CN102762972A - 用于确定散射光测量设备的测量结果质量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于确定散射光测量设备（3）的测量结果质量的一种方法，其中该散射光测量设备具有至少一个散射光测量室（26）、至少一个光源（4）和至少一个光传感器（6a,6b），其中该方法包含以下的步骤：确定在该散射光测量设备的参考状态中所记录的两个散射光传感器信号（S1,S2）之间的差R；确定在该散射光测量设备的使用状态中所记录的两个散射光传感器信号（M1,M2）之间的差（D）；比较在使用状态中所记录的信号差（D）与在参考状态中所记录的信号差（R）。

Description

用于确定散射光测量设备的测量结果质量的方法和装置

现有技术

本发明涉及用于确定散射光测量设备的测量结果质量的方法，比如该方法用于测量汽车尾气中的微粒浓度，并涉及一种散射光测量设备，其构造用于实施根据本发明的方法。

在现有技术中已知采用散射光方法来测量尾气中微粒和其他胶质的浓度。

在此通常采用设置在测量室中的强光光源比如激光器，并且要测量的胶质被传导穿过测量室。在测量室中存在至少一个光传感器，所述光传感器探测由胶质中所存在的微粒所散射的散射光。即使采用所谓的净化空气帘以使与尾气相接触的光源的光输出面和光传感器的光输入面保持清洁无沉积，该光输入面和光输出面在时间过程中也被微粒沉积所污染，由光传感器所输出的信号强度下降，并且测量结果发生错误。测量结果的错误还可以通过光源、光传感器和/或放大和分析电子装置元件的老化而引起。

从而识别这种测量设备的重要元件的污染和/或老化是重要的，以能够评估利用该测量设备所测量数据的精确度和有效性。

用于官方测量的尾气测量设备属于法律义务，由此更进一步提高了保证测量结果足够精确度的必要性。

本发明的公开

从而本发明的任务是可靠并且以良好的精确度来确定散射光测量设备的测量结果的质量。

该任务通过根据独立权利要求1所述的本发明的方法以及根据权利要求10所述的本发明的散射光测量设备而得到解决。从属权利要求阐述了本发明方法的有利的扩展。

根据本发明的用于确定散射光测量设备的测量结果质量的方法，其中该散射光测量设备设置用于测量汽车尾气中的微粒浓度，并具有至少一个散射光测量室、至少一个光源和至少一个光传感器，该方法包含有以下的步骤，首先在一个定义的参考状态下来运行（初始化）该散射光测量设备，其中在该参考状态中理想地在所述散射光测量室中不存在沉积，并且元件处于崭新的状态中。该状态比如直接在该散射光测量设备制造之后或者在更换或彻底清洁有关元件诸如所述散射光测量室之后被给出。

根据本发明，处于所述参考状态的该散射光测量设备在所定义的一个第一运行状态下被运行。在一个第一变化方案中，该光源在该第一运行状态下被断开。代替地，该光源在该第一运行状态中被接通，并且具有所定义的第一微粒浓度的第一参考气体流或者具有所定义的散射特性的第一测量体被引入所述散射光测量室中，以生成所定义的散射光。一个或多个散射光传感器的信号被测量，并作为第一散射光传感器信号S1而被存储。

之后该散射光测量设备进入所定义的一个第二运行状态，在该状态中该光源被接通，具有所定义的第二微粒浓度的第二参考气体流或者具有与第一测量体的散射特性不同的所定义散射特性的第二测量体被引入所述散射光测量室，以生成所定义的散射光，其中该散射光与在第一运行状态中的散射光不同。

在所定义的第二运行状态中该或者这些散射光传感器的信号也被测量，并作为第二散射光传感器信号S2而被存储。

该第二散射光传感器信号S2与该第一散射光传感器信号S1之间的差得到参考信号差R=S2-S1，其在一个合适的存储装置中被存储以用于稍后的应用。

根据本发明的方法的初始化从而结束。

为了确定散射光测量设备的测量结果的质量，其中该散射光测量设备已经运行了一定的时间和/或一定数量的测量过程，前述的步骤被重复：

重建所定义的在初始化期间所设置的第一运行状态，在该状态中该光源被断开，或者在该状态中该光源被接通，并且具有所定义的第一微粒浓度的第一参考气体流或该第一测量体被引入到所述散射光测量室中，并且该或者这些散射光传感器的第一散射光传感器信号M1被测量并被存储。

之后调节所定义的在初始化期间所设置的第二运行状态，在该状态中具有所定义的第二微粒浓度的第二参考气体流或第二测量体被引入所述散射光测量室，并且第二散射光传感器信号M2被测量并被存储。在所定义的这两个运行状态中所测量的散射光传感器信号M2和M1之间的差D=M2-M1被计算，并与初始化中所确定的参考信号差R相比较。

在该散射光测量设备的使用或老化状态中所确定的信号差D与参考信号差R的偏差是该散射光测量设备的测量结果质量的可靠度量。

针对该散射光测量设备的使用或老化状态中所确定的信号差D与参考信号差R的偏差可以定义一个阈值，在超过该阈值时可以给使用者显示报警，和/或阻止该散射光测量设备继续运行，因为结果的精确度不再符合（法律上的）要求。也可以如此定义两个阈值，使得在超过较低的第一阈值时输出报警，并在超过较高的第二阈值时阻止该散射光测量设备继续运行。

由于该方法基于的是相应两个在两个不同运行状态下所记录的散射光传感器信号的差值的比较，所以可以推断或至少降低系统错误比如传感器和放大器装置的漂移错误。由此该方法达到了尤其高的精确度。

在一个实施方式中，该光源在所定义的第一运行状态中被断开，并且散射光测量室的遮光值（Dunkelwert）、也即散射光传感器的在光源断开并且测量室黑暗时所输出的输出信号被用作散射光传感器信号S1。在该实施方式中仅需要提供具有所定义微粒浓度的一个唯一的参考气体流。该方法从而可以尤其简单而造价合理地来实施。

在本发明方法的另一可选实施方式中，该光源在所定义的这两个运行状态中被接通，并在每个运行状态中都穿过散射光测量室而传导具有所定义微粒浓度的参考气体流，其中在第二运行状态中的微粒浓度与在第一运行状态中的微粒浓度不同。在其中具有不同微粒浓度的两个参考气体流被相互比较的这种方法中，可以以尤其高的精确度来确定污染程度。

在一个实施方式中，参考气体之一是所谓的零气体，也即具有尤其低微粒浓度的气体。这种零气体通常提供用作清除气体和/或用作该测量设备的零校准的气体。该方法从而可以在采用已有的零气体的情况下成本合理地、没有提供参考气体的额外耗费地被实施。

在一个实施方式中，在至少一个运行状态中测量体被引入到测量室中，其中该测量体以所定义的方式对入射的光线进行散射。该测量体如此来构造，使得它模拟具有给定微粒浓度的参考气体流的散射特性。因为这种测量体不遭受明显的老化过程，并从而具有在长时间上恒定的散射特性，所以可以通过采用这种测量体而尤其有效而简单地以高的精确度和可重复性来重复并长时地调整所定义的运行状态。

在该方法的一个实施方式中，用于确定测量结果质量的步骤规则地以预先给定的时间间隔来实施。从而保证了该散射光测量设备的测量结果的质量被规则地监控，对测量结果可能有负面影响的元件污染和/或老化被可靠而及时地识别。

在一个实施方式中，用于确定测量结果质量的步骤规则地在预先给定数量的测量过程之后被实施。由此即使在以预先给定时间间隔不足以进行检验的过度使用该测量设备的情况下也可靠地监控测量结果的质量。如果该测量设备仅很少使用，那么通过这种方法就节省了多余的检验，节省了该设备不提供用于测量的时间成本。

这两种方法也可以如此相组合，使得如果已经实施了预先给定数量的测量过程，或者如果自最后一次检验以来已度过了预先给定的时间，分别按照哪个标准更早地达到，那么就总是进行测量结果的质量的检验。通过这种组合就可以以最小可能的耗费在该测量设备的不同运行条件下长久地保证该测量设备的测量精确度。

在该方法的一个实施方式中，所有检验的结果都被持久地存储。这样该测量设备在整个寿命上的污染和老化都被记录，并可以出于校正目的、监控目的和/或维护目的而被分析。

在该方法的一个实施方式中，用于确定参考状态的该初始化步骤直接在该散射光测量设备制造之后就被进行。在该状态中测量室没有污染，并且其他元件也处于崭新的状态，使得该参考状态可以尤其精确地被确定。也可以由制造者来进行初始化，而不由此给使用者增加负担，并避免了无经验的使用者忘记或错误地实施初始化。

代替地也可以直接在把该散射光测量设备架设在使用位置之后来进行初始化。附加地也可以在每次清洁所述散射光测量室之后和/或在更换对于精确度有关的元件之后来进行初始化，以获得相应一个当前的参考值。

本发明还包含有用于测量汽车尾气中微粒浓度的散射光测量设备，其具有至少一个存储装置以存储参考信号差，并具有控制装置，该控制装置构造用于如此控制该散射光测量设备，使得它实施根据本发明的方法。

本发明下面借助附图来更详细解释。

该附图示意性示出了用于实施本发明方法的一种散射光测量装置3的一个实施例。

在附图中所示的散射光测量装置3具有测量室26，测量室具有光源4，该光源比如作为激光器来构造并在运行中把光线照射到测量室26中。在测量室26中设置有两个光传感器6a、6b。在图1的示意性图示中所述光传感器6a、6b出于更清晰的原因而绘制在测量室26之外，虽然其在实际中至少部分地设置在测量室26之内或之上。所述光传感器6a、6b检测由该光源4所辐射的光线，在此之前该光线已经由在测量室26中所存在的微粒而被散射。该光源4和所述光传感器6a、6b如此来设置，使得没有光线直接从该光源4辐射到所述光传感器6a、6b之上或之中。所述光传感器6a、6b优选地如此来设置，使得由微粒以不同角度散射的光线被不同的光传感器6a、6b来检测。

所述光传感器6a、6b与分析单元8相电连接，该分析单元分析由所述光传感器6a、6b所输出的信号，并尤其由所述光传感器6a、6b所输出的信号来确定在测量室26中胶质的微粒浓度。该分析结果通过一个输出装置10被输出。该输出装置10可包含有显示装置（Display）、打印机和/或数据接口，该数据接口构造用于把结果传输到数据处理装置或数据存储装置，比如磁盘或USB棒。

示意性示出的汽车24的要测量尾气由设置在汽车24排气管之中或之上的尾气探测器22来吸收，并通过尾气软管或开关元件32输入给测量室26。（尾气流B）

该开关元件32与控制单元28在功能上相连接，并可以在打开状态和关闭状态之间进行切换，其中在打开状态中它允许尾气由汽车24流到测量室26中，在关闭状态中把从汽车24至测量室26的尾气流动关闭。该控制单元28与该开关元件32比如通过电或液压相连接，其中该开关元件32例如作为阀门来构造。

尾气通过尾气排出装置40从测量室26向外流出，而不会污染或毒化测量室26邻近的环境，比如车间或测量位置。

根据本发明的散射光测量装置3附加地还具有零气体源12，该零气体源提供所谓的零气体、也即具有尤其低微粒浓度的气体。该零气体源12具有空气入口14，其从环境中吸收空气。如果该散射光测量装置3在一个尤其污染的和/或多尘的环境比如车间中运行，那么该空气入口14可以作为管或烟囱来构造，其从较大距离上、比如从建筑外部来引来环境空气。代替地也可以从所提供的气瓶来获得尤其清洁的空气。

该空气入口14把所吸收的环境空气输入给过滤单元16，该过滤单元构造用于降低在所吸收空气中的微粒浓度。为此该过滤单元16具有至少一个精细过滤器16b（比如所谓的HEPA过滤器），该过滤器能够如此对所输入的空气进行过滤，使得由所述光传感器6a、6b所生成的、由在过滤之后仍旧还包含在零气体中的那些微粒所引起的信号强度水平下降为一个值，该值低于在具有功能良好微粒过滤器的汽车的尾气中存在的微粒浓度下所确定的值。

该精细过滤器16b前接了一个粗过滤器16a，该粗过滤器从所输入的空气中滤除尤其粗的微粒，之后该空气到达精细过滤器16b。由此避免了粗微粒对该精细过滤器16b的快速污染和/或阻塞，并且用于更换或清洁过滤器16a、16b的维护间隔可以被延长。粗过滤器16a和精细过滤器16b可以对应于相应的污染程度来单独地更换或清洁，以降低维护成本。

测量室26的下游设置了一个泵18以输送零气体。该泵18通过吸零气体把来自零气体源12的零气体输送穿过测量室26。同时，如果该泵18也在测量过程期间被运行，那么它还支持来自汽车24的尾气流B穿过测量室26。

在一个可替换的、未示出的实施例中，该泵18设置在零气体流A和/或尾气流B中测量室26的上游。

在该气体入口14与测量室26之间的零气体流的走向中设置有压力传感器20，该压力传感器测量所输入零气体的压力，并把结果续传到在图1中未示出的控制单元。由该压力传感器20所测量的压力可以用于调节该泵18，以保证总是足够的零气体流穿过测量室26。

在泵18功率已知的情况下可以由零气体的压力来推断该过滤单元16的污染，因为到强烈污染的过滤单元16上出现大的压力下降。如果到该过滤单元16上的压力下降超过预先给定的阈值，那么就可以输出报警信号，该报警信号给使用者指示过滤单元16的至少一个过滤器16a、16b应该被更换。如果该过滤器的污染如此大，使得不再保证该零气体源12的可靠功能或者存在泵18过载和/或被损坏的危险，那么也可以在超过较高的第二界限值时该泵18被关闭。

代替地或者附加地，可以在过滤单元16的上游设置压力传感器20，以测量在过滤单元16之前的零气体压力。

比如直接在其制造或交货之后在该散射光测量装置3的参考状态中来确定参考信号差R。

在真正的测量过程之前来实施所谓的零校准。

零气体源12的泵18被接通，使得由该过滤单元16所过滤的零气体由零气体源12流入到测量室26中。

该光源4被接通，并且由所述光传感器6a、6b所输出的信号被分析，以定义该散射光测量装置3的零状态，其中信号基于的是散射光，该散射光由引入到测量室26中的零气体中所存在的微粒散射并由所述光传感器6a、6b探测。

在实施零校准之后，该控制单元28如此控制该开关元件32，使得尾气从汽车24至测量室26的输入被打开，并且尾气从汽车24中流过测量室26（尾气流B），使得可以测量在流过测量室的尾气中的微粒浓度。

在图中所示的实施例中，在测量汽车24尾气中的微粒浓度时该零气体流A没有被关断。来自零气体源12的零气体而是同时随着要测量的尾气一起流过测量室26。在此该零气体比如作为清除气体直接在传感器6a、6b和/或该光源4的光出射口之前沿着被输送，以避免或至少降低由于尾气流B中微粒的沉积而造成的传感器6a、6b和/或光出射口的污染。

在一个可替换的、未示出的实施例中，在测量期间该零气体流A被关闭，以避免尾气流B被零气体稀释。

Claims (10)

1. 用于确定散射光测量设备（3）的测量结果质量的方法，该散射光测量设备被设置用于测量汽车尾气中的微粒浓度，并具有至少一个散射光测量室（26）、至少一个光源（4）和至少一个光传感器（6a,6b），其中该方法具有以下的步骤：

A）在该散射光散射光测量设备的参考状态中：

A1）在该散射光测量设备的定义的第一运行状态中测量并存储第一散射光传感器信号（S1）；

A2）在该散射光测量设备的定义的第二运行状态中测量并存储第二散射光传感器信号（S2）；

A3）确定并存储在该第二散射光传感器信号（S2）与该第一散射光传感器信号（S1）之间的参考信号差（R）；

B）在该散射光散射光测量设备的使用状态中：

B1）在该散射光测量设备的定义的第一运行状态中测量并存储第一散射光传感器信号（M1）；

B2）在该散射光测量设备的定义的第二运行状态中测量并存储第二散射光传感器信号（M2）；

B3）确定并存储在该第二散射光传感器信号（M2）与该第一散射光传感器信号（M1）之间的信号差（D）；

C）把在使用状态中的信号差（D）与在参考状态中所记录的参考信号差R相比较。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中该光源（4）在该定义的第一运行状态中被关闭。

3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中在至少一个运行状态中把具有定义散射特性的测量体引入到所述散射光测量室（26）中。

4. 根据前述权利要求之一所述的方法，其中在至少一个运行状态中该光源（4）被接通，并把具有定义微粒浓度的参考气体流传导穿过所述散射光测量室（26）。

5. 根据权利要求4所述的方法，其中参考气体是具有尤其低微粒浓度的零气体。

6. 根据前述权利要求之一所述的方法，其中在该散射光测量设备的使用状态中要实施的步骤B1至B3和C规则地以预先给定的时间间隔和/或在预先给定数量的测量过程之后被实施。

7. 根据前述权利要求之一所述的方法，其中用于确定参考信号差R的步骤A1至A3直接在该散射光测量设备制造之后来进行。

8. 根据权利要求1至7之一所述的方法，其中用于确定参考信号差R的步骤A1至A3直接在该散射光测量设备架设在使用位置之后来进行。

9. 根据前述权利要求之一所述的方法，其中用于确定参考信号差R的步骤A1至A3在所述散射光测量室（26）清洁之后来进行。

10. 用于测量汽车尾气中微粒浓度的散射光测量设备，其具有至少一个用于存储参考信号差的存储装置和控制装置，该控制装置被设立用于实施根据前述权利要求之一所述的方法。

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