BR112019023544A2

BR112019023544A2 - Método e módulo de medição de uma densidade de partícula de partículas com um tamanho inferior a 20 ?m, dispositivo e produto de programa de computador

Info

Publication number: BR112019023544A2
Application number: BR112019023544-2A
Authority: BR
Inventors: Ouweltjes Okke; Hendrikus Maria Spruit Johannes; Marc Van Der Lee Alexander; Theodorus Jutte Petrus
Original assignee: Trumpf Photonic Components Gmbh
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2020-05-26
Also published as: EP3635364B1; EP3635364A1; JP2020519905A; EP3401664A1; WO2018206474A1; US11054244B2; CN110914665A; US20200096314A1; KR20200005649A

Abstract

a invenção refere-se a um método de medição de uma densidade de partícula, de partículas (10), com um tamanho inferior a 20 µm, de preferência, inferior a 10 µm, em um fluido, sendo que o método compreende as etapas de:emitir um feixe de laser (112) para um espelho (160),redirecionar dinamicamente o feixe de laser (112) por meio do espelho (160) com um movimento periódico predeterminado,gerar imagens do feixe de laser (112) para um volume de detecção, por meio de um dispositivo de imageamento óptico (171),permitir a determinação de um sinal de interferência de automistura de uma onda óptica, dentro de uma cavidade de laser, do laser, se o sinal de interferência de automistura for gerado pela luz de laser do feixe de laser (112) refletida por pelo menos uma das partículas (10),suprimir um sinal de interferência de automistura falso, se o sinal de interferência de automistura for causado por uma perturbação em um trajeto óptico do feixe de laser (112). a invenção refere-se adicionalmente a um módulo sensor de laser (100), um detector de partículas (200) e um dispositivo (190) que compreende tal módulo de sensor de laser (100). a invenção, por fim, refere-se a um produto de programa de computador correspondente.

Description

MÉTODO E MÓDULO DE MEDIÇÃO DE UMA DENSIDADE DE PARTÍCULA DE PARTÍCULAS COM UM TAMANHO INFERIOR A 2 0 μη, DISPOSITIVO E PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR

CAMPO DA INVENÇÃO:

[001] A invenção refere-se a um módulo de sensor de laser, um detector de partículas que compreende tais módulo e dispositivos de sensor de laser, especialmente um dispositivo de comunicação móvel que compreende tal módulo de sensor de laser ou detector de partículas. A invenção se refere adicionalmente a um método de medição de uma densidade de partículas de pequenas partículas. A invenção, por fim, referese a um produto de programa de computador correspondente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO:

[002] O documento n° DE 10 2015 207 289 Al revela um aparelho de sensor de partículas com um dispositivo emissor óptico que é configurado para emitir uma radiação óptica, de modo que um volume com pelo menos uma partícula possivelmente presente no mesmo seja pelo menos parcialmente iluminável; um dispositivo detector óptico com pelo menos uma superfície de detecção que é atingida por pelo menos uma porção da radiação óptica dispersa na pelo menos uma partícula, pelo menos um sinal de informação a respeito de uma intensidade e/ou uma distribuição de intensidade da radiação óptica que atinge a pelo menos uma superfície de detecção que é exibida; e um dispositivo de avaliação com o qual um item de informação referente à presença de partículas, um número de partículas, uma densidade de partículas e/ou pelo menos uma propriedade de partículas é identificável e exibível, sendo que o aparelho de sensor de partículas também abrange pelo menos um elemento de

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2/26 lente que é disposto, de modo que a radiação óptica emitida seja focalizável em uma região de foco dentro do volume.

[003] O documento WO 2017/016888 Al revela um módulo de sensor a laser para detecção de densidade de partículas com base em medições de interferência de automistura.

SUMARIO DA INVENÇÃO:

[004] É um objetivo da presente invenção fornecer um módulo de sensor de laser com precisão de detecção aprimorada e/ou sensibilidade aprimorada. A invenção é definida pelas reivindicações independentes. As reivindicações dependentes definem as modalidades vantajosas.

[005] De acordo com um primeiro aspecto, é apresentado um método de medição de uma densidade de partículas com tamanho menor que 20 pm, de preferência, menor que 10 pm, em um fluido. O método compreende as etapas de:

[006] emitir um feixe de laser para um espelho,

[007] redirecionar dinamicamente o feixe de laser por meio do espelho com um movimento periódico predeterminado,

[008] gerar imagens do feixe de laser para um volume de detecção, por meio de um dispositivo de imageamento óptico,

[009] permitir a determinação de um sinal de interferência de automistura de uma onda óptica dentro de uma cavidade de laser, do laser, se o sinal de interferência de automistura for gerado pela luz de laser do feixe de laser refletida por pelo menos uma das partículas,

[0010] suprimir um sinal de interferência de mistura automática falso para detecção de partículas, se o

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3/26 sinal de interferência de automistura for causado por uma perturbação no trajeto óptico do feixe de laser.

[0011] Quando um feixe de laser for submetido à varredura através de um vidro de cobertura, ou através de um dispositivo de imageamento óptico, os reflexos de volta ao laser podem dar origem a sinais falsos positivos. Esse sinal de falso positivo resultará em falsos positivos para a detecção de partículas. O dispositivo de imageamento óptico pode, por exemplo, compreender um vidro de cobertura com o propósito de proteção e um ou mais elementos ópticos adicionais (lentes e similares). Devido ao formato arredondado, por exemplo, de uma lente, a luz pode ser refletida de volta na cavidade de laser após a aplicação de uma inclinação de lente. Além disso, pequenas irregularidades das superfícies dos elementos ópticos, dentro do trajeto óptico, bem como partículas de sujeira (por exemplo, no vidro de cobertura) podem causar esses sinais falsos positivos.

[0012] Uma perturbação no trajeto óptico do feixe de laser compreende todas as interações da luz do laser emitida pelo laser com um elemento do dispositivo de imageamento óptico, ou distúrbios, em uma das superfícies de um desses elementos, o que faz com que o reflexo direto da luz do laser retorne à cavidade do laser. Reflexão direta significa, a esse respeito, gue a luz do laser é refletida de volta para a cavidade do laser, sem deixar o dispositivo de imageamento óptico (inclui a superfície externa do dispositivo de imageamento óptico). Suprimir o sinal de interferência de automistura falso para detecção de partículas causada por uma perturbação significa: evitar a geração de tal sinal de interferência de automistura falso ou de perturbação, bem como

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4/26 determinar o sinal de interferência de automistura falso ou de perturbação, mas descartar esse sinal de interferência de automistura falso ou de perturbação para determinação da densidade de partículas.

[0013] Certas medidas técnicas que são adequadas para suprimir a determinação de sinais de interferência de automistura falsos ou de perturbação causados por um primeiro tipo de perturbação podem não ser adequadas para suprimir a determinação de sinais de interferência de automistura falsos ou de perturbação causados por um segundo tipo diferente de perturbação, conforme será explicado em mais detalhes abaixo.

[0014] A supressão do sinal de interferência de automistura falso pode, por exemplo, basear-se no movimento periódico do espelho.

[0015] O formato, a duração ou, em geral, a característica, ou mesmo a existência do sinal de interferência de automistura de perturbação podem estar relacionados ao movimento periódico do espelho. A supressão de tais sinais de interferência de automistura de perturbação pode, por essa razão, basear-se no movimento periódico do espelho, porque as características de filtro para filtrar esses sinais de interferência de automistura de perturbação são adaptadas de acordo com o movimento periódico.

[0016] O sinal de interferência de automistura de perturbação pode, por exemplo, ser causado por uma interação de um elemento óptico do dispositivo de imageamento óptico em um período de tempo definido durante o movimento periódico do espelho. 0 espelho pode, por exemplo, oscilar com uma frequência de 400 Hz. A reflexão não intencional causada pela interação pode estar relacionada à disposição do respectivo

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5/26 elemento óptico, uma irregularidade local não intencional ou uma contaminação de local (por exemplo, impressão digital no vidro de cobertura) do respectivo elemento óptico. A reflexão ocorre, nesse caso, duas vezes durante um periodo completo do movimento periódico do espelho. Um relógio principal pode, por exemplo, ser usado para determinar o movimento periódico e a avaliação dos sinais de interferência de automistura detectados. Por essa razão, nenhum sinal de interferência de automistura pode ser determinado durante um periodo de tempo definido do movimento periódico ou, por exemplo, todos os sinais de interferência de automistura detectados durante tal periodo de tempo podem ser descartados. 0 periodo de tempo definido pode ser fixo (por exemplo, determinado na fábrica ou por meio do procedimento de calibração) e/ou adaptado, dependendo de uma análise dos sinais de interferência detectados na mistura automática (por exemplo, no caso de uma contaminação com provável limitação de tempo de uma superfície)

[0017] Os sinais de interferência de automistura periódicos de perturbação podem, alternativamente, ou além disso, ser detectados e compensados com uso de um filtro adaptável em uma configuração chamada Melhora na Linha de Adaptação, ou ALE. A ALE tem a capacidade de separar componentes periódicos e estocásticos em um sinal. O filtro é autoajustável e é configurado de modo a se adaptar lentamente aos sinais de interferência de automistura periódicos, como os sinais de interferência de automistura de aumento e diminuição, causados pela reflexão interna em um elemento óptico (por exemplo, lente). Os sinais de interferência de automistura do tipo chirp serão quase cancelados pela ALE a partir do sinal de interferência de automistura de partículas, deixando um

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6/26 sinal de partícula limpo. Se ajustado corretamente, também pode compensar as mudanças de fase devido a lentas mudanças de temperatura. Uma desvantagem pode ser que essa configuração exige filtros longos. Dada uma taxa de amostragem de fs = 40 MHz e uma frequência de espelho de fm = 400 Hz, o comprimento do filtro ALE precisa ser igual ao de um período do espelho e, portanto, exige um comprimento de filtro FIR de 100.000 amostras. Isso é processamento intensivo e, para uma implantação prática, pode ser possível sua realização com uso de uma estrutura de Filtros Adaptativos de Domínio de Frequência Fracionada (PFDAF). O PFDAF pode ser simplificado, se for combinado com a unidade de processamento de partículas no domínio da frequência. Alternativamente, ou além disso, a transformação rápida de Fourier (FFT) pode ser usada para permitir ou suportar uma supressão confiável de sinais de interferência de automistura de perturbação.

[0018] O método pode adicionalmente compreender as etapas de:

[0019] suprimir o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico, com base em uma primeira faixa de frequência do sinal de interferência de automistura gerado pela luz de laser do feixe de laser refletido por partículas.

[0020] Os sinais de interferência de automistura causados por reflexões de partículas podem, dependendo das características das partículas, ser caracterizados por determinadas faixas de frequência. Os sinais de interferência de automistura que são detectados e que estão fora dessas faixas de frequência podem, por essa razão, ser descartados. Qualquer tipo de filtro digital ou analógico pode ser usado

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7/26 para suprimir a contagem de partículas com base em sinais de interferência de automistura fora dessas faixas de frequência.

[0021] A determinação do sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico pode ser suprimida em uma faixa definida de ângulos do espelho, durante o movimento periódico. A faixa definida de ângulos do espelho pode, por exemplo, ser determinada por meio do relógio sincronizado com a oscilação do espelho. Alternativamente, ou além disso, nenhum sinal de interferência de automistura pode ser determinado ou levado em consideração, se o espelho for detectado na faixa definida de ângulos.

[0022] A faixa de ângulos definida pode ser determinada com base em uma característica do sinal de interferência de automistura determinada durante o movimento periódico do espelho. As características de monitoramento do sinal de interferência de automistura como, por exemplo, frequência (consultar a discussão acima), amplitude e similares podem permitir uma supressão adaptativa de sinais de interferência de automistura de perturbação.

[0023] A característica do sinal de interferência de automistura pode, por exemplo, ser fornecida por uma característica de frequência.

[0024] A característica de frequência do sinal de interferência de automistura pode, por exemplo, ser um sinal de alta frequência e baixa amplitude no início, seguido por uma frequência mais baixa e amplitude mais alta no meio e um sinal de alta frequência e baixa amplitude no final, em que a faixa definida de ângulos é determinada pelo início e pelo final do sinal de interferência de automistura. O tempo ou a

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8/26 posição do espelho no inicio e no final da frequência determina a faixa definida de ângulos.

[0025] Os experimentos mostraram que tais características de frequência podem ser observadas em caso de reflexões não intencionais da luz do laser do feixe de laser em uma superfície do dispositivo de imageamento óptico.

[0026] A determinação do sinal de automistura falso causada pela perturbação no trajeto óptico pode ser suprimida, se o sinal de interferência de automistura exceder uma duração de limite definida.

[0027] A duração dos sinais de interferência de automistura que são gerados pela reflexão das partículas depende do tamanho da partícula, da velocidade do feixe e da distância entre o espelho e a partícula. Um limite superior do tamanho das partículas que se destina a ser detectado para determinação da densidade de partículas pode, por essa razão, definir um limite superior da duração do sinal de interferência de automistura. Os sinais de interferência de automistura com duração maior que a duração limite definida podem, por essa razão, ser descartados. A duração do limite definido pode ser predefinida ou determinada durante um processo de autoaprendizagem (por exemplo, por meio de um tamanho de partícula de referência ou densidade de partículas).

[0028] Alternativamente, ou além disso, o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico pode ser suprimido com base na intensidade de sinal do sinal de interferência de automistura gerado pela luz do laser do feixe de laser refletida pelas partículas. A intensidade de sinal ou a amplitude de sinal, de um sinal de interferência de automistura, causada pela reflexão das partículas, pode

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9/26 depender do tamanho e das características da superfície da partícula. Por essa razão, pode haver um limite superior da intensidade ou amplitude do sinal resultante da reflexão de partículas. Os sinais de interferência de automistura, com uma intensidade ou amplitude de sinal acima desse limite superior, podem, por isso, ser descartados.

[0029] O sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico pode, alternativamente, ou além disso, ser suprimido pela determinação de um ruído de fundo para um número distinto de segmentos de tempo dentro de um período do movimento periódico do espelho e pela adaptação de um limite de detecção com base no ruído de fundo do respectivo segmento de tempo para o respectivo segmento de tempo.

[0030] Um algoritmo de detecção de partículas pode ser baseado em uma Transformada de Fourier a Curto Prazo (STFT). O sinal é fracionado em pequenos blocos (opcionalmente meio-sobrepostos) a partir dos quais a densidade espectral de potência (PSD) é determinada. Uma partícula é detectada se a amplitude de um ou mais binários de frequência na PSD de um único quadro exceder um determinado limite de detecção. Este algoritmo de detecção funciona bem, desde que o sinal de interferência de automistura esteja limpo, e os sinais devido às reflexões internas da lente, por exemplo, estejam ausentes.

[0031] Dada uma taxa de amostragem de fs = 40 MHz e uma frequência de espelho de fm = 400 Hz, os sinais de reflexão cobrem um período de 100.000 amostras. Quando a STFT tem um tamanho de quadro não sobreposto de B = 16, existem 6250 quadros em um período de espelho. Durante esse período de espelho, o sinal de reflexão é chirpado de uma alta frequência para uma baixa frequência e vice-versa. Para cada quadro

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10/26 especifico em um periodo de espelho, o sinal de reflexão gera uma assinatura especifica, nesse caso 6250 no total.

[0032] Para estimar a assinatura especifica para cada quadro dentro de um período de espelho, o seguinte método de subamostragem pode ser usado: Se houver N períodos de espelho, em que cada período contenha K quadros (K = 6250 nesse exemplo) indicando um único quadro com k, a assinatura pode ser determinada pela média do k-ésimo quadro em N períodos. A assinatura pode ser usada para processar adicionalmente os quadros. A mesma pode ser usada para simplesmente adaptar o limite de detecção por quadro, e até por frequência, dentro desse quadro específico. A média pode, alternativamente, ser realizada no domínio complexo. A média pode, nesse caso, ser usada para subtrair um fundo do quadro.

[0033] O ruído de fundo pode ser determinado após a fabricação de um módulo de sensor de laser adaptado para executar o método (consultar abaixo) . Os sinais causados pela reflexão no dispositivo de imageamento óptico podem ser suprimidos.

[0034] Alternativamente, pode ser possível executar execuções de calibração para determinar o ruído de fundo. A execução da calibração pode compreender vários períodos de movimento do espelho, de modo que, para cada segmento de tempo, uma seleção do resultado da medição possa ser realizada a fim de determinar o ruído de fundo (sem levar em conta sinais fortes que podem ser causados por uma detecção de partículas nesse respectivo segmento de tempo).

[0035] O limite de detecção para o respectivo período de tempo pode compreender uma faixa de frequência respectiva.

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[0036] De acordo com um segundo aspecto, é fornecido um módulo de sensor de laser para medir uma densidade de partículas com tamanho menor que 20 pm, de preferência, menor que 10 pm, em um fluido. O módulo de sensor de laser compreende um laser disposto para emitir um feixe de laser para um espelho. O espelho é disposto para se mover periodicamente para redirecionar dinamicamente o feixe de laser. O módulo de sensor de laser compreende adicionalmente um dispositivo de imageamento óptico que é disposto para gerar imagem do feixe de laser para um volume de detecção. O módulo do sensor de laser é disposto para permitir a determinação de um sinal de interferência de automistura de uma onda óptica dentro de uma cavidade de laser, do laser, se o sinal de interferência de automistura gerado pela luz de laser do feixe de laser refletida por pelo menos uma das partículas. O módulo de sensor de laser é adicionalmente disposto para suprimir o sinal de interferência de automistura falso para detecção de partículas, se o sinal de interferência de automistura for causado por uma perturbação no trajeto óptico do feixe de laser.

[0037] O módulo de sensor de laser pode compreender, por exemplo, um filtro de frequência para suprimir sinais de interferência de automistura de perturbação. Alternativamente, ou além disso, o módulo de sensor de laser pode compreender um avaliador que é disposto para executar as etapas do método descritas acima.

[0038] De acordo com outro aspecto, é fornecido um detector de partículas. O detector de partículas compreende um módulo de sensor de laser, de acordo com qualquer uma das modalidades descritas acima. O detector de partículas pode

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12/26 compreender o avaliador. 0 detector de partículas pode adicionalmente compreender uma interface (por exemplo, óptica ou acústica) para apresentar a densidade de partículas medida.

[0039] Um dispositivo como um purificador de ar, um exaustor, um carro, uma caixa de sensor ou um dispositivo vestível, como um dispositivo de comunicação móvel, e similares podem, por exemplo, compreender o módulo de sensor de laser ou detector de partículas, de acordo com qualquer modalidade descrita acima.

[0040] De acordo com outro aspecto, é apresentado um produto de programa de computador. O produto do programa de computador compreende meios de código que podem ser salvos em pelo menos um dispositivo de memória do módulo de sensor a laser descrito acima ou em pelo menos um dispositivo de memória de um dispositivo que compreende o módulo de sensor a laser descrito acima. O código significa estar disposto de modo que o método descrito acima possa ser executado por meio de pelo menos um dispositivo de processamento do módulo de sensor de laser descrito acima ou por meio de pelo menos um dispositivo de processamento do dispositivo que compreende o módulo de sensor de laser descrito acima.

[0041] O dispositivo de memória ou o dispositivo de processamento pode ser composto pelo detector de partículas (por exemplo, acionador elétrico, avaliador etc.) ou pelo dispositivo que compreende o detector de partículas. Um primeiro dispositivo de memória e/ou primeiro dispositivo de processamento do dispositivo que compreende o detector de partículas pode interagir com um segundo dispositivo de memória e/ou segundo dispositivo de processamento composto pelo detector de partículas ou módulo de sensor de laser.

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[0042] O dispositivo ou os dispositivos de memória podem ser qualquer dispositivo físico que é organizado para armazenar informações, especialmente informações digitais. 0 dispositivo de memória pode ser especialmente selecionado dentre a memória de estado sólido ou a memória óptica do grupo.

[0043] O dispositivo ou os dispositivos de processamento podem ser qualquer dispositivo físico que é organizado para executar o processamento de dados, especialmente o processamento de dados digitais. O dispositivo de processamento pode ser especialmente selecionado dentre o processador de grupo, o microprocessador ou o circuito integrado de aplicação específica (ASIC).

[0044] Deve ser entendido que o método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, e o módulo de sensor de laser da reivindicação 12 têm modalidades semelhantes e/ou idênticas, em particular, conforme definido nas reivindicações dependentes.

[0045] Deve ser entendido que uma modalidade preferencial da invenção também pode ser qualquer combinação das reivindicações dependentes com a respectiva reivindicação independente.

[0046] As modalidades adicionais vantajosas são definidas abaixo.

[0047] Esses e outros aspectos da invenção serão evidentes e elucidados em referência às modalidades descritas doravante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS:

[0048] Nos desenhos:

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[0049] A Figura 1 mostra um esquema de uma primeira modalidade de um módulo de sensor de laser.

[0050] A Figura 2 mostra um esquema de uma segunda modalidade do módulo de sensor de laser.

[0051] A Figura 3 mostra uma característica de um sinal de interferência de automistura de perturbação.

[0052] A Figura 4 mostra uma característica medida de um sinal de interferência de perturbação.

[0053] A Figura 5 mostra uma característica simulada do sinal de frequência de perturbação mostrado na Figura 4.

[0054] A Figura 6 mostra um esquema de um detector de partículas.

[0055] A Figura 7 mostra um esquema de um dispositivo de comunicação móvel que compreende o detector de partículas.

[0056] A Figura 8 mostra um esquema do método de detecção de partículas.

[0057] Nas figuras, os números iguais se referem aos objetos iguais. Os objetos nas figuras não são necessariamente desenhados em escala.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES:

[0058] Várias modalidades da invenção serão agora descritas por meio das Figuras.

[0059] A interferência de automistura é usada para detectar movimento e distância de um objeto. As informações básicas sobre interferência na mistura automática são descritas em Laser diode self-mixing technique for sensing applications, Giuliani, G.; Norgia, M.; Donati, S. & Bosch, T., Laser diode self-mixing technique for sensing

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15/26 applications, Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, 2002, 4, páginas S.283 a S.294, que é incorporado a título de referência. A detecção do movimento de uma ponta de dedo, em relação a um sensor em um dispositivo de entrada óptica, é descrita em detalhes no Pedido de Patente Internacional n° WO 02/37410, que é incorporado a título de referência. O princípio da interferência de automistura é discutido com base nos exemplos apresentados no Pedido de Patente Internacional n° WO 02/37410. Um laser de diodo com uma cavidade de laser é fornecido para emitir um feixe ou uma medição de laser. No lado superior, o dispositivo é fornecido com uma janela transparente, através da qual um objeto, por exemplo, um dedo humano, é movido. Uma lente é disposta entre o laser de diodo e a janela. Essa lente focaliza o feixe de laser na parte superior da janela transparente, ou próximo à mesma. Se um objeto estiver presente nessa posição, a mesma dispersa o feixe de medição. Uma parte da radiação do feixe de medição é dispersa na direção do feixe de iluminação, e essa parte é convergida pela lente na superfície de emissão do diodo de laser e entra novamente na cavidade desse laser. A radiação que entra novamente na cavidade do laser de diodo induz uma variação no ganho do laser e, por isso, na intensidade da radiação emitida pelo laser, e é esse fenômeno que é denominado efeito de automistura em um laser de diodo.

[0060] A mudança na intensidade da radiação emitida pelo laser ou da onda óptica na cavidade do laser pode ser detectada por um fotodiodo ou um detector disposto para determinar uma variação de impedância através da cavidade do laser. O detector de impedância ou diodo converte a variação

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16/26 de radiação em um sinal elétrico, e é fornecido um conjunto de circuitos eletrônicos para processar esse sinal elétrico.

[0061] O sinal de interferência de automistura pode, no caso de detecção de partículas, por exemplo, ser caracterizado por um curto sinal de intermitência ou um número de sincronizações de sinal. A frequência Doppler, conforme observada nesses sinais, é uma medida da velocidade das partículas ao longo do eixo geométrico óptico. Por essa razão, pode ser preferencial usar uma corrente de acionamento de CC para simplificar a detecção e a análise do sinal. Uma corrente de acionamento modulada pode ser usada para determinar a posição ou velocidade da partícula, por exemplo, por meio de sinais de interferência de automistura que podem ser gerados pela reflexão da luz do laser em partículas maiores ou objetos de perturbação. A distância (e opcionalmente a velocidade) pode ser determinada dentro de uma etapa de medição ou de medição subsequente. Por isso, pode ser possível, ou até benéfico, usar uma corrente de acionamento de CC em um primeiro período de tempo para gerar um sinal de medição relacionado ao número de partículas pretendido, à velocidade e a uma corrente de acionamento modulada em um segundo período de tempo para determinar falsos objetos no feixe. A duração e a intensidade do sinal de medição podem opcionalmente ser usadas para determinar o tamanho da partícula.

[0062] A Figura 1 mostra uma primeira modalidade de um módulo de sensor de laser 100. O módulo de sensor de laser 100 compreende um laser 111 com detector 121 que é, nessa modalidade, um fotodiodo integrado. O módulo de sensor de laser 100 compreende adicionalmente um espelho 160 que é disposto para se mover em torno de um eixo geométrico de rotação 162.

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17/26 movimento do espelho 160 em torno do eixo geométrico de rotação 162 pode ser controlado por meio de sinais de controle que controlam uma disposição de acionamento (por exemplo, motor elétrico, que é não mostrado), que pode ser fornecida através de uma interface (não mostrada). O laser 111 emite o feixe de laser 112, de modo que o feixe de laser 112 atinja o espelho 160. O feixe de laser 112 é redirecionado por meio do espelho 160, dependendo do ângulo de deflexão do espelho. O feixe de laser redirecionado é visualizado pelo dispositivo de imageamento óptico 171 para um volume de detecção. O dispositivo de imageamento óptico 171 é, nesse caso, uma lente disposta para focalizar o feixe de laser redirecionado para o volume de detecção com a partícula 10. Uma parte da luz de laser redirecionada é refletida acidentalmente por uma superfície da lente, de modo que a luz de laser de perturbação 113 refletida pelo dispositivo de imageamento óptico 171 seja refletida de volta pelo espelho 160, na direção do laser 111. O ângulo de rotação, ou o ângulo de redirecionamento do espelho 160, é, nesse caso, de modo que a luz de laser de perturbação 113 atinja o laser 111. O espelho 160 e a rotação o eixo geométrico 162, bem como a posição relativa do espelho 160, em relação ao laser 111 e ao dispositivo de imageamento óptico 171, podem alternativamente ser dispostos de modo que essencialmente nenhuma luz do laser refletida por uma das superfícies da lente atinja o laser 111. A parte de luz de laser de perturbação 113 que resulta de uma reflexão por uma das superfícies da lente pode, por exemplo, ser redirecionada para fora do plano da Figura 1 (plano de papel) por meio de uma inclinação da lente, em relação ao plano da Figura 1 (eixo geométrico óptico da lente não paralelo ao plano da Figura 1).

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18/26 módulo de sensor de laser 100 pode compreender absorvedores ópticos (não mostrados) que estão dispostos para absorver a luz de laser de perturbação 113, que não atinge o laser 111, a fim de evitar, por exemplo, reflexão secundária não intencional. O feixe de laser com imagem gerada atinge uma partícula 10 no volume de detecção e uma parte da luz do laser é refletida através do dispositivo óptico de imagem 171 e espelha 160 de volta para uma cavidade do laser 111. A interferência de automistura na cavidade do laser causa uma variação da onda óptica dentro da cavidade do laser. O sinal de medição correspondente à interferência de automistura na cavidade do laser é detectado por meio do fotodiodo integrado e pode ser trocado por um dispositivo externo por meio de uma interface. A interface pode opcionalmente ser usada para fornecer energia elétrica ao módulo de sensor a laser 100. Alternativamente, uma interface separada para fornecer potência elétrica pode ser fornecida. Além disso, pode haver interfaces separadas para trocar sinais de controle para o espelho 160 e transferir sinais de medição relacionados para detectar sinais de interferência de automistura, em vez da interface única. Sinais de interferência de automistura falsos ou de perturbação são suprimidos por meio de um filtro de frequência no detector 121.

[0063] A Figura 2 mostra um esquema de uma segunda modalidade do módulo de sensor de laser 100. O módulo de sensor de laser 100 é disposto para fornecer um trajeto óptico dobrado do feixe de laser 112. O laser 111 emite o feixe de laser 112 na direção do espelho 160, que é móvel em torno do eixo geométrico de rotação 162. O feixe de laser 112 é refletido por meio do espelho móvel 162 para um dispositivo de

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19/26 imageamento óptico que compreende um refletor 172 e uma lente 173. 0 feixe de laser 112 é refletido por meio do refletor 172 para lente 173, a qual está disposta para focalizar o feixe de laser 173 em uma região de foco (volume de detecção), a fim de detectar a partícula 10. Uma parte da luz de laser do feixe de laser 112 pode ser refletida em uma ou ambas as superfícies da lente 173, de modo que a luz do laser 113 refletida pelo dispositivo de imageamento óptico seja refletida de volta através do refletor 172 e do espelho 160 para o laser 111, de modo que um sinal de interferência de automistura de perturbação seja gerado em uma cavidade de laser, do laser 111, que é detectada pelo detector 121. É quase impossível, nessa configuração dobrada, permitir que um módulo de sensor a laser 100 com uma baixa altura de construção evite reflexões indesejadas nas superfícies do dispositivo de imageamento óptico que atingem a cavidade do laser. A situação fica ainda pior se uma superfície de cobertura (janela) estiver poluída (por exemplo, partículas de sujeira, impressões digitais etc.) . A superfície de cobertura é, nessa modalidade, a superfície externa da lente na direção da partícula 10. O módulo de sensor de laser 100 compreende, nesse caso, um avaliador (não mostrado) para suprimir os sinais de interferência de automistura gerados pela reflexão não intencional da luz do laser.

[0064] A Figura 3 mostra uma característica de um sinal de interferência de automistura de perturbação 65. A abcissa mostra o tempo 51 em microssegundos. A ordenada mostra a amplitude 52 do sinal de interferência de automistura em unidades arbitrárias. O sinal de interferência de automistura de perturbação 65 é caracterizado, no início (lado esquerdo),

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20/26 por alta frequência e baixa amplitude, seguidas por alta amplitude e frequência mais baixa no centro e, novamente, alta frequência e baixa amplitude no final (lado direito) . Tal característica de frequência pode, por exemplo, resultar de luz de laser refletida especularmente em um vidro de cobertura. A fase varia durante a varredura do feixe de laser 112 por meio do espelho 160, o que resulta em uma variação sinusoidal do sinal de interferência de automistura com frequência variável. A característica do sinal de interferência de automistura de perturbação 65 pode ser usada para suprimir (por exemplo, filtrar) os sinais descritos acima.

[0065] A Figura 4 mostra uma característica de outro sinal de frequência de perturbação 57. A abcissa mostra o tempo 53 em milissegundos. A ordenada mostra a frequência 54 do sinal de interferência de automistura em Hertz. As perturbações periódicas são indicadas pelos sinais semelhantes a um arco brilhante, que correspondem ao período de espelho de 2,5 ms. Os sinais de interferência de automistura de perturbação são provavelmente causados por imperfeições de um dos elementos ópticos do dispositivo de imageamento óptico 171, o que resulta em luz espúria que retorna ao laser 111. A imperfeição pode, por exemplo, ser causada por partículas de sujeira em uma das superfícies. A característica desse sinal de interferência de automistura de perturbação periódico pode ser detectada por meio de um avaliador adaptado em conformidade (consultar abaixo) e suprimido (por exemplo, filtrado) conforme descrito acima.

[0066] A Figura 5 mostra uma característica simulada de um período dos sinais de frequência de perturbação 57, mostrados e discutidos em relação à Figura 4. A abcissa

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21/26 mostra um período de oscilação de espelho 55 em milissegundos. A ordenada mostra novamente a frequência 54 do sinal de interferência de automistura em Hertz.

[0067] A Figura 6 mostra uma modalidade de um detector de partículas 200. O detector de partículas 200 compreende um módulo de sensor de laser 100 que é semelhante ao módulo de sensor de laser 100, discutido em relação à Figura 1. O detector de partículas 200 compreende um acionador elétrico 130 para acionar o laser 111 e um controlador 150 que é disposto para fornecer sinais de controle ao espelho 160. O controlador 150 é adicionalmente disposto para receber sinais de medição detectados com base em sinais de interferência de automistura na cavidade de laser, do laser 111, que são causados por partículas 10 detectadas por meio do detector 121, conforme discutido acima. O controlador 150 compreende adicionalmente um avaliador que é disposto para permitir a determinação de um sinal de interferência de automistura de uma onda óptica dentro de uma cavidade de laser, do laser 111, se o sinal de interferência de automistura for gerado pela luz do laser do feixe de laser 112 refletido em pelo menos uma das partículas. O avaliador é adicionalmente disposto para suprimir a determinação do sinal de interferência de automistura falso, se o sinal de interferência de automistura for causado por uma perturbação no trajeto óptico do feixe de laser 112. O avaliador compreende, nessa modalidade, um filtro adaptativo que é disposto para filtrar os sinais de interferência de automistura que são causados pela luz do laser 113, que é refletida de volta para a cavidade do laser 111 por um elemento do dispositivo de imageamento óptico 171, conforme discutido em relação às Figuras 1 a 4. O avaliador pode

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22/26 adicionalmente ser acoplado a um relógio (não mostrado) determinando a frequência de oscilação do espelho 160. Os sinais de interferência de automistura de perturbação, nesse caso, podem variar com a posição do espelho 160, como mostrado na Tabela 1.

Ângulo do espelho (°)	Traj eto óptico de laser a laser (mm)	Diferença de trajeto óptico (λ)	Tempo (u s)	Frequênc ia (MHz)
0	38,793	0	31,8	0
1,2	38,781	14	31,9	0,44
2,4	38,741	61	32,3	1, 89
3, 6	38,667	148	32,8	4,51
-1,2	38,777	19	31,9	0,59
-2,4	38,731	73	32,3	2,26
-3, 6	38,653	165	32,8	5, 03

[0068] Tabela 1: Frequência do sinal de interferência de automistura de perturbação como uma função da posição do espelho 160, em graus. A frequência é dada pela variação do comprimento do trajeto óptico ao longo do tempo para o ângulo específico do espelho.

[0069] A Tabela 1 mostra que existe uma clara relação entre a posição do espelho e a frequência do sinal de interferência de automistura de perturbação. O avaliador é disposto para determinar essa característica e executar uma transformação de Fourier rápida (FFT). O avaliador é adicionalmente disposto para descartar o binário relacionado ao sinal de interferência de automistura de perturbação após a FFT. Em todas os outros binários, a detecção de partículas pode adicionalmente ser realizada. O avaliador é, por isso,

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23/26 disposto para otimizar a detecção da densidade de partículas. Além disso, no caso de contaminação do vidro de cobertura ou da frequência específicas da lente, as contribuições (consultar a Figura 3 e a Figura 4) podem estar presentes, que podem ser suprimidas após um processo de adaptação dinâmica, uma vez detectadas.

[0070] A Figura 7 mostra um esboço principal de um dispositivo de comunicação móvel 190 que compreende pelo menos uma parte do detector de partículas 200, discutido em relação à Figura 9. O detector de partículas 200 é adaptado para emitir um feixe de laser 112. O dispositivo de comunicação móvel 190 compreende uma interface de usuário 191, um dispositivo de processamento principal 192 e um dispositivo de memória principal 193. O dispositivo de processamento principal 192 é conectado ao dispositivo de memória principal 193 e ao detector de partículas 200. O dispositivo de processamento principal 192 compreende pelo menos uma parte das funcionalidades do controlador 150 que são descritas acima. O dispositivo de processamento principal 192 armazena dados relacionados à detecção de partículas no dispositivo de memória principal 193. Em uma modalidade alternativa, também pode ser possível que o dispositivo de processamento principal 192 e o dispositivo de memória principal 193 sejam usados apenas para preparar ou adaptar dados fornecidos por meios do detector de partículas 200, que, nesse caso, pode ser idêntico ao detector de partículas 200 discutido em relação à Figura 6, de modo que os dados possam ser apresentados a um usuário do dispositivo de comunicação móvel 190 por meio da interface de usuário 191. O detector de partículas 200 pode ser alimentado por meio de uma fonte de alimentação do dispositivo de comunicação móvel

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190. O dispositivo de comunicação móvel 190 pode, alternativamente, compreender um módulo de sensor a laser 100, descrito acima. Quase todo o processamento e o controle de dados podem, nesse caso, ser realizados por meio do dispositivo principal de processamento 192 e do dispositivo principal de memória 193. O módulo de sensor de laser 100 pode, alternativamente, ou além disso, compreender, por exemplo, um filtro analógico para suprimir um certo tipo de sinal de interferência de automistura de perturbação. O mesmo princípio pode ser usado em outros dispositivos que compreendem o detector de partículas 200 ou o módulo de sensor de laser 100.

[0071] A Figura 8 mostra uma modalidade de um método de detecção de densidade de partículas. Um feixe de laser é emitido na etapa 410. Na etapa 420, o feixe de laser é redirecionado dinamicamente. O feixe de laser tem imagem gerada na etapa 430 para uma região de foco. A determinação do sinal de interferência de automistura causado por partículas que cruzam a região de focalização é permitida na etapa 440. Na etapa 450, é suprimida a determinação do sinal de interferência de automistura falso ou de perturbação para a detecção de partículas causada por distúrbios no trajeto óptico do feixe de laser.

[0072] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e na descrição anterior, esta ilustração e descrição devem ser consideradas ilustrativas ou exemplificativas, e não restritivas.

[0073] A partir da leitura da presente revelação, outras modificações serão evidentes para as pessoas versadas na técnica. Tais modificações podem envolver outros recursos

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25/26 que já são conhecidos na técnica e que podem ser usados, em vez de, ou além dos recursos já descritos neste documento.

[0074] As variações nas modalidades reveladas podem ser entendidas e efetuadas pelas pessoas versadas na técnica, a partir de um estudo dos desenhos, da revelação e das reivindicações anexas. Nas reivindicações, a palavra que compreende não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido um ou uma não exclui uma pluralidade de elementos ou etapas. O simples fato de certas medidas serem recitadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada com vantagem.

[0075] Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitantes do seu escopo.

LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS:

[0076]	10	partícula
[0077]	51	tempo (ps)
[0078]	52	amplitude (unidades arbitrárias)
[0079]	53	tempo (ms)
[0080]	54	frequência (Hz)
[0081]	55	período de oscilação de espelho
[0082]	57	sinal de frequência de perturbação
[0083] de perturbação	65	sinal de interferência de automistura
[0084]	100	módulo de sensor de laser
[0085]	111	laser
[0086]	112	feixe de laser
[0087]	113	luz de laser refletida pelo

dispositivo de imageamento óptico

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[0088]	121	detector
[0089]	125	sinal de medição
[0090]	130	acionador elétrico
[0091]	135	Interface
[0092]	150	controlador
[0093]	160	espelho
[0094]	162	eixo geométrico de rotação
[0095]	171	dispositivo de imageamento óptico
[0096]	172	refletor
[0097]	173	lente
[0098]	190	dispositivo de comunicação móvel
[0099]	191	interface de usuário
[00100]	192	dispositivo de processamento principal
[00101]	193	dispositivo de memória principal
[00102]	200	detector de partículas
[00103]	410	etapa de emitir de feixe de laser
[00104]	420	etapa de redirecionar, de forma
dinâmica, o feixe	de laser
[00105]	430	etapa de gerar imagem do feixe de laser
[00106]	440	permitir a determinação do sinal de
interferência de	automi	stura causado por partículas
[00107]	450	suprimir a determinação do sinal de
interferência de	automi	stura causada por perturbação

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO DE MEDIÇÃO DE UMA DENSIDADE DE PARTÍCULA DE PARTÍCULAS (10) COM UM TAMANHO INFERIOR A 2 0 pm, de preferência, inferior a 10 pm, em um fluido, sendo que o método é caracterizado por compreender as etapas de:

emitir um feixe de laser (112) para um espelho (160), redirecionar o feixe de laser (112) por meio do espelho (160) com um movimento periódico predeterminado, focalizar o feixe de laser (112) em um volume de detecção por meio de um dispositivo de imageamento óptico (171) , determinar um sinal de interferência de automistura de uma onda óptica dentro de uma cavidade a laser do laser, se o sinal de interferência de automistura for gerado pela luz de laser do feixe de laser (112) refletida por pelo menos uma das partículas (10), suprimir um sinal de interferência de automistura falso para detecção de partículas, se o sinal de interferência de automistura for causado por uma perturbação no trajeto óptico do feixe de laser (112), em que o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico é suprimido em uma faixa definida de ângulos do espelho (160) durante o movimento periódico, em que o método compreende adicionalmente determinar a faixa definida de ângulos com base em uma característica do sinal de interferência de automistura determinada durante o movimento periódico do espelho (160).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela supressão do sinal de interferência de

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2/5 automistura falso ser baseada no movimento periódico do espelho (160).
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender a etapa de:

suprimir o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico com base em uma primeira faixa de frequência do sinal de interferência de automistura gerado pela luz de laser do feixe de laser (112) refletida pelas partículas (10).
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela característica do sinal de interferência de automistura ser fornecida por uma característica de frequência.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela característica de frequência do sinal de interferência de automistura, ao longo do tempo, ser um sinal de alta frequência e de baixa amplitude no início do sinal de interferência de automistura, seguido por uma amplitude mais alta e de baixa frequência do sinal de interferência de automistura, e um sinal de baixa amplitude no final do sinal de interferência de automistura, em que a faixa de ângulos definida é determinada pelo início e pelo final do sinal de interferência de automistura.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender a etapa de:

suprimir o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico, se o sinal de interferência de automistura exceder uma duração de limite definida.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das

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3/5 reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender a etapa de:

suprimir o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico, com base na força de sinal do sinal de interferência de automistura gerado pela luz de laser do feixe de laser (112) refletida pelas partículas (10) .
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender a etapa de, suprimir o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico, determinando-se um ruído de fundo por um número distinto de segmentos de tempo, dentro de um período do movimento periódico do espelho (160), e adaptando-se um limite de detecção, com base no ruído de fundo do respectivo segmento de tempo, para o respectivo segmento de tempo.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo limite de detecção, para o respectivo período de tempo, compreender uma respectiva faixa de frequência.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela perturbação no trajeto óptico ser causada pela reflexão de uma parte da luz de laser em um elemento do dispositivo de imageamento óptico (171), sendo que o método compreende a etapa de suprimir o sinal de interferência de automistura falso em um subperíodo do movimento periódico do espelho (160), em que o subperíodo é distinguido pela parte da luz do

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4/5 laser refletida no elemento do dispositivo de imageamento óptico (171) ser refletida de volta na cavidade do laser.
11. MÓDULO SENSOR DE LASER (100) PARA MEDIR UMA DENSIDADE DE PARTÍCULA DAS PARTÍCULAS (10) COM UM TAMANHO INFERIOR A 20 pm, de preferência, inferior a 10 pm, em um fluido, sendo que o módulo sensor de laser (100) é caracterizado por compreender um laser disposto para emitir um feixe de laser (112) para um espelho (160), em que o espelho é disposto para se mover periodicamente, a fim de redirecionar o feixe de laser (112), sendo que o módulo sensor de laser (100) compreende adicionalmente um dispositivo de imageamento óptico (171) que é disposto para focalizar o feixe de laser (112) para um volume de detecção, em que o módulo sensor de laser (100) é disposto para determinar um sinal de interferência de automistura de uma onda óptica dentro de uma cavidade de laser, do laser, se o sinal de interferência de automistura gerado pela luz laser do feixe de laser (112) refletido por pelo menos uma das partículas (10), distinguido pelo fato de que o módulo sensor de laser (100) é adicionalmente disposto para supressão de um sinal de interferência falso de automistura para detecção de partículas, se o sinal de interferência de automistura for causado por um distúrbio em um trajeto óptico do feixe de laser (112), em que o sinal de automistura falso causado pela perturbação no trajeto óptico é suprimido em uma faixa definida de ângulos do espelho (160) durante o movimento periódico, sendo que o módulo sensor de laser é configurado para determinar a faixa definida de ângulos com base em uma característica do sinal de interferência de automistura determinada durante o movimento periódico do espelho (160).

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12. DISPOSITIVO (300), caracterizado por compreender o módulo sensor de laser (100), conforme definido na reivindicação 11.
13. PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR, caracterizado por compreender meios de código que podem ser salvos em pelo menos um dispositivo de memória compreendido pelo módulo sensor de laser (100), conforme definido em 11, ou em pelo menos um dispositivo de memória de um dispositivo que compreende o módulo sensor de laser (100), em que os meios de código são dispostos de modo que o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, possa ser executado por meio de pelo menos um dispositivo de processamento compreendido pelo módulo de sensor de laser (100) ou por pelo menos um dispositivo de processamento do dispositivo que compreende o módulo sensor de laser (100).