用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置和方法制造方法及图纸

一种用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置(1)具有构造为激光二极管(2)的辐射源(2)；以及测量接收部分(7)，借助该测量接收部分可接收从该激光二极管(2)辐射通过气溶胶的光并可将其转换成测量值。为了在较长的时间段内产生可靠且正确的颗粒测量值信号，提议用比测量接收部分(7)的极限频率大得多的频率来调制激光二极管(2)的辐射功率，使得在测量接收部分(7)的测量信号的历时内平均而言得到激光二极管(2)的可预先给定的辐射功率。

Particle measurement devices and methods for determining the mass concentration of particles in aerosols

【技术实现步骤摘要】
用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置和方法
本专利技术涉及一种用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置，其具有构造为激光二极管的辐射源，以及测量接收部分，借助该测量接收部分可接收从该激光二极管辐射通过气溶胶的光并可将其转换成测量值；以及本专利技术还涉及一种用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的方法，其中借助激光二极管，光被辐射通过气溶胶并且在测量接收部分中被接收并被转换成测量值。
技术介绍
这种颗粒测量装置中的激光二极管不是理想的构件。它们发出的辐射功率随工作温度以及寿命而变化。因此，用于这种目的的大多数激光二极管设有光电二极管，该光电二极管由从激光二极管发出的辐射的一小部分照射。相应地，在光电二极管中产生的电流与从相关的激光二极管发出的功率成线性比例。随后可以通过测量相当于从激光二极管发出的辐射的光电二极管电流并由此计算应用于颗粒测量值信号的校正因数来补偿该激光二极管的辐射功率的变化。替换地，可以主动地调节激光二极管的工作电流，使得从激光二极管发出的辐射呈现理论值。从激光二极管发出的辐射在恰好定义的光电二极管电流处具有其理论值。。激光二极管的辐射功率被调节到该理论值。如果光电二极管电流小于该理论值，则增大激光二极管的工作电流。如果光电二极管电流大于该理论值，则减小激光二极管的工作电流。迄今未解决的问题是运行模式跳跃。该概念表示激光二极管的特性，根据该特性，在由激光二极管的工作温度及其工作电流所确定的特定运行模式中，发生从一个频率向另一频率的自发的运行模式过渡。这些自发过渡具有不稳定的过渡区，在该过渡区中发生两种或更多种运行模式之间的混乱的自发转换。从一种运行模式到另一种运行模式的转换同时伴随着从激光二极管发出的辐射功率的变化。运行模式的这种跳跃产生例如以恒等噪声和其他参数的噪声的形式的激光噪声。所发出的辐射功率的跳跃在μs范围内，并且改变作为散射光入射在测量接收部分上的辐射的功率。在测量接收部分上关于总发出辐射功率的散射光部分越大，则由运行模式的跳跃或激光噪声引起的交流电压信号就越大。在简单和紧凑地构造的单颗粒计数光度计的情况下，由于结构大小而不能使散射光部分进一步减小，从而由运行模式的这些跳跃引起的强度变化不能与真实的、由颗粒引起的信号区分开。相应地，起因于运行模式之间的转换的这些假信号被解释为颗粒信号，并随后导致错误的、通常太高的颗粒测量值信号。特别地，在运行用于自动功率调节的集成电路上的激光二极管的情况下，可以观察到功率波动的大幅增大。用于自动功率调节的集成电路通过调整激光二极管的工作电流来试图调整发出功率的变化。用于自动功率调节的传统集成电路的调节时间在几毫秒的范围内，但过于迟钝或过于缓慢。最终，正是此类集成电路的调节行为导致激光二极管很长时间在运行范围中以频繁转换的运行模式来运行。相应地，由颗粒测量装置提供的颗粒测量值信号在较长的时间段内不可使用。
技术实现思路
从前述现有技术出发，本专利技术的任务在于提供一种用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置或方法，借助该装置或该方法可持续产生可靠和正确的颗粒测量值信号。根据本专利技术，该任务通过如下方式来解决：激光二极管的辐射功率用比测量接收部分的极限频率大得多的频率来调制，使得在测量接收部分的测量信号的历时内平均而言得到激光二极管的可预先给定的辐射功率。相应地，在根据本专利技术的方法中，激光二极管的辐射功率用比测量接收部分的极限频率大得多的频率来调制，使得在测量接收部分的测量信号的历时内平均而言得到激光二极管的可预先给定的辐射功率。根据本专利技术，一种解决方案基于以下构思来实现：在单个工作点处稳定地运行激光二极管。相反，根据本专利技术提议激光二极管的运行方式被如此调制，使得该激光二极管在很短的时间内经历较大范围的运行状态或运行模式，其中确保在测量接收部分的测量信号的历时内平均而言存在激光二极管的可预先给定的辐射功率。有利地，激光二极管的工作电流可被调制以用于调制激光二极管的辐射功率。为了确保不再发生作为测量接收部分后面的伪像的运行模式的历时，有利地选择辐射功率的调制的调制深度，使得在借助测量接收部分产生单个颗粒测量值信号期间可经历较高数目的运行模式。适宜地，激光二极管的辐射功率的调制频率应当超出测量接收部分的极限频率至少十倍。根据本专利技术，提供了一种颗粒测量装置或一种用于运行该装置的方法，该装置或该方法可以确保长期产生正确的颗粒测量值信号。附图说明下文中将参照附图根据实施方式进一步阐释本专利技术。附图示出：图1示出根据本专利技术的用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置的第一实施方式的原理图；以及图2示出根据本专利技术的颗粒测量装置的第二实施方式的原理图。具体实施方式图1的原理图中示出的根据本专利技术的光学颗粒测量装置1的第一实施例被构造为气溶胶光度计(APM)并用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度。气溶胶光度计1具有被构造为激光二极管的单色光源2。从气溶胶光度计1的激光二极管2辐射的光束集束在光学透镜3中。离开光学透镜3的光束横跨携带待测量的气溶胶的气流4。光从包含在气流4中的气溶胶颗粒朝向另一光学透镜5反射。通过这两个光学透镜3、5得到在图1中原理上示出的测量容积6或相应的测量室6。在测量容积或测量室6中由于该处存在的气溶胶颗粒而朝向构造为光检测器7的测量接收部分定向并且借助光学透镜5来集束的光束在光检测器7处被检测，其中对应于检测到的光束的光度计测量值被传递给图中未示出的光学颗粒测量装置1的分析单元。从气溶胶光度计1的光检测器7向分析单元传递的光度计测量值对应于在测量容积中或在测量室6中存在或检测到的颗粒负荷。在根据图1描述的实施方式的气溶胶光度计1的情况下，一个较大的优点在于，在分析单元中检测到的测量值独立于引导待测量的气溶胶的气流4的流速。在气溶胶光度计1的情况下，测量容积通过光学测量容积来确定。图2中示出的光学颗粒测量装置的实施方式被设计为单颗粒计数光度计10。单颗粒计数光度计10也具有被构造为激光二极管的单色光源11。激光二极管11辐射光束，其被集束在光学透镜12中。集束在光学透镜12中的光束横跨携带待测量的气溶胶的气流。单颗粒计数光度计10的测量容积或测量室14显著小于气溶胶光度计1的测量容积或测量室。这在图2中示出的单颗粒计数光度计10的实施例中通过以下手段来实现：从激光二极管11辐射的光借助光学透镜12进行的聚焦比通过气溶胶光度计1的光学透镜3所实现的聚焦强得多。单颗粒计数光度计10的测量容积或测量室14在考虑待测量的气溶胶的期望值的情况下被如此测量，使得其中仅存在单个气溶胶颗粒。从单颗粒计数光度计10的测量容积或测量室14反射的光束通过光学透镜15朝向位于光学透镜15后面的辐射路径中、被构造为光检测器16的单颗粒计数光度计10的测量接收部分定向。因此，对于随气流13流过单颗粒计数光度计10的测量容积或测量室14的气溶胶的每个单独的颗粒，在单颗粒计数光度计10的光检测器16处，对应于单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置(1、10)，所述颗粒测量装置具有构造为激光二极管(2、11)的辐射源(2、11)；以及测量接收部分(7、16)，借助所述测量接收部分能接收从所述激光二极管(2、11)辐射通过气溶胶的光并能将所述光转换成测量值，其特征在于，所述激光二极管(2、11)的辐射功率用比所述测量接收部分(7、16)的极限频率大得多的频率来调制，使得在所述测量接收部分(7、16)的测量信号的历时内平均而言得到所述激光二极管(2、11)的可预先给定的辐射功率。/n

【技术特征摘要】
20180803 DE 102018006137.01.一种用于确定气溶胶中的颗粒质量浓度的颗粒测量装置(1、10)，所述颗粒测量装置具有构造为激光二极管(2、11)的辐射源(2、11)；以及测量接收部分(7、16)，借助所述测量接收部分能接收从所述激光二极管(2、11)辐射通过气溶胶的光并能将所述光转换成测量值，其特征在于，所述激光二极管(2、11)的辐射功率用比所述测量接收部分(7、16)的极限频率大得多的频率来调制，使得在所述测量接收部分(7、16)的测量信号的历时内平均而言得到所述激光二极管(2、11)的可预先给定的辐射功率。


2.根据权利要求1所述的颗粒测量装置(1、10)，其特征在于，所述激光二极管(2、11)的工作电流能被调制以用于调制所述激光二极管(2、11)的辐射功率。


3.根据权利要求1或2所述的颗粒测量装置(1、10)，其特征在于，所述辐射功率的调制的调制深度被如此选择，使得在借助所述测量接收部分(7、16)产生单个颗粒测量值信号期间能经历高数目的运行模式。


4.根据权利要求1至3之一所述的颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·孟克莫勒，
申请(专利权)人：帕拉贡有限股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE