用于确定基于激光的颗粒探测器的操作条件的方法技术

本发明专利技术描述了一种用于确定颗粒探测器(200)的操作条件的方法，所述颗粒探测器用于探测流体中的具有小于20μm、优选地小于10μm的尺寸的颗粒的颗粒密度，其中，所述颗粒探测器(200)包括激光器(111)，其中，所述激光器是多模垂直腔表面发射激光器，所述方法包括以下步骤：向所述激光器(111)提供驱动电流，使得所述激光器发射激光束(112)，在预先定义的驱动电流范围内改变驱动电流，确定作为所述驱动电流的函数的、所述激光器(111)的激光腔内的光波的强度信号，确定作为所述驱动电流的函数的、所述强度信号的噪声度量，确定使所述噪声度量低于预先定义的阈值的驱动电流范围，通过从所确定的驱动电流范围中选择用于颗粒探测的驱动电流来确定所述颗粒探测器(200)的操作条件的至少一部分。本发明专利技术还涉及一种颗粒探测器(200)和包括所述颗粒探测器(200)的移动设备(190)。最后，本发明专利技术涉及相关的计算机程序产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定基于激光的颗粒探测器的操作条件的方法
本专利技术涉及一种用于确定基于激光的颗粒探测器的操作条件的方法。本专利技术还涉及一种颗粒探测器和包括这种颗粒探测器的移动设备。最后，本专利技术涉及相关的计算机程序产品。
技术介绍
DE102015207289A1公开了一种颗粒传感器装置，其具有光发射器设备，该光发射器设备被配置用于发射光学辐射，使得至少部分地可照射具有可能存在于其中的至少一个颗粒的体积；光学探测器设备，其具有至少一个探测表面，所述至少一个探测表面被在至少一个颗粒上散射的光学辐射的至少一部分照射，关于照射至少一个探测表面的光学辐射的强度的和/或强度分布的至少一个信息信号是可显示的；以及评估设备，借助该评估设备可以识别和显示关于颗粒的存在、颗粒的数目、颗粒密度和/或颗粒的至少一种性质的信息项，该颗粒传感器装置还包括至少一个透镜元件，其布置用于使所发射的光学辐射可聚焦到体积内的聚焦区域上。WO2017/016888A1公开一种用于颗粒密度探测的激光传感器模块。激光传感器模块包括至少一个第一激光器、至少一个第一探测器和至少一个电驱动器。第一激光器适合用于发射第一激光，以响应由至少一个电驱动器提供的信号。所述至少一个第一探测器适合用于探测第一激光器的第一激光腔内的光波的第一自混合干涉信号(self-mixinginterferencesignal)。第一自混合干涉信号是由第一反射激光重新进入第一激光腔引起的，第一反射激光被接收第一激光的至少一部分的颗粒反射。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是，提供一种用于确定颗粒探测器的操作条件的方法和相应的颗粒探测器，以便使得更可靠的颗粒探测成为可能。本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。根据第一方面，提出一种用于确定基于激光的颗粒探测器的操作条件的方法，该颗粒探测器用于探测流体中的具有小于20μm、优选地小于10μm的尺寸的颗粒的颗粒密度。颗粒探测器包括激光器。激光器是多模垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。该方法包括以下步骤：向激光器提供驱动电流，使得激光器发射激光束，在预先定义的驱动电流范围内改变驱动电流，确定作为驱动电流的函数的、激光器的激光腔内的光波的强度信号，确定作为驱动电流的函数的、强度信号的噪声度量，确定使噪声度量低于预先定义的阈值的驱动电流范围，通过从所确定的驱动电流范围中选择用于颗粒探测的驱动电流来确定颗粒探测器的操作条件的至少一部分。具有如例如集成光电二极管(ViP)的探测器的VCSEL通常用作基于自混合干涉(SMI)原理的距离、位移或速度测量的传感器。这种类型的相对新的应用是测量颗粒探测和尤其颗粒密度，其使得例如空气质量的测量成为可能。这种类型的设备可能是简单的并且足够小以致于甚至集成在移动电话中。由于单模VCSEL的可靠的操作特性，单模VCSEL可以通过自混合干涉测量来用于颗粒探测。然而，单模VCSEL要求使用VCSEL的相对小的有效直径，大约2-3μm，这导致几个困难和缺点，例如相对于有效直径的非常严格的制造公差，由于与多模VCSEL相比高的电流密度和降低的效率而有限的可靠性。多模VCSEL确实具有以下缺点：操作特性可能根据例如环境温度、VCSEL的操作温度、VCSEL的老化、VCSEL的生产扩展等而改变。所提出的方法使得使用多模VCSEL成为可能，尤其在用于颗粒探测的cw操作中。多模VCSEL的特征在于可以驱动VCSEL，使得根据操作条件在激光腔中存在不同的主要光学模式。多模VCSEL的有效直径通常大于3μm，特别地大于4μm。探测器可以是适合于确定激光腔中的光学模式的强度信号的任何测量设备，例如，集成光电二极管或被配置用于测量跨越激光腔的阻抗的阻抗测量设备。探测器探测强度噪声或强度信号，其可以例如对应于激光腔内的光学模式的变化(跳模)。强度信号提供噪声度量，其可用于确定多模VCSEL的操作条件的可靠性。只要噪声度量低于预先确定的阈值，就可以启用VCSEL的可靠操作及因此可靠的颗粒探测。例如，强度信号可以对应于激光腔内的自混合干涉信号。例如，噪声度量可以对应于激光腔内的自混合干涉信号的信号/噪声比的倒数。必须强调的是，不需要自混合干涉信号的测量信号并且因此不需要信号/噪声比来获得指示由颗粒探测器包括的VCSEL的驱动条件的可靠性的噪声度量。可以作为环境温度的函数确定驱动电流范围。根据颗粒探测期间的环境温度选择用于颗粒探测的驱动电流。环境温度可能具有对于VCSEL的操作条件的影响。因此，可以针对不同的环境温度确定驱动电流范围，并且可以将相应的测量数据存储在存储设备中。因此，VCSEL的驱动电流可以适应颗粒探测期间的环境温度。环境温度可以借助颗粒探测器来确定或者可以取自外部信息源，如例如借助通信信道可获得的给定位置的温度数据。可以进一步地作为颗粒探测器的操作温度的函数确定驱动电流范围。根据颗粒探测期间的操作温度选择用于颗粒探测的驱动电流。颗粒探测器的操作温度和尤其由颗粒探测器所包括的VCSEL的操作温度可以确定给定驱动电流下的噪声度量。因此可以针对不同的操作温度确定驱动电流范围，并且可以将相应的测量数据存储在颗粒探测器的存储设备中。可以使VCSEL的驱动电流在颗粒探测期间或直接在其之前适应颗粒探测器的操作温度、尤其VCSEL的操作温度。可以借助颗粒探测器的温度传感器来确定操作温度。可以使用环境温度和操作温度之间的已知关系，使得可选地，可以仅仅确定噪声度量的一个相关性。可以在工厂中确定驱动电流范围和用于颗粒探测的驱动电流，并且在对于不同的环境或操作温度下的不同驱动电流的情况下，可以针对相应的驱动电流或多个驱动电流校准颗粒探测器。校准可以考虑：操作温度可以取决于驱动电流。上述方法可以包括以下附加步骤：在所述颗粒探测器的操作期间探测触发事件，在所述颗粒探测器的操作期间确定(可选地在探测到触发事件之后)所述激光器的激光腔内的光波的激光腔中的强度信号的噪声度量，如果所述噪声度量在所述颗粒探测器的操作期间超过操作阈值，则确定新的驱动电流范围，通过从所确定的新的驱动电流范围中选择用于颗粒探测的新的驱动电流来确定所述颗粒探测器的操作条件的至少一部分。例如，最佳操作条件、尤其最佳驱动电流可以在颗粒探测器的寿命期间改变。因此，可以在探测到触发事件之后执行如上所述的确定操作条件的方法。触发事件可以与颗粒探测器的性能或可靠性相关。触发事件可以是，例如，在颗粒探测器的操作期间探测到激光器的激光腔内的光波的激光腔中的自混合干涉信号的信号/噪声比低于信号/噪声比阈值。可以连续地监视用于确定颗粒尤其颗粒密度的自混合干涉信号的信号/噪声比，以便确定颗粒探测器或颗粒探测模块的性能和可靠性。替代地，可以在颗粒探测器的驱动电流的情况下确定强度信号和相应的噪声度量，以便提供触发事件以用于启动确定颗粒探测器的和尤其VCSEL的操作条件的方法。在这种情况下，触发事件可以与确定噪声度量相同。替代地或附加地，触发事件可以是接通颗粒探测器和/或预先确定的时间段的期满。在这些情况下，触发事件与在后续步骤中执行的确定噪声度量无关。该方法可以包括以下附加步骤：在新的驱动电流的情况下开始颗粒探测器的校准过程。灵敏度和计数率可以取决于基于激光的颗粒探测器的和由尤其颗粒探测器包含的VC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定颗粒探测器(200)的操作条件的方法，所述颗粒探测器用于探测流体中的具有小于20μm、优选地小于10μm的尺寸的颗粒的颗粒密度，其中，所述颗粒探测器(200)包括激光器(111)，其中，所述激光器是多模垂直腔表面发射激光器，所述方法包括以下步骤：向所述激光器(111)提供驱动电流，使得所述激光器发射激光束(112)，在预先定义的驱动电流范围内改变所述驱动电流，确定作为所述驱动电流的函数的、所述激光器(111)的激光腔内的光波的强度信号，确定作为所述驱动电流的函数的、所述强度信号的噪声度量，确定使所述噪声度量低于预先定义的阈值的驱动电流范围，通过从所确定的驱动电流范围中选择用于颗粒探测的驱动电流来确定所述颗粒探测器(200)的操作条件的至少一部分，在所述颗粒探测器(200)的操作期间探测触发事件，在所述颗粒探测器(200)的操作期间确定所述激光器(111)的激光腔内的光波的激光腔中的强度信号的噪声度量，如果所述噪声度量在所述颗粒探测器(200)的操作期间超过操作阈值，则确定新的驱动电流范围，通过从所确定的新的驱动电流范围中选择用于颗粒探测的新的驱动电流来确定所述颗粒探测器的操作条件的至少一部分。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.02 EP 17158808.01.一种用于确定颗粒探测器(200)的操作条件的方法，所述颗粒探测器用于探测流体中的具有小于20μm、优选地小于10μm的尺寸的颗粒的颗粒密度，其中，所述颗粒探测器(200)包括激光器(111)，其中，所述激光器是多模垂直腔表面发射激光器，所述方法包括以下步骤：向所述激光器(111)提供驱动电流，使得所述激光器发射激光束(112)，在预先定义的驱动电流范围内改变所述驱动电流，确定作为所述驱动电流的函数的、所述激光器(111)的激光腔内的光波的强度信号，确定作为所述驱动电流的函数的、所述强度信号的噪声度量，确定使所述噪声度量低于预先定义的阈值的驱动电流范围，通过从所确定的驱动电流范围中选择用于颗粒探测的驱动电流来确定所述颗粒探测器(200)的操作条件的至少一部分，在所述颗粒探测器(200)的操作期间探测触发事件，在所述颗粒探测器(200)的操作期间确定所述激光器(111)的激光腔内的光波的激光腔中的强度信号的噪声度量，如果所述噪声度量在所述颗粒探测器(200)的操作期间超过操作阈值，则确定新的驱动电流范围，通过从所确定的新的驱动电流范围中选择用于颗粒探测的新的驱动电流来确定所述颗粒探测器的操作条件的至少一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中，进一步地作为环境温度的函数确定驱动电流范围，其中，根据颗粒探测期间的环境温度选择用于颗粒探测的驱动电流。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，进一步地作为所述颗粒探测器(200)的操作温度的函数确定所述驱动电流范围，其中，根据颗粒探测期间的操作温度选择用于颗粒探测的驱动电流。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述触发事件是：探测到在所述颗粒探测器(200)的操作期间所述激光器(111)的激光腔内的光波的激光腔中的自混合干涉信号的信号/噪声比低于信号/噪声比阈值。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述触发事件是：接通所述颗粒探测器(200)。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述触发事件是：预先确定的时间段的期满。7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下附加步骤：在新的驱动电流的情况下开始所述颗粒探测器(200)的校准过程。8.一种颗粒探测器(200)，其用于探测流体中的具有小于20μm、优选地小于10μm的尺寸的颗粒的颗粒密度，其中，所述颗粒探测器(200)包括激光器(111)，其中，所述颗粒探测器(200)还包括用于向所述激光器(111)提供驱动电流的电驱动器(130)，其中，所述颗粒探测器(200)还包括耦合到...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·魏希曼，J·W·黑尔米格，A·M·范德莱，H·J·门希，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL