具有衬层传感器的光学传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光学传感器，用于以光学方式测量出流体成分的至少一个浓度，特别是用于以光学方式测量出燃烧器或内燃机的废气中的炭黑浓度，所述光学传感器具有光源(11)和光学探测器(12)，其中，沿着所述光源(11)与所述探测器(12)之间的光传播，设置与所述流体连通的测量腔(13)和对所述测量腔(13)限界的至少一个光学窗(14)，其特征在于，衬层传感器(20)被集成到所述光学传感器(10)中，该衬层传感器用于独立检测所述光学窗(14)上的衬层(40)。

【技术实现步骤摘要】
具有衬层传感器的光学传感器
本专利技术涉及一种具有衬层传感器的光学传感器。
技术介绍
由文献DE102008044171A1已知一种用于测量出废气成分浓度的传感器，该传感器包括光源、测量单元和光学探测器，其中，由光源所产生的光进入到测量单元中并且从该处到达至光学探测器，其中，传感器还包括至少一个供入机构，通过该供入机构实现废气供入到测量单元中，并且通过该供入机构能够禁止废气的至少一部分供入到测量单元中。测量单元由光学窗限界，光从光源穿过该光学窗进入到测量单元中和/或从测量单元出来到达至光学探测器。
技术实现思路
本专利技术提出一种光学传感器，用于以光学方式测量出流体成分的至少一个浓度，特别是用于以光学方式测量出燃烧器或内燃机的废气中的炭黑浓度，所述光学传感器具有光源和光学探测器，其中，沿着所述光源与所述探测器之间的光传播设有与所述流体连通的测量腔和对所述测量腔限界的至少一个光学窗。根据本专利技术，衬层传感器被集成到所述光学传感器中，该衬层传感器用于独立检测所述光学窗上的衬层。本专利技术基于如下认识，即：在光学传感器的常规使用期间也可能在光学窗上形成衬层该衬层会减少光传输穿过该窗，且这种减少的传输原则上与光在测量单元中被吸收(或减少的交互作用)之间无法区分，进而会降低光学传感器的精度，或者说需要对传感器进行常规维护和/或再校准。因此，按照本专利技术，将用于独立检测出光学窗上的衬层的衬层传感器集成到光学传感器中。按照本专利技术用于测量出流体的成分的至少一个浓度的光学传感器可以例如是：CO传感器、CO2传感器、NO传感器、NOx传感器、SO2传感器、O2传感器、NH3传感器和/或炭黑传感器。也可以涉及到一种用于确定出柴油燃料中生物柴油份额的传感器。还可以涉及到一种用于在机动车中进行车载诊断(On-Board-Diagnose)的传感器和/或可携带式传感器和/或特别是一种用于车间的静止式传感器。特别是也考虑到微小型传感器，例如作为品名LABonChip已知。在本专利技术中，流体特别是在最宽的意义上是：气体或液体或者说是由气体和/或液体连同可能在其中所包含的悬浮物质组成的混合物。流体在此特别是如下物质或混合物：该物质或混合物可借助于其可流动性从而连续输送至光学传感器。通过独立地检测出光学窗上的衬层，特别是独立于流体成分浓度地(即与其无关地)检测出如下信息，即：衬层以何种程度存在于光学窗上。在获悉了衬层以何种程度存在于光学窗上的情况下，另一方面能够借助光学传感器(特别是以较高精度或以无需维护和/或无需再校准的方式)可靠地推导出流体成分浓度。按照本专利技术设定：将衬层传感器(Belagssensor)集成到光学传感器中。优选地，对此可理解为：衬层传感器与光学传感器并非相互分离开地设置。特别是，它们形成了一种可共同操作的(优选是布置在共同的壳体中的)装置。可以设定：按照本专利技术的光学传感器连同集成到其中的衬层传感器朝外具有唯一的和/或共同的机械接口(例如螺纹)和/或朝外具有唯一的和/或共同的电接口(例如插头或插座)。将衬层传感器集成到光学传感器中，这也可以附加或备选地设置成：衬层传感器和光学传感器在其构成的部件方面是一致的，也即例如：所述衬层传感器是光学式衬层传感器，所述衬层传感器包括：衬层传感器光源，该衬层传感器光源用于发射出衬层传感器光，该衬层传感器光用于照射所述光学窗的表面；和光学式衬层传感器探测器，该光学式衬层传感器探测器用于探测所述衬层传感器光源的发射光的一部分，其中，该部分与所述光学窗上的衬层的至少一个特性相关。在这种光学式衬层传感器的情况下，设有光学探测器同时设有光学式衬层传感器探测器和/或例如共同使用的光学窗。如果所述光学探测器同时也是光学式衬层传感器探测器，那么可以与对流体成分浓度的测量在时间方面分开地(例如以规律的重复的时间间隔)实现对衬层的探测。备选地，对衬层的探测可以与对流体成分浓度的测量同时地实现，其方式例如是，光源的发射/发射光(Emission)具有不同于衬层传感器光源的发射光的波长，和/或，其方式是，给光源的发射光和/或衬层传感器光源的发射光施加强度调制并且分别采用合适的探测器(或分析处理电路)。光学式衬层传感器特别是包括衬层传感器光源，例如可以是LED或激光器或半导体激光器。衬层传感器光源的发射光(同义词：“衬层传感器光”)特别是朝着光学窗的表面指向，该表面对测量腔限界。在此，衬层传感器光源从外部(即特别是从测量腔来看)的发射光可以朝着光学窗的表面指向，该表面也被光学传感器的光源照射。备选地，可能的是：衬层传感器光源的发射光首先耦入到光学窗中并且然后从内部射到光学窗的表面上，该表面也被光学传感器的光源照射。在此，衬层传感器光源的发射光耦入到光学窗中，这特别是可以经过光学窗的侧面得以实现，该侧面不被光源照射。例如，该窗的前侧及后侧可以被光源照射，而衬层传感器光源的发射光可穿过侧面(即不穿过前侧及后侧)耦入到光学窗中。光学式衬层传感器还特别是包括光学式衬层传感器探测器，例如光电探测器，例如光电二极管、SPAD或APD。特别是设定：衬层传感器光源的发射光的一部分射到光学式衬层传感器探测器上并由此被探测。这部分特别是与光学窗上的衬层的至少一个特性相关。例如，这部分可以是衬层上发生散射的光，从而，越多衬层存在于光学窗上，或者越不透明的衬层存在于光学窗上，那么探测到越多这种光。备选地，这部分可以是如下光：这种光已经在光学窗上经历了全反射。在该情况下，越多的衬层存在于光学窗上，或者越不透明的衬层存在于光学窗上，那么探测到越少这种光，因为在这种情况下衬层会影响到光在光学窗表面上的全反射。如上已经示例性阐明地那样，衬层传感器光源的发射光的射到衬层传感器探测器上的那部分可以是通过衬层发生了散射的光。备选地可以设定：衬层传感器光源的发射光的通过衬层经历了散射的那部分不会或无论如何只有非常小部分地射到衬层传感器探测器上。如果光学窗被衬层传感器光源的发射光以尽可能均匀的方式且由准直光进行照射，那么提高了衬层传感器进而光学传感器的精度，因为在该情况下能够很大程度上排除了衬层与各个光束的多重交互作用以及测量结果的与之有关的错误解读。例如这可以由此实现，即：衬层传感器光源的发射光在耦入到光学窗中之前通过全息摄影式光学元件或者通过楔形光学器件或者通过透镜进行准直。备选或附加地可以设定：在被衬层传感器探测器探测到之前，衬层传感器光源的发射光的该部分通过全息摄影式光学元件或者通过楔形板或者通过透镜被成像(特别是聚焦)到探测器上。衬层传感器光源的发射光的强度(或衬层传感器光源的发射光的、到达至衬层传感器探测器的那部分的强度)也经受波动，这种波动与光学窗上的衬层无关。例如，衬层传感器光源的整体发射光的输出功率可能发生波动或者在其使用寿命期间下降。因此适宜的是，设有参照探测器，衬层传感器光源的发射光的一部分射到该参照探测器上，而这部分事前没有与光学窗和/或其衬层发生交互作用。衬层传感器探测器的输出信号于是例如可以根据参照探测器的输出信号得以评估、尤其按照该输出信号被标准化(normiert)。如果衬层传感器光源的发射光的、射至参照探测器上的、事前没有与光学窗和/或其衬层发生交互作用的那部分也相对于流体而言完全屏蔽(即特别是相应的光传播与流体间隔开)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学传感器，用于以光学方式测量出流体成分的至少一个浓度，特别是用于以光学方式测量出燃烧器或内燃机的废气中的炭黑浓度，所述光学传感器具有光源(11)和光学探测器(12)，其中，沿着所述光源(11)与所述探测器(12)之间的光传播，设置：‑与所述流体连通的测量腔(13)，和‑对所述测量腔(13)限界的至少一个光学窗(14)，其特征在于，衬层传感器(20)集成到所述光学传感器(10)中，所述衬层传感器用于独立检测所述光学窗(14)上的衬层(40)。

【技术特征摘要】
2017.03.10 DE 102017204037.81.一种光学传感器，用于以光学方式测量出流体成分的至少一个浓度，特别是用于以光学方式测量出燃烧器或内燃机的废气中的炭黑浓度，所述光学传感器具有光源(11)和光学探测器(12)，其中，沿着所述光源(11)与所述探测器(12)之间的光传播，设置：-与所述流体连通的测量腔(13)，和-对所述测量腔(13)限界的至少一个光学窗(14)，其特征在于，衬层传感器(20)集成到所述光学传感器(10)中，所述衬层传感器用于独立检测所述光学窗(14)上的衬层(40)。2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述衬层传感器(20)是光学式衬层传感器(20)，所述衬层传感器包括：-衬层传感器光源(21)，该衬层传感器光源用于发射出衬层传感器光(3)，该衬层传感器光用于照射所述光学窗(14)的表面(141、142)，和-光学式衬层传感器探测器(22)，该光学式衬层传感器探测器用于探测所述衬层传感器光源(21)的发射光的一部分，其中，该部分与所述光学窗(14)上的衬层(40)的至少一个特性相关。3.根据权利要求2所述的光学传感器，其特征在于，所述光学式衬层传感器探测器(22)与所述光学探测器(12)一致。4.根据权利要求2或3所述的光学传感器，其特征在于，通过所述衬层传感器探测器(22)探测所述衬层传感器光源(21)的发射光的、在衬层(40)上发生散射的部分。5.根据权利要求2或3所述的光学传感器，其特征在于，通过所述衬层传感器探测器(22)探测所述衬层传感器光源(21)的发射光的、不通过衬层(40)发生散射的部分。6.根据权利要求2至5之一所述的光学传感器，其特征在于，所述衬层传感器光源(21)是LED或激光器。7.根据权利要求2至6之一所述的光学传感器，其特征在于，在耦入到所述光学窗(14)中之前，所述衬层传感器光源(21)的发射光是通过全息摄影式光学元件(50)或楔形光学器件(51)或透镜进行准直，和/或在通过所述衬层传感器探测器(22)探测之前，所述衬层传感器光源(21)的发射光的所述部分是通过全息摄影式光学元件(50’)或楔形光学器件(51’)或透镜被成像到所述衬层传感器探测器(22)上。8.根据权利要求2至7之一所述的光学传感器，其特征在于，设有参照探测器(25)，所述衬层传感器光源(21)的发射光的一部分射到该参照探测器上，而该部分事前没有与所述光学窗(14)和/或该光学窗的衬层(40)发生交互作用。9.根据权利要求8所述的光学传感器，其特征在于，所述衬层传感器光源(21)的发射光的、射到所述参照探测器(25)上的、事前没有与所述光学窗(14)和/或该光学窗的衬层(40)发生交互作用的部分相对于所述测量腔(13)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·迈尔，E·鲍姆加特，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE