用于检测颗粒的方法和传感器系统技术方案

一种用于检测颗粒的方法包括由发射器单元(EU)沿指定发射方向向测量室(MC)中发射光的第一脉冲(P1)，在第一时间窗口(TW1)期间由光敏元件检测第一反射部分(RF1)，以及根据第一反射部分(RF1)的检测确定颗粒数量。用于从发射器单元(EU)发射的、从反射器(R)反射的并且由光敏元件检测到的光射线的最小长度路径由发射方向且由反射器(R)、发射器单元(EU)和光敏元件的相互布置来限定。第一脉冲(P1)的起始时间与第一时间窗口(TW1)的结束时间之差小于沿最小长度路径传播的光的飞行时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测颗粒的方法和传感器系统本专利技术涉及检测或感测颗粒的领域。更具体地，本专利技术涉及一种用于检测(特别是以光学方式检测)颗粒，特别是测量室中存在的例如空气或者诸如水的液体的介质中的颗粒，的方法和传感器系统。现有的用于检测颗粒的方法可以在充满诸如空气的介质的测量室内使用具有LED和常规光电二极管的系统。例如，根据介质中的颗粒数量，LED发射的光或多或少被颗粒散射并且被光电二极管接收。这样的方法的缺陷在于污垢、颗粒、污染物和/或灰尘会附着在测量室的内表面上以及如LED或光电二极管(特别是其模具、外壳或盖)或者镜头之类的光学元件的表面上。这样的污染物的堆积例如甚至会由空气湿度加剧。由此，表示测量的介质中的颗粒数量的信号例如会被由于光学元件和/或测量室上的污染物引起的光吸收篡改，这会导致测量准确性下降。由于所描述的污染物在寿命期间会变得更差，因此传感器系统可能缺乏长期的可靠性。因此，目标是提供一种改进的用于检测颗粒(特别是介质中的颗粒)的概念，其导致提高的测量准确性和/或提高的长期可靠性。该目标通过独立权利要求的主题所实现。另外的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。在本文，颗粒例如可以包括灰尘颗粒、微粒、烟雾颗粒、生物颗粒，或者其它类型的颗粒。颗粒大小例如可以处于纳米、微米和/或毫米的范围内。典型的颗粒大小可以包括100nm、1μm、2.5μm或10μm。在本文，表述“空气”通常表示例如存在于根据改进的概念的传感器系统的环境中的气体或气态混合物。特别地，“空气”可以表示地球大气中存在的气态混合物。然而，表述“空气”并不应当以有关气体或气态混合物的特定组分的限制意义来理解。特别地，根据改进的概念的实施方式并不依赖于这样的特定组分。在本文，表述“光”通常表示具有处于可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱辐射内的波长的电磁辐射。根据改进的概念，由发射器单元向测量室中发射光的第一脉冲，并且被存在于测量室中的介质中的颗粒反射的第一脉冲的第一部分在第一时间窗口期间被光敏元件检测到。其中，第一时间窗口针对第一脉冲的时序以及针对测量室、发射器单元和光敏元件的相互布置来具体调节。特别地，第一测量窗口在从测量室(例如，测量室的反射器)反射的光能够击中光敏元件的时间点之前结束。根据改进的概念，提供了一种用于检测存在于测量室中的介质中的颗粒的方法。该方法包括由发射器单元向测量室中发射光的第一脉冲，其中第一脉冲沿发射器单元的指定发射方向发射。尤其从介质中的颗粒反射的第一脉冲的第一反射部分在第一时间窗口期间被光敏元件检测到。该方法进一步包括例如利用处理单元根据在第一时间窗口期间对第一反射部分的检测来确定介质中的颗粒数量。颗粒测量信号例如可以基于所确定的介质中的颗粒数量来生成。用于由发射器单元尤其沿发射方向所发射的、随后从测量室的反射器反射的且由光敏元件检测到的光射线的最小长度路径由发射方向且由反射器、发射单元和光敏元件的相互布置来限定。相互布置例如可以包括反射器、发射器单元和/或光敏元件的定向。第一脉冲的起始时间与第一时间窗口的结束时间之差小于沿最小长度路径传播的光的飞行时间TOF。因此，在第一时间窗口期间检测到的光的第一反射部分并不受来自测量室(特别是反射器)的反射的影响，并且因此并不受测量室(特别是反射器)的污染物的吸收的影响。因此，所确定的介质中的颗粒数量的准确性可以提高。此外，使用根据改进的概念的方法的传感器系统的长期可靠性可以提高。在存在用于由发射器单元发射的、从反射器反射的且由光敏元件检测到的光射线的具有不同路径长度的多条路径的情况下，最小长度路径对应于该多条路径中具有最小路径长度的一条路径。要指出的是，为了指定最小长度路径而监视的光射线例如是并不一定实际由发射器单元发射的虚拟或想象的光射线。所述光射线例如并不包括除来自反射器的反射以外的任何反射，特别是其并不包括来自测量室内的介质中的颗粒的任何反射。然而，根据测量室的详细实施方式以及所提到的相互布置，所述光射线可能受到来自反射器的一个或更多个反射的影响，其中反射器可以包括可以相互连接或可以不相互连接的一个或更多个反射器组件。反射器被布置在测量室中，使得反射器沿发射方向发射的光被反射器反射，并且随后击中光敏元件。在一些实施方式中，反射器由测量室的一个或更多个组件(特别是外壳组件)表示。在可替换实施方式中，反射器包括布置在测量室中的一个或更多个镜子或塑料组件。塑料组件例如可以是黑色塑料组件，特别是在第一脉冲的光是红外光的情况下。例如，可以使用对于人眼表现为黑色的塑料材料，其例如可以体现红外光的实质反射率，例如，针对大约900nm的波长范围例如为大约20％。测量室例如可以用于生成黑暗或带阴影的测量环境，特别是可以被光学封闭。以这种方式，可以减少由于周围光引起的测量误差。根据一些实施方式，存在于测量室中的介质是空气。根据一些实施方式，存在于测量室中的介质是液体，例如水或者另一种液体溶剂或液体物质。发射器单元例如可以包括被配置为发射第一脉冲的第一反射器。发射方向随后由第一发射器的指定发射方向来给定。在一些实施方式中，第一发射器包括激光器，例如激光二极管、垂直腔面发射激光器VCSEL、边缘发射半导体激光器或者另一种激光器。使用激光器可以具有如下优点：由于光与例如反射器上的污染物的交互所导致的光的光谱移动可以被忽略。此外，使用激光器可以导致第一发射器的唯一发射方向。因此，用于由第一发射器发射的、从反射器反射的且由光敏元件检测到的光射线的路径可以全部具有相同或基本上相同的路径长度。在上文和下文中，任何提到的时间点之差对应于时间点之差的绝对值。在一些实施方式中，所描述的发射第一脉冲和检测第一反射部分的步骤包括在一个测量周期中。测量周期可以以循环方式被重复数次并且颗粒数量可以根据几个测量周期的各自第一时间窗口期间的检测来确定。因此，测量准确性可以进一步提高。第一脉冲例如可以具有大约几纳米、数十纳米或数百纳米量的脉冲长度。测量周期之一例如可以具有大约数微米、数十微米或数百微米量的时段。光敏元件被配置为用于时间分辨光检测，特别是用于高速时间分辨光检测。在一些实施方式中，光敏元件包括高速光子检测元件。根据一些实施方式，光敏元件包括一个或更多个雪崩光电二极管APD，例如一个或更多个APD阵列。在一些实施方式中，光敏元件包括一个或更多个单光子雪崩二极管SPAD，例如一个或更多个SPAD阵列。根据一些实施方式，根据第一时间窗口期间的检测确定颗粒数量包括在第一时间窗口期间对撞击在光敏元件上的光反射的数量进行计数。以这种方式，能够确定在第一时间窗口期间由于来自介质中的颗粒的反射而在每个时间单位有多少反射发生。颗粒测量信号然后可以包括尤其对应于几个测量周期的表示计数的直方图数据。因此，颗粒数量可以基于在第一时间窗口期间所计数的撞击在光敏元件上的光反射的数量来计算。根据一些实施方式，第一时间窗口的起始时间等于或晚于第一脉冲的起始时间，特别是与第一脉冲的起始时间同步。根据一些实施方式，光敏元件和发射器单元包括在传感器设备中。传感器设备可以包括发射器单元和光敏元件安装在其上的载体。特别地，光敏元件和发射器单元可以被布置在由载体的表面给出的公共平面上。传感器设备可以进一步包括盖或外罩，特别是光学透明或半透明的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测存在于测量室(MC)中的介质中的颗粒的方法，所述方法包括：‑由发射器单元(EU)沿所述发射器单元(EU)的指定发射方向将光的第一脉冲(P1)发射至测量室(MC)中；‑由光敏元件在第一时间窗口(TW1)期间检测第一脉冲的第一反射部分(RF1)；以及‑根据第一时间窗口(TW1)期间的检测来确定介质中的颗粒数量；‑其中用于由发射器单元(EU)发射的、从测量室(MC)的反射器(R)反射的且由光敏元件检测到的光射线的最小长度路径由所述发射方向且由反射器(R)、发射器单元(EU)和光敏元件的相互布置来限定；以及‑其中第一脉冲(P1)的起始时间与第一时间窗口(TW1)的结束时间之差小于沿最小长度路径传播的光的飞行时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 EP 16163391.21.一种用于检测存在于测量室(MC)中的介质中的颗粒的方法，所述方法包括：-由发射器单元(EU)沿所述发射器单元(EU)的指定发射方向将光的第一脉冲(P1)发射至测量室(MC)中；-由光敏元件在第一时间窗口(TW1)期间检测第一脉冲的第一反射部分(RF1)；以及-根据第一时间窗口(TW1)期间的检测来确定介质中的颗粒数量；-其中用于由发射器单元(EU)发射的、从测量室(MC)的反射器(R)反射的且由光敏元件检测到的光射线的最小长度路径由所述发射方向且由反射器(R)、发射器单元(EU)和光敏元件的相互布置来限定；以及-其中第一脉冲(P1)的起始时间与第一时间窗口(TW1)的结束时间之差小于沿最小长度路径传播的光的飞行时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：-在一个或更多个另外的时间窗口(TW2,TW3)期间检测-由发射器单元(EU)发射到测量室(MC)中的光的第二脉冲(P2)的反射部分(RFS)；和/或-第一脉冲(P1)的另外的反射部分(RF2,RF3)，反射部分(RFS)和/或另外的反射部分(RF2,RF3)受到测量室的污染物，特别是反射器的污染物，和/或盖或外罩的污染物的光吸收的影响；以及-根据所述一个或更多个另外的时间窗口(TW2,TW3)期间的检测来确定至少一个补偿因数，其中所述颗粒数量进一步基于所述一个或更多个补偿因数来确定。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个补偿因数的确定包括将根据所述一个或更多个另外的时间窗口(TW2,TW3)期间的检测的至少一个测量值与至少一个预定参考值进行比较。4.根据权利要求2或3之一所述的方法，其中-所述一个或更多个另外的时间窗口(TW2,TW3)包括在第一时间窗口(TW1)之后的第二时间窗口(TW2)；-所述方法包括由光敏元件在第二时间窗口(TW2)期间检测第一脉冲(P1)的第二反射部分(RF2)；以及-所述至少一个补偿因数根据第二时间窗口(TW2)期间的检测来确定。5.根据权利要求4所述的方法，其中沿最小长度路径传播的光的飞行时间-大于第一脉冲(P1)的结束时间与第二时间窗口(TW2)的起始时间之差；并且-小于第一脉冲(P1)的起始时间与第二时间窗口(TW2)的结束时间之差。6.根据权利要求2至5之一所述的方法，其中-所述一个或更多个另外的时间窗口(TW2,TW3)包括在第一时间窗口(TW1)之前的第三时间窗口(TW3)；-所述方法包括由光敏元件在第三时间窗口(TW3)期间检测第一脉冲(P1)的第三反射部分；以及-所述至少一个补偿因数根据第三时间窗口(TW3)期间的检测来确定。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·埃嫩克尔，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT