)于所述顆粒傳感器設(shè)備上的光學(xué)探測(cè)裝置50b可以使用成本低廉并且需要結(jié)構(gòu)空間少的探測(cè)器/光電二極管。
[0034]“光學(xué)發(fā)射裝置50a”和“光學(xué)探測(cè)裝置50b”并不必須理解為分離構(gòu)造的裝置。取而代之地，光學(xué)發(fā)射裝置50a和光學(xué)探測(cè)裝置50b可以構(gòu)造為一個(gè)光學(xué)發(fā)射及探測(cè)裝置50a和50b ο例如光學(xué)發(fā)射裝置50a和光學(xué)探測(cè)裝置50b還可以構(gòu)造在同一個(gè)芯片66上和/或中。
[0035]如果光學(xué)發(fā)射裝置50a包括至少一個(gè)VCSEL和/或VeCSEL激光器50a，則在光學(xué)探測(cè)裝置50b中優(yōu)選是集成在VCSEL或VeCSEL激光器50a的層結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)光電二極管。這樣的光學(xué)發(fā)射及探測(cè)裝置50a和50b或相應(yīng)的芯片66可以稱為SMI VCSEL傳感器66(Integrierter Self-Mixing VESEL-Sensor 66，集成自混頻VCSEL傳感器66)。在這種VCSEL傳感器66的情況下，借助發(fā)射與散射62的干涉實(shí)現(xiàn)對(duì)入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上的散射62的探測(cè)。因此，在VCSEL傳感器66的情況下，不返回到(在聚焦區(qū)域60中存在的至少一個(gè)顆粒56上的)散射62上的入射光被自動(dòng)濾除到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上。因此還省去了對(duì)用于驗(yàn)證或檢查顆粒56的容積54進(jìn)行環(huán)境光屏蔽的傳統(tǒng)必要性。因此在所述顆粒傳感器設(shè)備上無需考慮光屏蔽設(shè)備的成本和結(jié)構(gòu)空間需求。
[0036]此外，在裝置50a和50b共同集成到芯片66上的情況下，借助所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58可以將聚焦到聚焦區(qū)域60上的并且至少部分地在聚焦區(qū)域60中的至少一個(gè)顆粒56上散射的光學(xué)輻射/散射62的至少一部分再次成束返回到所述至少一個(gè)探測(cè)面64
上。通過所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58--例如(唯一的)聚焦透鏡58的這種多功能性，在所述顆粒傳感器設(shè)備上可以節(jié)省其他光學(xué)構(gòu)件。此外，以此方式可以保證(幾乎)僅僅來自聚焦區(qū)域60的散射62入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上。因此，所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58——例如尤其是(唯一的)聚焦透鏡58——還實(shí)現(xiàn)對(duì)來自容積54(在聚焦區(qū)域60夕卜)的其余區(qū)域的不希望的散射輻射的另一種“空間分辨的濾除”。這改善了所述顆粒傳感器設(shè)備的驗(yàn)證準(zhǔn)確性并降低其錯(cuò)誤率。
[0037]然而，所述顆粒傳感器設(shè)備的構(gòu)造性不局限于裝置50a和50b共同集成到芯片66中或者共同的芯片66的一種特定的芯片類型上。
[0038]所述光學(xué)探測(cè)裝置50b設(shè)計(jì)用于輸出關(guān)于入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上的光學(xué)輻射/散射62的強(qiáng)度和/或強(qiáng)度分布的至少一個(gè)信息信號(hào)/傳感器信號(hào)68。此外，所述顆粒傳感器設(shè)備還具有分析處理裝置70，借助所述分析處理裝置在考慮所述至少一個(gè)信息信號(hào)/傳感器信號(hào)68的情況下，能夠確定和輸出關(guān)于顆粒56的存在、顆粒數(shù)量、顆粒密度和/或顆粒56的特性的信息72。例如所述分析處理裝置70可以設(shè)計(jì)用于確定平均顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、平均顆粒質(zhì)量、顆粒質(zhì)量分布、平均顆粒形狀、顆粒形狀分布、平均顆粒速度和/或顆粒速度分布作為顆粒56的至少一種特性。
[0039]圖2b示出一個(gè)坐標(biāo)系，其橫坐標(biāo)反映頻率f(赫茲)，而其縱坐標(biāo)反映SMI VCSEL傳感器的強(qiáng)度I。所畫出的是強(qiáng)度分布的傅里葉譜/傅里葉變換，作為所述光學(xué)探測(cè)裝置50b的一個(gè)可能的信息信號(hào)/傳感器信號(hào)68的示例。根據(jù)所出現(xiàn)的頻帶可以驗(yàn)證/測(cè)量顆粒56的存在和顆粒的速度。(這個(gè)實(shí)驗(yàn)使用的顆粒56的平均顆粒尺寸處于3μπι)。可以看出，借助所述顆粒傳感器設(shè)備還可以探測(cè)單個(gè)顆粒。然而，圖2b僅僅是示例性的說明。
[0040]作為有利的擴(kuò)展方案，圖2a示意性示出的顆粒傳感器設(shè)備還附加具有(僅僅示意性示出的)反射鏡裝置74，所述聚焦區(qū)域60借助所述反射鏡裝置能夠在容積64內(nèi)一維或二維地移動(dòng)。所述反射鏡裝置74例如可以具有一個(gè)唯一的反射鏡，該反射鏡可以圍繞一個(gè)擺動(dòng)軸或圍繞兩個(gè)擺動(dòng)軸進(jìn)行調(diào)整。所述反射鏡裝置74也可以包括兩個(gè)可圍繞各一個(gè)擺動(dòng)軸調(diào)整的反射鏡，其中，不同的反射鏡的這兩個(gè)擺動(dòng)軸彼此傾斜、優(yōu)選垂直定向。所述反射鏡裝置74的至少一個(gè)反射鏡例如可以是MEMS反射鏡。所述反射鏡裝置74的至少一個(gè)反射鏡的調(diào)整范圍優(yōu)選小于45°、尤其小于20°。然而，所述反射鏡裝置74的至少一個(gè)反射鏡的調(diào)整范圍可以直至360°。
[0041]盡管當(dāng)前(在短的時(shí)間間隔內(nèi))檢查的聚焦區(qū)域60仍較小，但是配備有反射鏡裝置74的顆粒傳感器設(shè)備能夠掃描容積54的相對(duì)大的區(qū)域、尤其是整個(gè)容積54。因此不再需要(例如借助于氣流或液流)將顆粒56主動(dòng)引導(dǎo)到聚焦區(qū)域60中。因此在所述顆粒傳感器設(shè)備上可以節(jié)省抽吸設(shè)備和/或栗設(shè)備。
[0042]圖3示出所述顆粒傳感器設(shè)備的第二實(shí)施方式的示意圖。
[0043]圖3示意性示出的顆粒傳感器設(shè)備同樣具有光學(xué)器件，所述光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)將所發(fā)射的光學(xué)輻射52聚焦到聚焦區(qū)域60上(在輻射路徑中間)ο由此實(shí)現(xiàn)在聚焦區(qū)域60中出現(xiàn)更高的亮度并且提高了來自該聚焦區(qū)域60的散射62的強(qiáng)度。
[0044]在這種情況下，也通過聚焦區(qū)域60中的至少一個(gè)顆粒56產(chǎn)生散射62，并且所述散射通過所述光學(xué)器件偏轉(zhuǎn)回到裝置50a和50b共同的芯片66上。只有處于聚焦區(qū)域60中(或附近)的顆粒56才產(chǎn)生入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上的散射，而來自容積54其余區(qū)域(在聚焦區(qū)域60外)的不希望的散射可以(在空間和譜方面)被濾除。
[0045]可以看到，借助所述反射鏡裝置74可以在至少一個(gè)空間方向76上這樣移動(dòng)所述聚焦區(qū)域60，使得可以掃描容積54的二維扇形的或三維漏斗形的區(qū)域。借助對(duì)聚焦區(qū)域60的這種掃描，因此可以對(duì)更大的區(qū)域檢查顆粒56的存在或顆粒的特性。由此例如可以實(shí)現(xiàn):可以顯著減少用于例如對(duì)于統(tǒng)計(jì)學(xué)重要的單位容積的顆粒密度的平均值的測(cè)量時(shí)間。
[0046]所述顆粒傳感器設(shè)備的上述所有實(shí)施方式都可以用作顆粒驗(yàn)證設(shè)備和/或顆粒計(jì)數(shù)設(shè)備。它們能夠這樣實(shí)現(xiàn)所發(fā)射的輻射52的聚焦，使得只有來自處于焦距約±20%的聚焦區(qū)域60中的顆粒56的散射62才入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面64上。
[0047]在上述所有實(shí)施方式中，所發(fā)射的光學(xué)輻射52可以借助所述至少一個(gè)透鏡元件/聚焦元件58聚焦到焦距長度在20cm以下和/或聚焦直徑在ΙΟΟΟμπι以下的聚焦區(qū)域60上。焦距長度尤其可以小于5cm。焦距長度優(yōu)選處于I至3cm之間。聚焦直徑可以在ΙΟΟμπι以下，優(yōu)選在I和20μηι之間。
[0048]上述所有顆粒傳感器設(shè)備都可以具有緊湊的結(jié)構(gòu)方式。這些顆粒傳感器設(shè)備尤其可以分別具有在Icm3以下的結(jié)構(gòu)空間需求。此外，上述顆粒傳感器設(shè)備中的每一個(gè)都能夠成本低廉地制造。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種顆粒傳感器設(shè)備，具有: 光學(xué)發(fā)射裝置(50a)，所述光學(xué)發(fā)射裝置被設(shè)計(jì)用于發(fā)射處于該光學(xué)發(fā)射裝置(50a)的發(fā)射譜內(nèi)的光學(xué)輻射(52)，從而使得能夠通過所發(fā)射的光學(xué)輻射(52)至少部分地照射設(shè)備外或設(shè)備內(nèi)的具有可能存在于其中的至少一個(gè)顆粒(56)的容積(54); 光學(xué)探測(cè)裝置(50b)，所述光學(xué)探測(cè)裝置具有至少一個(gè)探測(cè)面(64)，其中，所述至少一個(gè)探測(cè)面(64)布置為使得由所述光學(xué)發(fā)射裝置(50a)發(fā)射的并且至少部分地在所述至少一個(gè)顆粒(56)上散射的光學(xué)輻射(62)的至少一部分入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面(64)上，其中，所述光學(xué)探測(cè)裝置(50b)設(shè)計(jì)用于輸出關(guān)于入射到所述至少一個(gè)探測(cè)面(64)上的所述光學(xué)輻射(62)的強(qiáng)度和/或強(qiáng)度分布的至少一個(gè)信息信號(hào)(68); 分析處理裝置(70)，借助所述分析處理裝置在考慮所述至少一個(gè)信息信號(hào)(68)的情況下能夠確定和輸出關(guān)于顆粒(56)的存在、顆粒數(shù)量、顆粒密度和/或顆粒(56)的至少一個(gè)特性方面的信息(72); 其特征在于， 設(shè)置至少一個(gè)透鏡元件(58)，所述至少一個(gè)透鏡元件被布置為使得所發(fā)射的光學(xué)輻射(52)能夠借助所述至少一個(gè)透鏡元件(58)聚焦到所述容積(54)內(nèi)的聚焦區(qū)域(60)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，聚焦到所述聚焦區(qū)域(60)上的并且至少部分地在所述聚焦區(qū)域(60)中的所述至少一個(gè)顆粒(56)上散射的所述光學(xué)輻射(62)的至少一部分能夠借助所述至少一個(gè)透鏡元件(58)聚焦到所述至少一個(gè)探測(cè)面(64)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所發(fā)射的光學(xué)輻射(52)能夠借助所述至少一個(gè)透鏡元件(58)聚焦到具有焦距長度在20cm以下和/或聚焦直徑在ΙΟΟΟμπι以下的聚焦區(qū)域(60)上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所發(fā)射的光學(xué)輻射(52)能夠借助所述至少一個(gè)透鏡元件(58)聚焦到具有焦距長度在I至3cm之間和/或聚焦直徑在I至20μπι之間的聚焦區(qū)域(60)上。5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所述分析處理裝置(70)設(shè)計(jì)用于確定平均顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、平均顆粒質(zhì)量、顆粒質(zhì)量分布、平均顆粒形狀、顆粒形狀分布、平均顆粒速度和/或顆粒速度分布作為顆粒(56)的所述至少一個(gè)特性。6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，借助自混頻干涉效應(yīng)分析所發(fā)射的光學(xué)輻射(52)和/或經(jīng)散射的光學(xué)輻射(62)。7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所述光學(xué)發(fā)射裝置(50a)和所述光學(xué)探測(cè)裝置(50b)構(gòu)造在同一個(gè)芯片(66)上和/或中。8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所述光學(xué)發(fā)射裝置(50a)包括至少一個(gè)VCSEL激光器和/或VeCSEL激光器(50a)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所述光學(xué)探測(cè)裝置(50b)包括集成到所述VCSEL激光器或VeCSEL激光器(50a)的層結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)光電二極管。10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所述顆粒傳感器設(shè)備附加包括反射鏡裝置(74)，所述聚焦區(qū)域(60)能夠借助所述反射鏡裝置在所述容積(54)內(nèi)一維或者二維地移動(dòng)。11.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顆粒傳感器設(shè)備，其中，所述顆粒傳感器設(shè)備是顆粒驗(yàn)證設(shè)備和/或顆粒計(jì)數(shù)設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G01N15/02GK106066294SQ201610537200
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】N·迪特里希, F·菲舍爾, R·施尼策爾, J·黑爾米格, G·皮拉德, A·V·D·李
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司