CN110836845A - 光学粒子传感器装置和操作光学粒子传感器装置的方法 - Google Patents

光学粒子传感器装置和操作光学粒子传感器装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学粒子传感器装置(1)，包括：光学发射器装置(2)，被设计为将N个众多数量的测量激光束(Li)发射到光学粒子传感器装置(1)附近；检测器装置(3)，被设计为检测光学粒子传感器装置(1)附近的粒子上散射的测量激光束(Li)，并针对每个测量激光束(Li)生成分配给它的单次测量信号(Ei)；及评估装置(4)，被设计为用至少一个单次测量信号(Ei)确定每体积粒子数的至少一个估计粒子值。评估装置(4)被设计为确定每体积粒子数的至少两个估计粒子值，至少两个估计粒子值基于至少部分不同的单次测量信号(Ei)和/或不同数量的单次测量信号(Ei)，并基于至少部分估计粒子值确定粒子负载的至少一个输出值。

Description

光学粒子传感器装置和操作光学粒子传感器装置的方法
技术领域
本发明涉及光学粒子传感器装置和操作光学粒子传感器装置的方法。特别地，本发明涉及光学粒子传感器装置，其集成到移动装置中，特别是集成到智能手机中，然而，原则上本发明可应用于任何光学粒子传感器装置和用于操作这样的光学粒子传感器装置的适当方法。
背景技术
许多地区、特别是人口密集的地区易遭受空气中颗粒物所造成的重大负担。这种粒子负载至少部分是由人类造成的，主要原因是碳化合物的燃烧，碳化合物的燃烧由工业、道路交通，而且还有航空运输、船舶运输和铁路运输以及私人家庭造成。由于各种空气中颗粒物污染物的地区性分布，可以观察到局部粒子负载的巨大差异。这适用于户外，同样适用于封闭空间内。
众所周知，空气中颗粒物可能导致健康损害，健康损害取决于空气中颗粒物的数量和组成，其中空气中颗粒物中的可吸入的组分是造成这种情况的主要原因。个人健康风险主要取决于个体暴露于何种类型的粒子负载的时间长度以及程度。因此，需要量化局部和相应的当前的粒子负载。颗粒物(PM)美国国家空气质量标准引入了将空气中颗粒物分类为PMx粒级，其考虑了尘埃粒子的大小或直径x，并且因此考虑了这些尘埃粒子进入呼吸道和个人身体的穿透深度。这里特别区分了包含直径达到10μm的粒子的粗尘埃PM10、粒子直径达到2.5μm的细小物质PM2.5和粒子直径达到1μm的超细尘埃PM1。
通常使用该PM标准量化空气中颗粒物或粒子负载。为此目的，对于至少一个粒级PMx，规定在一段时间内检测到的每体积尘埃粒子质量。然而，这种信息并不能很充分地反映空气中颗粒物的危害性，因为尘埃粒子的危险性并不仅仅取决于它们的大小和重量。这些特性仅允许做出关于可能进入身体的穿透深度的说明。尘埃粒子的毒性还取决于它们的物理和化学性质，即它们的表面组成和/或化学组成。因此，存在用于量化空气中颗粒物或粒子负载的其他方法。
这里涉及的粒子负载量化是基于对体积内的尘埃粒子数的测量。基于PM分类和公知的用于尘埃粒子的尺寸和质量分布的模型，可以确定单位粒子负载(即，每体积的尘埃粒子质量)非常好的估计值。然而，每体积粒子数的值也使通过其他方法对粒子负载进行量化成为可能。
对粒子负载问题的日益认识正在产生对快速、局部和自主测量粒子负载的选择的需求，特别是在大城市中，它们特别受空气中颗粒物造成的重大负担的影响。除了国家或科研机构之外，私人也有兴趣了解他们当前位置的当前粒子负载。因此需要用于检测粒子负载的便携式小型化传感器。
从WO2017/198699A1中已知了示例性光学粒子传感器。粒子传感器包括激光传感器模块，其具有用于发射对应的光学测量激光束的至少两个激光器，光学测量激光束在粒子传感器附近的粒子上反射。通过公共检测器检测反射的测量激光束，并发射对应的测量信号。检测原理基于自混合干涉方法(SMI方法)，这意味着反射的测量光束干涉发射的测量激光束。干涉导致激光器的光学和电学特性的变化，该变化可以被检测到并且可以由该变化得出关于粒子传感器附近的粒子的特性的结论。
根据WO2018/104153A1，已知另一种示例性光学粒子传感器，其用于检测粒径在0.05μm和10μm之间的小粒子的粒子密度。
具有多个测量激光束的粒子传感器为每个测量激光束产生对应的测量信号，然后对该测量信号进行评估以确定粒子的特性。然而，在某些情况下，单独的或多个测量信号可能是错误的，例如由于内在错误(例如，粒子传感器的部件的故障)，或者由于外在错误(例如，光路中外来物体造成的不希望的反向散射或阴影)。
发明内容
本发明提供具有权利要求1的特征的光学粒子传感器装置和具有权利要求9的特征的操作光学粒子传感器装置的方法。
有利的实施例是各个从属权利要求的主题。
因此，根据第一方面，本发明涉及一种光学粒子传感器装置，其包括光学发射器装置，该光学发射器装置被设计为将N个众多数量的测量激光束发射到光学粒子传感器装置附近。检测器装置被设计为检测在光学粒子传感器装置附近的粒子上散射的测量激光束，并针对每个测量激光束生成分配给它的单次测量信号(single measurement signal)。评估装置被设计为使用至少一个单次测量信号确定每体积粒子数的至少一个估计粒子值。评估装置确定每体积粒子数的至少两个估计粒子值，所述至少两个估计粒子值基于至少部分不同的单次测量信号和/或不同数量的单次测量信号。基于至少部分估计粒子值，评估装置确定粒子负载的至少一个输出值。
因此，根据第二方面，本发明涉及一种用于操作光学粒子传感器装置的方法，该光学粒子传感器装置具有光学发射器装置，用于将N个众多数量的测量激光束发射到光学粒子传感器装置附近。光学粒子传感器装置还包括检测器装置，用于检测在光学粒子传感器装置附近的粒子上散射的测量激光束，其中针对每个测量激光束，生成分配给它的单次测量信号。最后，光学粒子传感器装置包括评估装置，用于使用至少一个单次测量信号确定每体积粒子数的至少一个估计粒子值。确定每体积粒子数的至少两个估计粒子值，所述至少两个估计粒子值基于至少部分不同的单次测量信号和/或不同数量的单次测量信号。基于至少部分检测到的估计粒子值，确定粒子负载的至少一个输出值。
发明的优点
本发明提供了一种光学粒子传感器装置和用于操作这种光学粒子传感器装置的对应方法，它们使得即使出现内在或外在错误也能够生成可靠的粒子负载的输出值。本发明的一个构思是执行合理性分析以检测这样的错误。相应地生成估计粒子值，该估计粒子值基于不同的单次测量信号。这意味着单次测量信号的不同子集用于计算彼此不同的估计粒子值。如果子集具有相同的大小，则所获得的单次测量信号彼此至少部分不同。相反，子集也可以具有不同数量的单次测量信号。如果现在估计粒子值彼此相差非常大，则可以得出结论：当前存在错误。通过比较多个估计粒子值，优选比较至少三个估计粒子值，在某些情况下，甚至可以识别出错误的估计粒子值。例如，如果一个估计粒子值与余下的估计粒子值相差很大(这可以通过与平均值的偏差来确定)，则该估计粒子值可以被归为是错误的或不太可靠的，这在计算粒子负载的输出值时被考虑。在这种情况下，由于用于计算估计粒子值的单次测量信号也不同，因此另外在某些情况下，还可以确定易出错的单次测量信号和对应的测量激光束。
因此，一方面，本发明允许一种错误校正，使得可以提高所确定的粒子负载的精度，并且由于环境条件变化引起的不可预测的干扰不会导致错误的测量值，因此粒子传感器特别适用于移动应用。另一方面，本发明可选地使得可以进行错误分析，这意味着确定至少一个错误的单次测量信号。这使得更容易采取适当的对策，例如向用户发出警告，用户可能消除外在错误源并且用户被告知内在错误源。
根据光学粒子传感器装置的优选的另外的实施例，评估装置被设计为基于至少两个估计粒子值确定每体积粒子的总数，每体积粒子的总数被用作确定粒子负载的至少一个输出值的基础。例如，通过形成至少两个估计粒子值的平均值，可以确定每体积粒子的总数。在计算期间，如果检测到各个估计粒子值是不正确的(这可以例如通过计算与平均值的偏差来确定)，则也可以忽略各个估计粒子值。此外，也可以对估计粒子值不同地进行加权以计算每体积粒子的总数。因此，每体积粒子的总数是单个值，其表示数量密度，即规定体积中的粒子数。只有该单个值才能用于实际计算粒子负载。
根据光学粒子传感器装置的优选的另外的实施例，评估装置被设计为针对至少部分估计粒子值相应地确定粒子负载的估计值，并将粒子负载的这些估计值作为确定粒子负载的至少一个输出值的基础。因此，根据该实施例，针对多个估计粒子值分别确定粒子负载，并且优选针对每个单独的估计粒子值确定粒子负载。然后，基于这些不同的估计值，生成并输出单个输出值。当确定输出值时，可以再次忽略被发现是错误的粒子负载的估计值，例如，由于粒子负载的各个估计值与粒子负载的估计值的平均值的偏差超过规定阈值。另外，还可以对粒子负载的各种估计值不同地进行加权，以便计算粒子负载的输出值。
根据光学粒子传感器装置的优选的另外的实施例，评估装置被设计为当确定估计粒子值时考虑状态信息，该状态信息报告与单次测量信号有关的发射器装置和/或检测器装置的功能状态。状态信息特别是可以涉及发射器装置和/或检测器装置的故障和/或错误。因此，可以通过传感器装置检测各个部件的故障，该传感器装置可以是光学粒子传感器装置的一部分。例如，可以检测激光驱动器的故障，激光驱动器被分配给发射器装置的激光器并且发射单独的测量激光束。此外，可以检测光电二极管或光电二极管的评估元件的故障，其中光电二极管是检测器装置的一部分并且被分配给相应的单次测量信号。因此，借助于状态信息，由此可检测内在错误。如果状态信息检测到发射器装置和/或检测器装置的各个组件的功能状态不是最佳的或者部件甚至完全失效，则在确定估计粒子值时将考虑这一点，使得仅仅使用已被发射且被检测到没有错误的单次测量信号。在存在较小错误的情况下，也可以用较低的加权因子考虑错误的单次测量信号。
根据光学粒子传感器装置的优选的另外的实施例，评估装置被设计为基于每个单独的单次测量信号确定估计粒子值。将对应的估计粒子值分配给每个单次测量信号。另外或作为替代，评估装置可以基于每n个数量的不同的单次测量信号来确定估计粒子值，其中数量n小于或等于众多数量N。例如，如果光学发射器装置发射正好三个测量激光束，则可以确定基于单独的单次测量信号的估计粒子值和/或分别基于两个单次测量信号的估计粒子值和/或基于所有三个单次测量信号的估计粒子值。通过对单次测量信号不同地进行加权，可以生成任何数量的估计粒子值。然而，优选地，也可以以相同的方式对单次测量信号进行加权。在这种情况下，对于三个单次测量信号，产生相应地分配给单次测量信号的三个估计粒子值、相应地分配给两个单次测量信号的三个估计粒子值以及分配给所有三个单次测量信号的估计粒子值。
根据光学粒子传感器装置的优选的另外的实施例，评估装置被设计为比较检测到的估计粒子值和/或检测到的粒子负载的估计值，并根据它们与检测到的估计粒子值的平均值或粒子负载的估计值的平均值的偏差对它们进行加权。在确定粒子负载的输出值时，评估装置仅考虑与平均值的偏离不超过规定的度量值的检测到的估计粒子值和/或检测到的粒子负载的估计值。一般而言，加权因子可以取决于与平均值的偏差。偏差越大，为了排除潜在的错误值或者为了至少以较低的加权水平对它们加以考虑而选择的加权因子越小。
根据光学粒子传感器装置的优选的另外的实施例，评估装置被设计为将检测到的估计粒子值的平均值作为确定粒子负载的输出值的基础。因此，根据估计粒子值，生成单独的总体估计值。另外或作为替代，粒子负载的输出值的确定可以基于检测到的粒子负载的估计值的平均值。因此，粒子负载的估计值合并为单个值。
根据光学粒子传感器装置的优选的另外的实施例，光学发射器装置包括至少一个激光二极管。至少一个激光二极管尤其可以是VCSEL(垂直腔表面发射激光器)。这是光垂直于半导体芯片的平面发射的发光二极管。另外或作为替代，检测器装置包括至少一个光电二极管。优选地，至少一个光电二极管可以被集成到至少一个激光二极管中。评估装置被设计为将由至少一个光电二极管产生的光电流评估为单次测量信号，以便确定用于确定估计粒子值的至少一个参数。该参数可以包括下列至少一个：光电流的最大幅度、频率、信噪比和光电流的幅度超过规定阈值的时间点。
根据方法的优选的另外的实施例，基于至少两个估计粒子值，确定每体积粒子的总数。另外或作为替代，针对至少部分估计粒子值相应地确定粒子负载的估计值。将每体积粒子的总数和/或粒子负载的这些估计值作为确定粒子负载的至少一个输出值的基础。
根据方法的优选的另外的实施例，在确定估计粒子值时考虑状态信息，状态信息报告与单次测量信号有关的发射器装置和/或检测器装置的功能状态，其中它可以特别是与失败或错误有关。
根据方法的优选的另外的实施例，基于每个单独的单次测量信号和/或基于每n个数量不同的单次测量信号来确定估计粒子值，其中数量n小于或等于众多数量N。
根据方法的优选的另外的实施例，将检测到的估计粒子值彼此进行比较和/或将检测到的粒子负载的估计值彼此进行比较。根据检测到的估计粒子值与检测到的估计粒子值的平均值或粒子负载的估计值的平均值的偏差，对检测到的估计粒子值进行加权。在确定粒子负载的输出值时，仅考虑与平均值的偏差不超过规定阈值的检测到的估计粒子值和/或检测到的粒子负载的估计值。
根据方法的优选的另外的实施例，将粒子负载的输出值确定为检测到的估计粒子值的平均值和/或检测到的粒子负载的估计值的平均值。
附图说明
附图示出了：
图1是根据本发明实施例的光学粒子传感器装置的示意性剖视图；
图2是图1所示的光学粒子传感器装置的示意性斜视图；
图3是图1所示的光学粒子传感器装置的示意性斜视图，其中物体位于由光学发射器装置发射的测量激光束的光路中；
图4是图1所示的光学粒子传感器装置的示意性斜视图，其中粒子在由光学发射器装置发射的一个测量激光束的光束路径中遭受湍流；
图5是用于说明评估装置对单次测量信号的评估的示意性框图；
图6是用于说明评估装置对单次测量信号的评估的另外的示意性框图；以及
图7是根据本发明的实施例的用于操作光学粒子传感器装置的方法的流程图。
在所有附图中，相同的或功能相同的元件和装置具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了光学粒子传感器装置1的示意性剖视图。光学粒子传感器装置1可以优选被集成到移动装置中，特别是被集成到智能手机的表面中或被集成到平板电脑或笔记本电脑中。然而，光学粒子传感器装置1也可以被集成到移动或永久安装的传感器装置中，该传感器装置可以可选地包括另外的传感器。
光学粒子传感器装置1包括光学发射器装置2，光学发射器装置2包括三个激光二极管21、22、23。激光二极管21、22、23被设计为VCSEL并发射相应的测量激光束L1、L2、L3。通过合适的透镜和/或镜面装置，在不同的空间方向上发射测量激光束L1、L2、L3。
光学发射器装置2通常被设计为发射N个众多数量的测量激光束。因此，在最简单的情况下，光学发射器装置2发送恰好两个测量激光束。然而，优选地，光学发射器装置2被设计为发射至少三个测量激光束。优选地，至少三个测量激光束在不同的空间方向上被发射。假设存在均匀的粒子流，当使用至少三个测量激光束时，可以在各个空间方向上检测粒子矢量特性的投射，例如粒子流的粒子的速度或加速度。由于空间方向不同，因此可以完全重建粒子矢量特性。当使用四个或更多个测量激光束时，会发生某些冗余，从而可以另外进行合理性分析以提高结果的可靠性。
此外，光学粒子传感器装置1包括检测器装置3，检测器装置3包括三个光电二极管31、32、33，三个光电二极管分别分配给激光二极管21、22、23并且集成到这些光电二极管中。光学发射器装置2和检测器装置3集成到VCSEL传感器芯片中，其中还集成了自混合干涉分析功能。为此目的，提供示意性绘入的评估装置4，其包括第一至第三评估单元41、42、43，第一至第三评估单元分别分配给光电二极管31、32、33和激光二极管21、22、23的组合。测量激光束L1、L2、L3在光学粒子传感器装置1附近的粒子上散射，并干涉发射的测量激光束L1、L2、L3，其中在各个光电二极管31、32、33中产生光电流。第一至第三评估单元41、42、43测量相应的光电流并生成相应的单次测量信号E1、E2、E3。
评估装置4还包括第四评估单元44，第四评估单元44与第一至第三评估单元41、42、43耦合并评估单次测量信号E1、E2、E3。第四评估单元44使用单次测量信号E1、E2、E3生成用于确定每体积粒子数的估计粒子值的参数。这可以理解为光电流的最大幅度、频率的确定、信噪比和光电流的幅度超过规定阈值的时间点。基于这些参数，第四评估单元44可以确定粒子的某些特性。例如，第四评估单元44可以基于多普勒频移计算粒子的速度。此外，第四评估单元44可以计算停留时间，即粒子处于测量激光束L1、L2、L3的检测范围内的时间。第四评估单元44还可以确定附加量，例如粒子与光学粒子传感器装置1的距离。
基于所有这些参数，第四评估单元44确定每体积粒子数的估计粒子值，即粒子的数量密度。基于每体积粒子数的估计粒子值，第四评估单元44还计算粒子负载。如上所述，为此目的，可以将PM分类作为基础。以这种方式，第四评估单元44可以基于每体积粒子数的估计粒子值并且借助于描绘尘埃粒子的参数或直径以及尘埃粒子的质量或密度分布的模型来计算相应的粒子负载。例如，可以计算PMx值，其中仅考虑达到特定直径的粒子，例如上面描述的粗尘埃值、细尘埃值和超细尘埃值。
为了计算每体积粒子数的估计粒子值，第四评估单元44考虑单次测量信号E1、E2、E3的不同子集。
在图2中，示出了第一示例性场景。粒子流F以层流方式移动，意味着在测量激光束L1、L2、L3的检测范围内没有出现大的湍流，即湍流或交叉流(cross-current)。因此，粒子在相同空间方向上以相同速度在测量激光束L1、L2、L3被散射和反射的所有检测点处移动。这通常假设粒子流沿着表面流动，例如，和其中集成有光学粒子传感器装置1的智能手机的表面一样。
另外，在第一示例性场景中，假设光学粒子传感器装置1的所有单元、特别是光电二极管31、32、33和激光二极管21、22、23以及对应的评估单元41至43以充分起作用且无错误的方式运行。在这种情况下，用于各个测量信号E1、E2、E3的不同子集的第四评估单元44将确定每体积粒子数的估计粒子值，它们基本相同。这同样适用于由此得到的粒子负载。
然而，无法连续保证完美而无故障的运行。因此，在图3中示出了第二示例性场景，其中干扰对象(例如用户的手H)位于测量激光束L1、L2、L3中的一个测量激光束的光束路径中。
图4中示出另一种场景，其中在测量激光束L1的光束路径中的检测点处发生湍流T，使得在该检测点处的粒子的速度和速度方向不同于在其他测量激光束L2、L3的光束路径中的速度和速度方向。
除了这种外在错误源之外，还可能出现内在错误源，例如各个部件、特别是光电二极管31、32、33和/或激光二极管21、22、23的各个部件的故障或错误。
如果出现这种错误源，则基于不同的单次测量信号E1、E2、E3的每体积粒子数的估计粒子值将彼此不同。
图5中示出了生成每体积粒子数的不同的估计粒子值的方法。因此，各个测量信号E1、E2、E3从第一至第三评估单元41、42、43传送到第四评估单元44。
在第一评估算法441的情况下，仅使用单独的单次测量信号E1、E2、E3来计算每体积粒子数的估计粒子值。对于每个单次测量信号E1、E2、E3，生成每体积粒子数的恰好一个估计粒子值W1、W2、W3。
在第二评估算法442中，相应地使用两个单次测量信号E1、E2、E3来计算每体积粒子数的估计粒子值。因此，产生每体积粒子数的其他三个估计粒子值W12、W13、W23，其中每体积粒子数的第一估计粒子值W12基于第一单次测量信号E1和第二单次测量信号E2，每体积粒子数的第二估计粒子值W13基于第一单次测量信号E1和第三单次测量信号E3，并且每体积粒子数的第三估计粒子值W23基于第二单次测量信号E2和第三单次测量信号E3。
最后，在第三评估算法443的情况下，生成每体积粒子数的另外的估计粒子值W123，估计粒子值W123基于所有三个单次测量信号E1、E2、E3。
当基于多个单次测量信号E1、E2、E3计算每体积粒子数的估计粒子值时，可以对基于单次测量信号E1、E2、E3生成的上述相应的参数求平均值，以确定用于计算每体积粒子数的估计粒子值的单个特性。
第四评估单元44还被设计为将每体积粒子数的估计粒子值彼此进行比较。为此目的，第四评估单元44可以计算每体积粒子数的估计粒子值的平均值。如果各个估计粒子值与每体积粒子数的估计粒子值的平均值偏离规定值，或者如果另一个统计参数(例如方差)超过规定值，则第四评估单元44检测到每体积粒子数的对应的估计粒子值可能是错误的。每体积粒子数的错误的估计粒子值在进一步的评估步骤(即用于计算粒子负载)中可以被忽略，或者以较低的权重被考虑。以这种方式，根据实施例，可以确定每体积粒子的总数，其中仅考虑尚未被识别为是错误的每体积粒子数的估计粒子值。
通过识别每体积粒子数的不太值得信赖的估计粒子值，评估单元44可能检测出易出错的单次测量信号E1、E2、E3。在这种情况下，例如，可以将错误消息输出给用户。还可以可选地向用户显示出故障的测量激光束L1、L2、L3的数量或确切说明，这可以便于故障排除。在最简单的情况下，用户从检测区域移除干扰对象，例如其手，从而能够再次进行无错误的操作。
根据另外的实施例，光学粒子传感器装置还可以被设计为检测发射器装置2和/或检测器装置3的功能状态，由此特别是会了解各个部件的故障或错误。
在图6中，示出了对应的评估。因此，除了单次测量信号E1、E2、E3之外，第一至第三评估单元41、42、43还将状态信息发送到第四评估单元44。这可以基于状态信息评估单次测量信号E1、E2、E3的可靠性。针对可靠性分配上述估计粒子值W1、W2、W3、W12、W13、W23、W123，基于单次测量信号E1、E2、E3的可靠性，将输出值R1、R2、R3、R12、R13、R23、R123和对应的信号45。
在图7中，示出了用于操作光学粒子传感器装置1的方法的流程图，其可以与一个上述实施例对应。
在第一方法步骤S1中，光学粒子传感器装置1的光学发射器装置2被设计为将N个众多数量的测量激光束L1、L2、L3发射到光学粒子传感器装置1附近。
在第二方法步骤S2中，通过检测器装置3检测散射的测量激光束L1、L2、L3。
在进一步的方法步骤S3中，评估单次测量信号E1、E2、E3以确定粒子负载的输出值。为此目的，首先确定每体积粒子数的至少两个估计粒子值，所述至少两个估计粒子值基于单次测量信号E1、E2、E3的不同子集。特别地，可以使用彼此至少部分不同的单次测量信号E1、E2、E3来计算每体积粒子数的对应的估计粒子值。此外，子集可包括各种数量的元素。为了计算每体积粒子数的估计粒子值，基于单次测量信号E1、E2、E3计算多个参数，这些参数可以包括相应的光电二极管31、32、33的光电流的时间进展。特别地，参数可以包括光电流的最大幅度、频率、信噪比以及光电流的幅度超过规定阈值的时间点。这些参数可用于确定粒子的特性，特别是粒子的速度、停留时间和间距，由此可以确定每体积粒子数的估计粒子值。
最后，使用每体积粒子数的估计粒子值来确定粒子负载的输出值。
通过比较每体积粒子数的不同的估计粒子值，可以检测外在错误源和内在错误源，特别是在出现每体积粒子数的各个估计粒子值的统计偏差时。在这种情况下，在某些情况下可以识别易出错的单次测量信号E1、E2、E3。这些单次测量信号E1、E2、E3和基于它们的每体积粒子数的估计粒子值被忽略或仅以低水平加权以用于进一步的评估步骤。加权通常可取决于统计偏差，例如每体积粒子数的估计粒子值的平均值或中值。替代地，也可以仅使用最可靠的估计粒子值来计算粒子负载。
另外，可以考虑发射器装置2和/或检测器装置3的功能状态，其中基于错误或出故障的部件的单次测量信号E1、E2、E3被忽略或者至少仅以较低的水平被加权。可以提供光学粒子传感器装置1的附加传感器元件来检测错误或出故障的部件。
为了计算粒子负载，优选进行某些值的平均值的形成。例如，可使用每体积粒子数的估计粒子值来确定每体积粒子的总数，即每体积粒子的单个值。最终使用每体积粒子的该总数来确定粒子负载的单个输出值。
根据其他实施例，可以针对每体积粒子数的每个估计粒子值确定粒子负载的对应估计值。在方法结束时，通过形成粒子负载的估计值的平均值来生成粒子负载的输出值。
混合形式也是可能的，根据该混合形式，初始对每体积粒子数的多个估计粒子值求平均值，以便确定每体积粒子的多个总数。对于每体积粒子的每一个总数或每体积粒子的总数的子集，确定对应的粒子负载的估计值，然后通过对这些值求平均值，确定粒子负载的输出值。

Claims (14)

1.一种光学粒子传感器装置(1)，其包括：
光学发射器装置(2)，其被设计为将N个众多数量的测量激光束(Li)发射到光学粒子传感器装置(1)附近；
检测器装置(3)，其被设计为检测在所述光学粒子传感器装置(1)附近的粒子上散射的所述测量激光束(Li)，并针对每个测量激光束(Li)生成分配给它的单次测量信号(Ei)；以及
评估装置(4)，其被设计为使用至少一个单次测量信号(Ei)确定每体积粒子数的至少一个估计粒子值，
其特征在于，所述评估装置(4)被设计为：
a.确定每体积粒子数的至少两个估计粒子值，所述至少两个估计粒子值基于至少部分不同的单次测量信号(Ei)和/或不同数量的单次测量信号(Ei)，以及
