【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种颗粒物质检测器并且涉及一种用于检测颗粒物质的方法。
技术介绍
1、当今的高灵敏度颗粒物质(pm)检测器通常依赖于倏逝场(evanescent field)中的光-物质相互作用，其是由专门设计的单模式或多模式光波导中的全内反射产生的。这样的检测器的主要要求是：i)单粒子检测能力，ii)紧凑的集成设计，iii)长的工作寿命，iv)高灵敏度和宽的测量范围，v)高能效，以及vi)优选地使用cmos技术来大规模生产的能力。
2、特别是关于质量敏感的pm传感器的期望的长寿命的一个主要障碍是由粒子在波导上的连续沉积引起的负载效应。该粒子的积聚是现有传感器的工作寿命有限的主要原因，并且是传感器灵敏度逐渐降低、甚至导致灵敏度不足的主要原因。现有技术的传感器经由将传感器从其应用中去除并随后进行外部清洁，或者经由使用一次性传感器来克服该问题。其他方法包括利用高速空气或液体流和/或超声波清洁以及静电清洁的机械技术。
3、因此，现有的解决方案遭受新粒子再污染的危险，以及静电清洁情况下需要几千伏数量级的高电压，并且在每个净化过程中产生大量的聚合物膜废物。因此，现有的方法是不切实际的，并显示出对针对该问题的更综合的解决方案的明确需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种克服当今解决方案的局限性的颗粒物质检测器的改进的概念。
2、该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。在从属权利要求中描述了进一步的发展和实施方式。
3、改进的概念基于这样的思
4、特别地，根据改进的概念的一种颗粒物质检测器包括：光发射器，被配置成发射光；波导结构，由第一波导、第二波导和第三波导形成，该第三波导没有包层；以及波导分路器。颗粒物质检测器还包括检测器和控制器。第一波导耦合到光发射器并且被配置成将发射的光朝向波导分路器引导，该第一波导包括由第一波导的无包层表面形成的有源解调区域，该表面暴露于气体环境并且被配置成将来自气体环境的颗粒物质直接积聚在其上。波导分路器将第一波导的解调区域耦合到第二波导且耦合到第三波导。检测器耦合到第二波导，并且被配置成检测由波导分路器从解调区域分路到第二波导中的光的强度。
5、控制器被配置用于在测量阶段期间，设置耦合到第一波导中的光的第一强度，确定由检测器检测到的光的强度的改变，并且基于确定的改变来输出对第一波导的其上具有积聚的颗粒物质的表面的不透明度的指示。此外，在清洁阶段期间，控制器被配置成设置耦合到第一波导中的光的大于第一强度的第二强度，以用于经由光学力将积聚的颗粒物质从解调区域引导到第三波导。
6、例如，光发射器、第一波导、第二波导和第三波导、波导分路器、检测器和控制器布置在公共基板上，例如半导体基板，诸如芯片或晶圆或玻璃基板。例如，波导与基板相关联。替代地，光发射器、控制器和/或检测器能够是不与波导和分路器一起布置在公共基板上的外部组件。
7、光发射器是被配置成沿光路发射光的光学光源。例如，光发射器是半导体激光器，诸如激光二极管、或发光二极管led。颗粒物质检测器还能够包括第一光栅，该第一光栅沿光路设置并且被配置成将从光发射器接收的光结构化为结构光，并将该结构光传递到波导结构中，更特别地传递到第一波导中。类似地，颗粒物质检测器还能够包括第二光栅，该第二光栅沿光路设置并且被配置成从波导结构、更特别地从第二波导接收结构光，并将该结构光传递到检测器。检测器是诸如光电二极管的光学检测器，例如，其在光发射器的发射波长和波导结构的引波导长下是光敏的。
8、波导结构能够由电介质形成。第一波导具有由第一波导的无包层表面形成的有源解调区域，该表面暴露于气体环境(例如，空气)，并且被配置成在表面上积聚来自气体环境的颗粒物质。波导结构的第一波导能够在光源与有源解调区域之间具有包层。解调区域和第一波导在解调区域与波导分路器之间的部分是无包层的。
9、例如，第一波导能够是平面的或者具有圆形横截面。由于全内反射的原理，来自光发射器的光以低损耗传播通过波导结构的波导，这是一个公认的概念。另外，传播通过波导的光还引起倏逝场，该倏逝场远离暴露表面呈指数衰减。为此，位于有源解调区域内且可选地位于解调区域与波导分路器之间的第一波导的厚度是所述波导内的光的波长的数量级，例如，大约1μm。例如，解调区域延伸到波导分路器。
10、例如通过在有源解调区域内的无包层表面上积聚而进入倏逝场的颗粒物质干扰倏逝波，引起传播模式强度的降低，并因此引起在被引导朝向波导分路器的第一波导中剩余的光强度的降低。该强度改变由布置在波导结构的第二波导的端部处的检测器检测。为此，波导分路器被配置成将第一波导的解调区域耦合到第二波导。检测器处的信号的突然下降对应于有源解调区域内的表面上的粒子沉积或积聚，而下降的幅度对应于粒子的近似尺寸，从而打开了测量粒子的数量及其尺寸分布两者的可能性。
11、例如，第二波导同样能够是平面的或者具有圆形横截面。特别地，第二波导能够具有在波导分路器与检测器或上述可选的第二光栅之间延伸的包层。波导分路器还被配置成将第一波导的解调区域耦合到第三波导。例如，波导分路器被配置成选择性地将光耦合到第二波导和第三波导中，或者其特征在于固定的分路比，该固定的分路比能够例如是波长和/或偏振相关的。例如，第三波导同样能够是平面的或者具有圆形横截面。特别地，第三波导具有从波导分路器延伸的无包层部分。
12、例如，控制器控制光发射器的发射输出强度。替代地，控制器能够被配置成例如经由控制布置在光发射器与第一波导之间的输入耦合器的耦合效率来直接控制第一波导内的光的强度。在测量阶段期间，设置第一波导内的低输出强度(即，第一强度)，使得在不施加强度足以在测量期间将粒子移出有源解调区域的光学力的情况下，实现解调区域内的根据颗粒物质感测的需要而优化的光强度。控制器还能够被配置成确定由检测器检测到的光的强度的改变，并且基于确定的改变来输出对第一波导的其上具有积聚的颗粒物质的表面的不透明度的指示。
13、清洁阶段在测量阶段完成后启动，或者基于特定标准(例如，解调区域内的总衰减)启动。在清洁阶段期间，设置第一波导内的高输出强度(即，第二强度)，例如，大于50mw，使得强的光学力被施加到积聚在第一波导的无包层表面上的粒子上，并且所有积聚的粒子沿第一波导通过波导分路器移动到能够被理解为粒子倾倒臂的第三波导。粒子的典型速度能够在10μm/s的数量级。
14、根据改进的概念的颗粒物质检测器允许感测超细颗粒物质，例如pm2.5，并且另外结合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种颗粒物质检测器(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述控制器(20)通过将检测到的强度与所述第一强度进行比较来确定对所述不透明度的所述指示。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒物质检测器(1)，其中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第三波导(13)的长度大于所述第二波导(12)的长度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第三波导(13)形成螺旋形或曲折形捕获部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第三波导(13)至少在一些区域中变薄。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第一波导(11)至少在所述解调区域(16)的一部分中变薄。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，还包括外壳(21)，所述外壳覆盖所述第三波导(13)的至少一部分。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，还
10.根据权利要求1至9中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第二波导(12)包括包层(19)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述波导分路器(14)是以下中的一种：
12.根据权利要求1至11中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，在所述测量阶段期间，所述控制器(20)还被配置用于，基于确定的变化来输出对积聚的所述颗粒物质(3)的粒子数量和/或尺寸的指示。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，位于所述解调区域(16)中的所述第一波导(11)和/或所述第二波导(12)包括薄膜涂层、特别是薄膜聚对二甲苯或聚四氟乙烯涂层。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，还包括波导组合器(14a)和其他光发射器(10a)；
15.一种用于检测颗粒物质(3)的方法，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种颗粒物质检测器(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述控制器(20)通过将检测到的强度与所述第一强度进行比较来确定对所述不透明度的所述指示。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒物质检测器(1)，其中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第三波导(13)的长度大于所述第二波导(12)的长度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第三波导(13)形成螺旋形或曲折形捕获部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第三波导(13)至少在一些区域中变薄。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，其中，所述第一波导(11)至少在所述解调区域(16)的一部分中变薄。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的颗粒物质检测器(1)，还包括外壳(21)，所述外壳覆盖所述第三波导(13)的至少一部分。
9.根据权利要求1至...
【专利技术属性】
技术研发人员：约亨·克拉夫特，亚卡·普里波塞克，安德烈亚斯·托特尚诺夫，
申请(专利权)人：艾迈斯欧司朗股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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