用于运行用于探测颗粒或者气溶胶的传感器装置的方法，以及传感器装置制造方法及图纸

一种用于运行在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流动的流体(42)中的颗粒(24)或者气溶胶的传感器装置(10)的方法，该方法具有以下步骤：借助激光器(12)产生激光(14)；将激光(26)聚束在一光点(22)中；借助探测器(32)检测由在光点(22)中被加热的颗粒(24)发射热辐射(26)；和通过探测器(32)提供取决于所检测的热辐射(26)的输出信号(34)。提出，该方法还包括以下步骤：借助分析处理装置(49)，对输出信号(34)的至少一个特性(尤其强度随时间的变化过程)进行分析，基于该分析借助分析处理装置(49)对传感器装置(10)执行诊断。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运行用于探测颗粒或者气溶胶的传感器装置的方法，以及传感器装置
本专利技术涉及根据并列权利要求的前序部分的一种用于运行用于在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流动的流体中的颗粒或者气溶胶的传感器装置的方法，以及一种传感器装置。
技术介绍
由DE102017207402A1已知一种用于在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流体传导区域中的颗粒的、颗粒传感器形式的传感器装置。在此，借助聚焦到激光光点上的激光，将存在于废气传导区域的颗粒(例如烟灰颗粒)加热至几千摄氏度，如此使得所述颗粒大量地发射热量辐射或者说热辐射。借助光探测器测量颗粒的热诱导的光辐射，该光探测器提供相应于所测量的光强度的输出信号。
技术实现思路
本专利技术所基于的问题通过具有并列权利要求的特性的一种方法和一种传感器装置解决。在从属权利要求中对有利扩展方案进行说明。根据本专利技术的方法和根据本专利技术的传感器装置是基于在使用激光诱导白炽光(LII)原理的情况下对流体中的颗粒进行探测。在此，应在这一点上指出，该颗粒尤其考虑为烟灰颗粒，该流体尤其考虑为燃烧设备的或者内燃机的废气。例如可以将该设备用于燃油或者柴油车辆的颗粒过滤器(Partikelfilters)的状态监测。但该设备原则上适用于一般对任意流体中的颗粒或者气溶胶的探测。例如可考虑将该设备用于其他场景和应用领域(例如便携式辐射监控系统、对室内空气质量和燃烧设备辐射的测量)。该概念不仅能够实现颗粒质量浓度(mg/m3或mg/mi)的确定，而且能够实现颗粒数量浓度(颗粒/m3或者颗粒/mi)的确定。也可以实现对颗粒大小分布的测量。在激光诱导白炽光原理中，首先借助由激光器发出的、并且以足够高的强度聚束在激光光点(即具有μm或者nm范围内的最小尺寸的体积区域)中的激光，通过对所述激光的部分吸收，将颗粒加热至几千度。根据普朗克辐射定律，所述热颗粒输出特征化热辐射(白炽光或者说热电子辐射(Glühemission))，该热辐射被用作测量信号，并且以探测器进行接收。为此目的，例如使用布置在激光器的射束路径中的光学元件(例如以聚焦透镜的形式)，该光学元件构造和设置用于，将由该激光器发出的激光聚束在非常小的激光光点中。当基于1013/m3的颗粒浓度时，在焦点直径例如为10μm的情况下可以认为，在给定的时间点总是仅有一个颗粒飞越激光光点(本征的单颗粒可探测性)。探测器被如此设置和布置，使得该探测器对由激光光点所发出的热辐射进行探测。可以将低成本的半导体激光二极管用作激光器。热辐射的探测例如可以借助多像素光子计数器(MPPC)或者硅光电倍增管(SiPM)进行。根据本专利技术的方法具体包括以下步骤：a.借助激光器产生激光；b.将激光聚束在一光点中；c.借助探测器检测由在光点中被加热的颗粒发射的热辐射；和d.通过探测器提供取决于所检测的热辐射的输出信号；e.借助分析处理装置，对输出信号的至少一个特性(尤其强度随时间的变化过程)进行分析；f.基于该分析，借助分析处理装置执行传感器装置的诊断。根据本专利技术的传感器装置具体包括：用于产生激光的装置；用于将激光聚束在一光点中的装置；用于对由在光点中所加热的颗粒发射的热辐射进行检测的探测器；和用于对探测器的输出信号进行分析处理的分析处理装置，其中，分析处理装置设置用于：例如借助存储在存储器上的计算机程序相应地进行编程，以实施上述类型的方法。因此，根据本专利技术的方法和根据本专利技术的传感器装置能够实现自诊断，其具有以下优点，即能够对传感器装置的信号路径的基本功能进行检查，也就是说从激光的产生直至对白炽光射束或热辐射的探测。功能检查以高度可靠等级进行，因为：分析所基于的、探测器的输出信号可能在极小概率下是由于探测器自身的功能故障而产生的。即，探测器输出信号高度可靠地相应于实际进入该探测器的热辐射，而因此具有确定的，并且对于确定的应用情况可预测的特性。这使得能够实现，在分析的范畴内，将在传感器装置实际运行中所获得的至少一个输出信号特性与相应的所预测的特性进行比较，并且基于该比较执行传感器装置的诊断，即，在传感器装置的正确的和当前的功能方面作出结论。在此，该自诊断在此能够以非常低的部件的附加开销执行，使得相应传感器装置的价格始终非常低廉。如上文已提及的，例如能够将该传感器装置用于：对燃烧设备(尤其机动车内燃机)的废气系统中的微粒过滤器的状态进行OBD监测(OBD＝车载诊断)。对于用于OBD监测的传感器装置，法律规定对传感器功能进行连续的检查，即自检。该连续的检查通过根据本专利技术的方法以非常简单的方式方法实现。在一种扩展方案中设置，在步骤e中分析输出信号是否具有至少一个双峰。这基于以下物理事实，即由于激光在光点中的聚焦，导致激光在光点前方和后方(朝激光的总方向看)产生扇形展开如此使得，在激光经正确聚焦的情况下，激光的强度分布在截面中具有“哑铃”形状，在其轴向中心具有收缩。这还基于以下物理事实，即在传感器装置的运行中，并非所有颗粒都必须准确穿过光点中心运动，而是在可预测的统计分布的范畴内，也有确定数量的颗粒在光点中心侧面距该中心以确定的距离飞行通过。所述颗粒因此在这种飞行通过的过程中两次被加热，即，朝激光的飞行方向或者说射束方向看，一次是在经过光点位置前不久，另一次是经过光点位置后不久，如此使得所述颗粒也进行两次发射相应的热辐射。因此，探测器短暂地相继两次看到这种颗粒发亮，如此使得探测器提供具有双峰的相应输出信号。在本文中，“双峰”并不一定理解为如下模拟输出信号：该信号具有两个时间上直接依次相邻(unmittelbarhintereinanderliegende)的高点和一个位于其中间的低点。这种双峰显然也可以通过数字输出信号产生，例如通过两个时间上紧邻的“脉冲簇(Impulshaufen)”产生。无论如何，“双峰”与“单峰”之间的区分通常通过考虑例如取决于颗粒的流动速度的并且因此取决于颗粒的飞行速度的时间段实现，在该时间段中，同一飞行通过的颗粒可能通过一个通常的光点两次激发以发射热辐射。仅两个处于这种时间段内的峰被评为双峰。如上文所提及的，可以认为，在可预测的统计分布的范畴内，确定数量的颗粒在光点中心侧面距该中心以确定的距离飞行通过，并且在探测器输出信号中产生相应的双峰。若输出信号不具有双峰，则可以认为是信号路径的原理上的功能故障。仅当如下各项正常工作时，才能在输出信号中观察到所述双峰：激光器的操控、激光在流体中一个适合的点(光点)上的聚焦、流体在该点上的导入(Zuleitung)、通过探测器对热辐射的探测，和信号处理。若缺少双峰，即完全不存在这种双峰，则可以认为传感器装置的上述领域中的至少一个发生功能故障。为此，在一种扩展方案中设置：在步骤e中分析输出信号是否在确定的时间段内具有一定数量的双峰：该数量至少相应于极限值；然后，如果在该时间段内的双峰的数量并非至少相应于该极限值，则在步骤f中推断出传感器装置存在错误，尤其在错误存储器中进行记录。该详细说明使得能够实现对传感器装置的功能故障进行更敏感的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运行在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流动的流体(42)中的颗粒(24)或者气溶胶的传感器装置(10)的方法，所述方法具有以下步骤：/na.借助激光器(12)产生激光(14)；/nb.将所述激光(26)聚束在一光点(22)中；/nc.借助探测器(32)，检测由在所述光点(22)中被加热的颗粒(24)发射的热辐射(26)；/nd.通过所述探测器(32)提供取决于所检测的热辐射(26)的输出信号(34)；/n其特征在于，所述方法还包括以下步骤：/ne.借助分析处理装置(49)，对所述输出信号(34)的至少一个特性进行分析，尤其对所述输出信号的强度随时间的变化过程进行分析，/nf.基于所述分析，借助所述分析处理装置(49)执行所述传感器装置(10)的诊断。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181221 DE 102018222771.31.一种用于运行在使用激光诱导白炽光原理的情况下探测流动的流体(42)中的颗粒(24)或者气溶胶的传感器装置(10)的方法，所述方法具有以下步骤：
a.借助激光器(12)产生激光(14)；
b.将所述激光(26)聚束在一光点(22)中；
c.借助探测器(32)，检测由在所述光点(22)中被加热的颗粒(24)发射的热辐射(26)；
d.通过所述探测器(32)提供取决于所检测的热辐射(26)的输出信号(34)；
其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
e.借助分析处理装置(49)，对所述输出信号(34)的至少一个特性进行分析，尤其对所述输出信号的强度随时间的变化过程进行分析，
f.基于所述分析，借助所述分析处理装置(49)执行所述传感器装置(10)的诊断。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤e中分析所述输出信号(34)是否具有至少一个双峰(66)。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤e中分析：所述输出信号(34)在确定的时间段内是否具有一定数量的双峰(66)，所述数量至少相应于极限值，然后，如果在所述时间段内的双峰(66)的数量并非至少相应于所述极限值，则在所述步骤f中推断出所述传感器装置存在错误，尤其在错误存储器中进行记录。


4.根据权利要求2或3中至少一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤f中求如下比值：在一个时间段内所检测的双峰(66)的所述数量相对于在同一时间段内所检测的单峰的数量的比值，并且如果所述比值处于预给定范围以外，则推断出所述传感器装置(10)存在错误，尤其在错误存储器中进行记录。


5.根据权利要求2至4中至少一项所述的方法，其特征在于，如果所述输出信号(34)具有至少一个双峰(66)，则在所述步骤e中分析所述双峰(66)的形状是否至少相应于大致预给定的形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布赫霍尔茨，R·鲁萨诺夫，F·普尔科，P·格德翁，E·巴尔斯，
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