自混合干涉颗粒检测期间抑制假阳性信号的方法技术

本发明专利技术涉及一种测量流体中尺寸小于20μm、优选小于10μm的颗粒(10)的颗粒密度的方法，所述方法包括以下步骤：向镜子(160)发射激光束(112)；借助于镜子(160)以预先确定的周期性运动动态地改向激光束(112)；借助于光学成像装置(171)将激光束(112)成像到检测区；如果自混合干涉信号是由激光束(112)的由颗粒(10)中的至少一个反射的激光生成的，则允许确定激光器的激光腔内的光波的自混合干涉信号；如果自混合干涉信号是由激光束(112)的光路中的干扰引起的，则抑制假自混合干涉信号。本发明专利技术还涉及一种激光传感器模块(100)、一种颗粒检测器(200)和一种包括这样的激光传感器模块(100)的装置(190)。本发明专利技术最后涉及一种对应的计算机程序产品。

A method of suppressing false positive signal during self mixing interference particle detection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自混合干涉颗粒检测期间抑制假阳性信号的方法
本专利技术涉及一种激光传感器模块、一种包括这样的激光传感器模块的颗粒检测器和装置、特别是一种包括这样的激光传感器模块或颗粒检测器的移动通信装置。本专利技术还涉及一种测量小颗粒的颗粒密度的方法。本专利技术最后涉及一种对应的计算机程序产品。
技术介绍
DE102015207289A1公开了一种颗粒传感器设备，具有：光学发射器装置，该光学发射器装置被配置成能够发射光辐射，使得具有可能存在于其中的至少一个颗粒的体积区至少部分可被照射；具有至少一个检测表面的光学检测器装置，该检测表面被在至少一个颗粒处散射的光辐射中的至少一部分照射到，至少一个关于照射到至少一个检测表面的光辐射的强度和/或强度分布的信息信号可被显示；以及评估装置，利用该评估装置，关于颗粒的存在性、颗粒的数量、颗粒密度和/或颗粒的至少一个特性的信息项是可识别和可显示的，该颗粒传感器设备还包括至少一个透镜元件，该透镜元件被设置成使得发射的光辐射可聚焦到体积区内部的聚焦区域上。WO2017/016888A1公开了一种用于基于自混合干涉测量的颗粒密度检测的激光传感器模块。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有改进的检测精度和/或改进的灵敏度的激光传感器模块。本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。根据第一方面，提出了一种测量流体中尺寸小于20μm、优选小于10μm的颗粒的颗粒密度的方法。所述方法包括以下步骤：向镜子发射激光束，借助于镜子以预先确定的周期性运动动态地改向激光束，借助于光学成像装置将激光束成像到检测区，如果自混合干涉信号是由激光束的由颗粒中的至少一个反射的激光生成的，则允许确定激光器的激光腔内的光波的自混合干涉信号，如果自混合干涉信号是由激光束的光路中的干扰引起的，则抑制对颗粒检测来说的假自混合干涉信号。当通过盖玻璃或光学成像装置扫描激光束时，返回到激光器中的反射可能会产生假阳性信号。该假阳性信号将导致对颗粒检测来说的假阳性。光学成像装置可以例如包括用于保护目的的盖玻璃和一个或两个以上附加的光学元件(透镜等)。例如，由于透镜的圆形，在施加透镜倾斜之后，透镜光可以被反射回激光腔。此外，光路内的光学元件的表面的微小不规则以及污垢颗粒(例如在盖玻璃上)可能导致这种假阳性信号。激光束的光路中的干扰包括由激光器发射的激光与光学成像装置的元件的所有相互作用，或在这种元件的表面中的一个上引起激光直接反射回激光腔的干扰。在这方面，直接反射是指在不离开光学成像装置(包括光学成像装置的外表面)的情况下激光被反射回激光腔。抑制由干扰装置引起的对颗粒检测来说的假自混合干涉信号：避免生成这种假或干扰自混合干涉信号，以及确定假或干扰自混合干涉信号，但要为了确定颗粒密度丢弃假或干扰自混合干涉信号。适合于抑制由第一类干扰引起的假或干扰自混合干涉信号的确定的某些技术措施可能不适合于抑制由第二种不同类型的干扰引起的假或干扰自混合干涉信号的确定，如在下面更详细地解释的那样。抑制假自混合干涉信号可以例如基于镜子的周期性运动。干扰自混合干涉信号的形状、持续时间或一般特征或甚至存在性可能与镜子的周期性运动有关。因此，抑制这种干扰自混合干涉信号可以基于镜子的周期性运动，因为用于过滤这种干扰自混合干涉信号的滤波器特性是根据周期性运动而调整的。干扰自混合干涉信号可以例如由光学成像装置的光学元件在镜子的周期性运动期间的限定的时间周期内的相互作用引起。镜子可以例如以400Hz的频率振荡。由相互作用引起的意外反射可能与相应光学元件的布置、相应光学元件的意外局部不规则或局部污染(例如盖玻璃上的指纹)有关。在这种情况下，在镜子的周期性运动的整个周期期间发生两次反射。例如，主时钟可以用于确定检测到的自混合干涉信号的周期性运动和评估。因此，在周期性运动的限定的时间周期内不可确定自混合干涉信号，或者，例如，在这样的时间周期内所有检测到的自混合干涉信号都可以被丢弃。限定的时间周期可以是固定的(例如，在工厂确定或借助于校准程序确定)和/或根据对检测到的自混合干涉信号的分析(例如，在表面最有可能受到时间上限制的污染的情况下)进行调整。可以替代性地或附加性地通过在称为自适应线路增强器或ALE的配置中使用自适应滤波器来检测和补偿干扰周期性的自混合干涉信号。ALE具有分离信号中周期分量和随机分量的能力。该滤波器是自调谐的，并且被配置成使得其缓慢地适应周期性的自混合干涉信号，例如由光学元件(例如透镜)上的内部反射引起的反复出现的下行啁啾的自混合干涉信号。类似啁啾的自混合干涉信号将被ALE从颗粒自混合干涉信号中几乎消除，从而留下干净的颗粒信号。如果正确调谐，它也可以补偿由于缓慢的温度变化引起的相移。缺点可能是这样的配置需要很长的滤波器。给定fs＝40MHz的采样率和fm＝400Hz的镜子频率，ALE滤波器长度必须等于镜子周期的一个周期，因此需要100000个样本的FIR滤波器长度。这是处理密集型的，对于实际的实施方式，仅使用分区频域自适应滤波器(PFDAF：PartitionedFrequencyDomainAdaptiveFilters)结构来实现它可能是可行的。如果将PFDAF与频域颗粒处理单元相结合，则可以简化PFDAF。替代性地或附加性地，可以使用快速傅立叶变换(FFT)来实现或支持对干扰自混合干涉信号的可靠抑制。所述方法还可以包括以下步骤：基于由激光束的由颗粒反射的激光生成的自混合干涉信号的第一频率范围，抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号。由颗粒反射引起的自混合干涉信号可以取决于颗粒的特性，其特征在于某些频率范围。因此，检测到并且超出这些频率范围的自混合干涉信号可以被丢弃。可以使用任何类型的数字或模拟滤波器，以便抑制基于这些频率范围之外的自混合干涉信号的颗粒计数。在周期性运动期间，可以在镜子的限定的角度范围内抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号的确定。例如，镜子的限定的角度范围可以借助于与镜子的振荡同步的时钟来确定。替代性地或附加性地，如果镜子在限定的角度范围内被检测，则不能确定或不考虑自混合干涉信号。可以基于在镜子的周期性运动期间确定的自混合干涉信号的特性来确定限定的角度范围。监视自混合干涉信号的特性，例如频率(参见上面的讨论)、幅度等，可以实现干扰自混合干涉信号的自适应抑制。自混合干涉信号的特性可以例如由频率特性给出。自混合干涉信号的频率特性可以例如是在开始时的高频率和低幅度信号，随后是中间的较低频率和较高振幅，以及在结束时的高频率和低幅度信号，其中，限定的角度范围是由自混合干涉信号的开始和结束确定的。镜子在频率的开始以及结束的时间或位置确定了限定的角度范围。实验已经表明，在激光束的激光在光学成像装置的表面处的意外反射的情况下，可以观察到这种频率特性。如果自混合干涉信号超过限定的阈值持续时间，则可以抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号的确定。由颗粒反射生成的自混合干涉信号的持续时间取决于颗粒尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量流体中尺寸小于20μm、优选小于10μm的颗粒(10)的颗粒密度的方法，所述方法包括以下步骤：/n向镜子(160)发射激光束(112)，/n借助于镜子(160)以预先确定的周期性运动改向激光束(112)，/n借助于光学成像装置(171)将激光束(112)聚焦到检测区，/n如果自混合干涉信号是由激光束(112)的由颗粒(10)中的至少一个反射的激光生成的，则确定激光器的激光腔内的光波的自混合干涉信号，/n如果自混合干涉信号是由激光束(112)的光路中的干扰引起的，则抑制对颗粒检测来说的假自混合干涉信号，其中，在周期性运动期间，在镜子(160)的限定的角度范围内抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170512 EP 17170761.51.一种测量流体中尺寸小于20μm、优选小于10μm的颗粒(10)的颗粒密度的方法，所述方法包括以下步骤：
向镜子(160)发射激光束(112)，
借助于镜子(160)以预先确定的周期性运动改向激光束(112)，
借助于光学成像装置(171)将激光束(112)聚焦到检测区，
如果自混合干涉信号是由激光束(112)的由颗粒(10)中的至少一个反射的激光生成的，则确定激光器的激光腔内的光波的自混合干涉信号，
如果自混合干涉信号是由激光束(112)的光路中的干扰引起的，则抑制对颗粒检测来说的假自混合干涉信号，其中，在周期性运动期间，在镜子(160)的限定的角度范围内抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，对假自混合干涉信号的抑制基于镜子(160)的周期性运动。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
基于由激光束(112)的由颗粒(10)反射的激光生成的自混合干涉信号的第一频率范围，抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：
基于在镜子(160)的周期性运动期间确定的自混合干涉信号的特性来确定限定的角度范围。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述自混合干涉信号的特性由频率特性给出。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，自混合干涉信号随时间变化的频率特性是自混合干涉信号的开始时的高频率和低幅度信号，随后是自混合干涉信号的较低频率和较高幅度以及自混合干涉信号的结束时的低幅度信号，其中，限定的角度范围是由自混合干涉信号的开始和结束确定的。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
如果自混合干涉信号超过限定的阈值持续时间，则抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
基于由激光束(112)的由颗粒(10)反射的激光生成的自混合干涉信号的信号强度来抑制由光路中的干扰引起的假自混合信号。

【专利技术属性】
技术研发人员：O·奥维尔特杰斯，J·H·M·斯普鲁伊特，A·M·范德莱，P·T·于特，
申请(专利权)人：通快光子元件有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE