CN103403526A - 用于借助散射光测量颗粒浓度的测量设备和用于监视测量设备的方法 - Google Patents

Abstract

提出的用于借助散射光测量废气中粒子浓度的测量设备包括测量室（12）、至少一个光源（10）和至少一个光传感器（15a，15b），其中所述测量室（12）设置在所述光源（10）的光路中，并且其中所述光传感器（15a，15b）检测所述测量室（12）中由所述废气的粒子散射的光。为了检测对于精确的粒子测量决定性的光束（11b）的强度，设置监视装置（22），用于根据散射射束（30）检测所述光束（11b）的强度。借助监视测量，检测所述光束（11b）的强度，其方式是，求取散射射束（30），并且将其与所述散射射束（30）的预先规定的参考值比较。根据所述比较，相应地调节所述光源（10）的强度和/或相应地校正所述粒子测量的测量结果。

Description

用于借助散射光测量颗粒浓度的测量设备和用于监视测量设备的方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的、用于借助散射光测量废气中颗粒浓度的测量设备和用于监视所述测量设备的方法。

背景技术

现有技术中已知将散射光方法用于测量废气中和其他胶体中的颗粒浓度。

为此设置的测量设备通常包括光线强的光源——例如激光，所述光源将光辐射到测量室中，待测量的胶体被引导通过所述测量室。给测量室分配至少一个光传感器，所述至少一个光传感器检测已由存在于胶体中的颗粒散射的光。为了检查这种测量设备的按规定的功能并且校准该测量设备，需要在测量室中调整出定义的状态，在该定义的状态时以定义的和已知的方式散射入射光。用于官方测量的测量设备有检定义务，由此进一步增加以高可靠性提供精确测量结果的必要性。这类测量设备在德国专利申请102010002423.6中提出。

发明内容

本发明的任务是，提供一种测量设备和一种方法，借助其能够实现对在用于测量颗粒浓度的测量设备的测量室中的光束的简单、可靠和精确的检查。

所述任务借助独立权利要求的特征部分特征解决，其方式是，在该光束的光路中设置监视装置，用于检测测量室中该光束的强度，其中产生、检测和分析处理光束的定义的散射辐射，其方式是，该定义的散射辐射与该散射辐射的参考值比较。光源的辐射在此基本上没有衰减地碰到监视装置。借助根据本发明的测量设备和根据本发明的方法，实现一种用于监视和调节测量设备的测量室中光束的强度的可能性。因此，同样能够实现对光源和/或光传感器的弄脏的识别。

光束的强度——也是辐射强度，是所有辐射功率的、由光源朝着空间方向——在当前情况下是朝着测量室的方向发射的部分。

借助从属权利要求的特征能够实现本发明的有利的扩展方案。

适宜地，监视装置具有散射光体和其他光传感器，其中散射光体在借助光源的光照射的情况下发射具有定义的强度的散射光辐射并且所述其他光传感器检测由散射光体散射的光辐射。其他光传感器或监视器-传感器提供与测量室中光束的强度成正比的信号。因此，所述信号用于监视和/或用于调节测量室中光束的强度。附加地或替代地，由此还能够实现光传感器的实际测量信号的校正。

根据有利的实施方式，散射光体设置在测量室外面的光源的辐射方向上的监视位置上或测量室内的监视位置上，或在测量室内的定位装置中，借助所述定位装置，散射光体可从校准位置移动到监视位置上。散射光体的设置适宜地在合适的容纳装置中进行，所述容纳装置定位在校准位置上和/或监视位置上。

此外，可以适宜地给其他光传感器分配用于求取和/或表示由所述其他光传感器接收的散射光辐射的分析处理装置。

所述测量设备有利地具有微控制器，所述微控制器将由所述其他光传感器检测的并且由其他分析处理装置求取的散射辐射的强度与该散射辐射的预先规定的参考值比较并且从中确定测量室中光束的强度。在此，微控制器可以与分析处理装置和光源连接并且包含调节回路，所述调节回路将光源的强度调节到该散射辐射的预先规定的参考值。此外，微控制器可以与测量设备的分析处理装置连接，以便校正先前的废气测量的结果。为此，微控制器具有校正算法，借助所述校正算法，根据求取的散射辐射强度与该散射辐射的预先规定的参考值的偏差来校正测量设备的分析处理装置的结果。

此外，散射光体可以同时在校准装置中用作散射光体或反过来，现有校准装置的散射光体可以用作监视装置中的散射光体。为了更换，仅仅需要简单的工具，其中可以在校准位置上和在监视位置上设置合适的容纳装置以用于容纳散射光体。

因此，为了检查测量设备的测量室中的光束，在颗粒测量之前或之后执行监视测量。为此，将由监视装置求取的散射辐射强度与该散射辐射的预先规定的参考值比较。根据第一备选方案，将光源的光强度校正到散射辐射的预先规定的参考值。根据第二备选方案，根据产生的散射辐射与所述散射辐射的预先规定的参考值的偏差校正颗粒浓度的测量结果。

附图说明

在附图中示出并且在随后的描述中详细解释本发明的实施例。

示出：

图1示出根据第一实施例的、用于借助散射光测量颗粒浓度的测量设备的示意性结构，

图2示出根据第二实施例的、用于借助散射光测量颗粒浓度的测量设备的示意性结构，

图3示出根据第三实施例的、用于借助散射光测量颗粒浓度的测量设备的示意性结构。

具体实施方式

在图1、2和3中示出的测量设备用于借助散射光测量废气或其他胶体中、尤其是机动车的废气中的颗粒浓度。该测量设备具有测量室12，通过未示出的输入管路和排出管路将来自机动车的废气引导通过所述测量室。在此，可以通过由机动车的发动机产生的压力——所谓的废气反压力将废气引导通过测量室12。可选地，附加地可以设置未示出的泵，以便支持通过测量室12的废气流动。

测量设备具有至少一个光源10，所述至少一个光源例如可以被构造为激光光源。光源10在接通的状态中产生光束11a，所述光束以定义的强度耦合进测量室12中并且在测量室12内作为光束11b延伸。光束11b从测量室12作为其他光束11c射出并且在测量室12后面碰到在那里设置的辐射吸收器14（Beamdump：束集堆），在所述辐射吸收器中完全地吸收或根除光源10的未被散射的或部分被吸收的光。

给测量室12分别分配在图1、2和3中所示的实施例中两个光传感器15a、15b中的至少一个光传感器，所述两个光传感器将光束11b中的已由存在于被引导通过测量室12的废气流中的颗粒散射的光作为散射辐射20a和20b探测。在图1、2和3中的示意图中，出于更好的清晰性的原因，在测量室12外面示出光源10和光传感器15a、15b，尽管他们在现实中至少部分地设置在测量室12内或直接设置在测量室12处。

光传感器15a、15b优选以相对于入射的光束11a的光辐射的辐射方向不同的角度设置，从而这些光传感器可以将以不同的角度散射的光作为散射辐射20a和20b探测。由光传感器15a、15b输出的电信号被输送给一个或多个电子放大器和分析处理装置17a、17b，所述一个或多个电子放大器和分析处理装置分析处理这些信号并且求取和输出被引导通过测量室12的气流中颗粒的浓度。

为了获得具有高精度、例如相应于法律上的高要求的测量结果，必须定期地校准测量设备的光传感器15a、15b并且监视光源10的强度。为了检定光传感器15a、15b，执行校准测量。为此，在测量室12中在定义的、分配给光传感器15a和15b的校准位置31上，使用具有散射光体21的校准装置，其中散射光体21产生定义的散射辐射20a和20b，所述散射辐射相应于预先规定的已知的颗粒浓度。在图1、2和3中分别以虚线示出在校准位置31上的校准装置的散射光体。散射光体21在定义的光束11b强度的情况下提供具有定义的强度的散射光辐射20a和20b。这种散射光体21的结构在德国专利申请102010002423.6中描述。此外，存在于测量设备中的光传感器15a、15b和附属的分析处理装置17a、17b属于校准装置，从而由测量室12中的散射光体21散射的具有散射辐射20a和20b的光由光传感器15a、15b检测并且由分析处理装置17a、17b求取分配给散射光体21的颗粒浓度。如此调准光源10和/或分析处理装置17a、17b，使得分析处理装置17a、17b输出预先规定的、已知的颗粒浓度作为校准测量的结果。

根据本发明，进行在测量室12中延伸的光束11b的监视测量。为此，设施监视装置22，用于监视光束11b的强度，所述监视装置包括其他散射光体23、至少一个其他光传感器24和至少一个其他分析处理装置25。所述其他散射光体23在此如此设置在光源10的光路中，使得光源10的辐射或光束11b基本上没有衰减地碰到散射光体23。所述其他光传感器24由于其监视功能还可以称作监视器-传感器。所述其他光传感器24以与光束11a、11b或11c的辐射方向有定义的角度地设置。其他散射光体23设置在定义的监视位置32上，所述监视位置与校准位置31不同，其中所述监视位置32在光源10的辐射方向上优选位于校准位置31后面。散射光体23在光束11c（图1）或11b（图2和3）的定义的强度的情况下提供同样具有定义的强度的散射辐射30，所述具有定义的强度的散射辐射由其他传感器24检测，其中所述其他光传感器24的信号由其他分析处理装置25分析处理。

根据光束11b或11c和光传感器24之间的角度，散射辐射30的强度可能与校准测量中的散射辐射20a和20b的强度偏离。如果直接相继地执行用于检定测量设备的校准测量和第一监视测量并且第一监视测量的值作为散射辐射30的参考值被存储，则借助随后的每次监视测量，借助参考值的光束11b的强度和/或颗粒测量结果可以直接归因于被检定的状态。

校准装置的散射光体21可以用作其他散射光体23并且反过来，监视装置22的其他散射光体23可以用作校准装置的散射光体21。

此外，测量设备具有微控制器33，所述微控制器将散射辐射30的由其他光传感器23检测并且由其他分析处理装置24求取的强度与该散射辐射30的预先规定的参考值比较。由所述比较求取测量室12中光束11b的强度。在当前实施例中，仅示出微控制器33与监视装置22的其他分析处理装置25的连接和与光源10的连接。

向其他分析处理装置25转发由其他光传感器24产生的信号，用于求取和/或表示其他光传感器24的信号大小。借助分析处理装置25求取散射辐射30的强度，从而可以借助监视装置22和微控制器33监视和调节光源10的强度。基于在定义的监视位置32上散射光体23的定义的物理特性和光传感器24的定义的设置以及在考虑先前用于检定测量设备的校准测量的结果的情况下，可以求取、监视和调节用于测量室12中的对于颗粒测量相关的光束11b的强度。此外，可以借助监视测量的结果，涉及检定状态地自动校正在监视测量之间执行的一次或多次颗粒测量的结果。

如果测量室12是空的并且不包含散射颗粒以及校准装置的散射光体21，以致于测量室12中基本上不出现光散射，则适宜地实施监视位置32上的监视测量。

根据图1中的第一实施例，在测量室12中在校准位置31上存在第一容纳装置16，用于容纳校准装置的散射光体21。监视装置22的散射光体23位于测量室12外面，更确切地说，在辐射方向上位于测量室12后面并且在射束吸收器14前面、在监视装置32上。为了监视测量，在校准位置31上的第一容纳装置16中不使用散射光体21。

在图2中的第二实施例中，在测量室12内，除第一容纳装置16以外，在辐射方向上还设置第二容纳装置18。第一容纳装置16位于校准位置31上并且用于容纳校准装置的散射光体21。第二容纳装置18位于监视位置32上并且用于容纳监视装置22的其他散射光体23。为了监视测量，在校准位置31上的第一容纳装置16中不使用散射光体21。

图3中的第三实施例中，在测量室12内设置定位装置19，借助所述定位装置，例如相同的散射光体21可以为了监视测量而从校准位置31移动到监视位置32上并且在那里承担监视装置22的其他散射光体23的功能。但同样地，监视装置22的其他散射光体23可以为了校准而从监视位置32移动到校准位置31上，以便然后散射光体23承担校准装置的散射光体21的功能。

关于图2或3中的实施例，适宜地借助容纳装置16、18或定位装置19实现测量室12，在所述容纳装置或定位装置中可引入并且可在那里锁定校准装置的散射光体21和监视装置22的其他散射光体23或散射光体23可定位在那里。由此，监视装置22的散射光体23获得测量室12内的定义的监视位置32并且在以光源10的光束11b照射的情况下产生具有散射辐射30的定义的散射光图案，所述散射辐射由其他光传感器24检测并且由分析处理装置25作为监视测量分析处理。其他分析处理装置25的信号被输送给微控制器33。由于在定义的监视位置32上的散射光体23的定义的物理特性和光传感器24的定义的设置，一方面求取和监视测量室12中对于颗粒测量相关的光束11b的强度并且另一方面借助监视测量的结果自动校正监视测量之间执行的一次或多次颗粒测量的结果。

如果直接相继执行校准测量和第一监视测量并且存储第一监视测量的值作为参考值，则随后借助参考值的每次监视测量都可以直接归因于校准测量和校准状态。

另一方面，借助每次监视测量的结果和已知的参考值，可以将光束11b的强度调节到校准状态。如果在每次颗粒测量之前借助对光束11b的强度的调节来执行监视测量，则可以放弃测量结果的校正计算。

通过在不同的散射光强度的情况下借助不同的散射光体执行的校准，可以在宽的强度范围内校准测量设备，从而测量设备在宽的强度范围上提供具有特别高的精度的测量结果。

通过监视装置22，对光源10的对于颗粒测量相关的光束11b的强度执行检测和监视和/或调节。由此可能的是，一方面检测和监视在光源10和测量室12中待测量的颗粒浓度之间的光路中的所有光学部件的弄脏或老化并且另一方面借助监视测量的结果将执行的颗粒测量的结果自动地校正到校准状态。为此目的，可以或者永久地或者仅仅暂时地直接在废气测量之前和直接在废气测量之后使用监视装置22。

另一方面，在光源10和测量室12中待测量的颗粒浓度之间的光路中的所有光学部件的弄脏或老化可以通过光束11b的强度的相应调节而基本上被消除。如果在每次颗粒测量之前借助光束11b的强度的调节执行监视测量，则可以放弃测量结果的校正计算。

在图1和2中的实施例中，在分析处理装置25中或在微控制器33中设置流程控制，借助所述流程控制，在没有废气、没有校准位置31上的散射光体21并且在监视位置32上具有按规定定位的散射光体23的情况下确保所规定的测量条件。

在图3中的实施例中，在微控制器33中或在分析处理装置25中附加地设置其他流程控制，借助所述其他流程控制，进行其他散射光体23在测量室12内的定位并且在没有废气的情况下确保所规定的测量条件。

在此，该流程控制可以考虑以下条件：

如果A）

- 时间上在颗粒测量的开始之前并且

- 没有废气的测量室12以及

- 监视位置32上的散射光体23

或如果B）

- 时间上在颗粒测量之后并且

- 没有废气的测量室12以及

- 监视位置32上的散射光体23，

得到满足，则在接通光源10的情况下，根据散射辐射30借助其他光传感器24检测光束11b的强度。

在情况A下，借助光传感器24的信号在颗粒测量之前将光源10的强度调节到检定状态。为此，设置所提到的调节回路。

在情况B下，可以在颗粒测量之后进行散射辐射30的强度的测量，以便在废气测量期间检测可能的漂移并且必要时借助校正计算将颗粒测量的结果校正到检定状态。校正计算的数学描述在计算机程序中实现并且由存在于测量设备中的其他微控制器在输出用于废气测量的值之前执行。

Claims (16)

1.用于借助散射光测量废气中颗粒浓度的测量设备，具有测量室（12）、至少一个光源（10）和至少一个光传感器（15a，15b），其中所述测量室（12）设置在所述光源（10）的光路中，其中所述光源（10）产生光束（11a），所述光束在所述测量室（10）中作为光束（11b）延伸，并且其中所述光传感器（15a，15b）检测所述光束（11b）的在所述测量室（12）中由所述废气的颗粒散射的光，其特征在于，设置监视装置（22），用于根据散射辐射（30）检测所述测量室（12）中的光束（11b）的强度。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述监视装置（22）具有散射光体（23）和至少一个其他光传感器（24），其中所述散射光体（23）在借助所述光束（11b）照射的情况下产生散射辐射（30）并且所述其他光传感器（24）检测由所述散射光体（23）产生的所述散射辐射（30）。

3.根据权利要求2所述的测量设备，其特征在于，所述散射光体（23）设置在所述测量室（12）外面的所述光源（10）的所述辐射方向上的监视位置（32）上。

4.根据权利要求2所述的测量设备，其特征在于，所述散射光体（23）设置在所述测量室（12）内的监视位置（32）上。

5.根据权利要求2所述的测量设备，其特征在于，在所述测量室（12）内设置定位装置（19），借助所述定位装置，所述散射光体（23）能从校准位置（31）移动到监视位置（32）上。

6.根据以上权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，给所述其他光传感器（23）分配其他分析处理装置（25），用于求取和/或表示由所述其他光传感器（23）检测的所述散射辐射（30）。

7.根据以上权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，设置微控制器（33），所述微控制器将由所述其他光传感器（23）检测并且由所述其他分析处理装置（24）求取的散射辐射（30）与所述散射辐射（30）的预先规定的参考值比较。

8.根据权利要求7所述的测量设备，其特征在于，所述微控制器（33）与所述其他分析处理装置（25）和所述光源（10）连接并且包含调节回路，所述调节回路将所述光源（10）的强度调节到所述散射辐射（30）的所述预先规定的参考值。

9.根据权利要求7所述的测量设备，其特征在于，所述微控制器（33）与所述其他分析处理装置（25）和所述分析处理装置（15a，15b）连接，并且废气测量的结果经过校正。

10.根据权利要求9所述的测量设备，其特征在于，所述微控制器（33）具有校正算法，并且借助所述校正算法，根据求取的所述散射辐射（30）的强度与所述散射辐射（30）的预先规定的参考值的偏差来校正所述分析处理装置（17a，17b）的结果。

11.根据以上权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述散射光体（23）能用在校准装置（16）中或现有校准装置（16）的散射光体（21）能用作所述监视装置（22）中的散射光体（23）。

12.根据权利要求11所述的测量设备，其特征在于，为了更换所述散射光体（21，23），在所述校准装置和所述监视位置（22）之间设置用于所述散射光体（21，23）的容纳装置（16，18）。

13.用于监视根据以上权利要求中任一项所述的用于测量废气中颗粒浓度的测量设备的方法，其特征在于，进行用于检测在所述测量室（12）中延伸的光束（11b）的强度的监视测量。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，由所述监视装置（22）求取产生的散射辐射（30），并且根据求取的散射辐射（30）与所述散射辐射（30）的参考值的比较来监视和/或调节所述测量室（12）中的光束（11b）的强度。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，校正所述光源（10）的光强度，使得将求取的所述散射辐射（30）的强度校正到所述散射辐射（30）的预先规定的参考值。

16.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，根据求取的所述散射辐射（30）的强度与所述散射辐射（30）的预先规定的参考值的偏差来校正所述颗粒浓度的测量的结果。

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