b.基于至少部分所述估计粒子值，确定粒子负载的至少一个输出值。
2.根据权利要求1所述的光学粒子传感器装置(1)，其特征在于，所述评估装置(4)被设计为基于所述至少两个估计粒子值确定每体积粒子的总数，所述每体积粒子的总数用作确定所述粒子负载的至少一个输出值的基础。
3.根据权利要求1所述的光学粒子传感器装置(1)，其特征在于，所述评估装置(4)被设计为针对至少部分所述估计粒子值相应地确定粒子负载的估计值，并将粒子负载的这些估计值作为确定所述粒子负载的至少一个输出值的基础。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学粒子传感器装置(1)，其特征在于，所述评估装置(4)被设计为当确定所述估计粒子值时考虑状态信息，所述状态信息报告与所述单次测量信号(Ei)有关的所述发射器装置(2)和/或所述检测器装置(3)的功能状态，特别是故障或错误。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学粒子传感器装置(1)，其特征在于，所述评估装置(4)被设计为
a.基于每个单独的单次测量信号(Ei)，和/或，
b.基于每n个数量的不同的单次测量信号(Ei)，其中数量n小于或等于众多数量N(n≤N)
来确定估计粒子值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学粒子传感器装置(1)，其特征在于，所述评估装置(4)被设计为：
a.比较检测到的估计粒子值和/或检测到的粒子负载的估计值，并根据它们与检测到的估计粒子值的平均值或所述粒子负载的估计值的平均值的偏差对它们进行加权，以及
b.当确定所述粒子负载的输出值时，仅考虑与所述平均值的偏差不超过规定的度量值的检测到的估计粒子值和/或检测到的粒子负载的估计值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学粒子传感器装置(1)，其特征在于，所述评估装置(4)被设计为，将检测到的估计粒子值的平均值和/或检测到的粒子负载的估计值的平均值作为确定粒子负载的输出值的基础。
8.根据前述任一项权利要求所述的光学粒子传感器装置(1)，
a.其中，所述光学发射器装置(2)包括至少一个激光二极管(21，22，23)，特别是VCSEL，和/或所述检测器装置(3)包括至少一个光电二极管(31，32，33)，特别是集成到所述至少一个激光二极管(21，22，23)中的至少一个光电二极管(31，32，33)，
b.其中，所述评估装置(4)被设计为将由所述至少一个光电二极管(31，32，33)产生的光电流评估为单次测量信号(Ei)，以便确定用于确定估计粒子值的至少一个参数，特别是所述光电流的最大幅度、频率、信噪比和光电流的幅度超过规定阈值的时间点。
9.一种用于操作光学粒子传感器装置(1)的方法，所述光学粒子传感器装置具有：
a.光学发射器装置(2)，用于将N个众多数量的测量激光束(Li)发射到光学粒子传感器装置(1)附近，
b.检测器装置(3)，用于检测在所述光学粒子传感器装置(1)附近的粒子上散射的所述测量激光束(Li)，其中针对每个测量激光束(Li)，生成分配给它的单次测量信号(Ei)，以及
c.评估装置(4)，用于使用至少一个单次测量信号(Ei)确定每体积粒子数的至少一个估计粒子值，
其特征在于，确定每体积粒子数的至少两个估计粒子值，所述至少两个估计粒子值基于至少部分不同的单次测量信号(Ei)和/或不同数量的单次测量信号(Ei)，以及
基于至少部分检测到的估计粒子值，确定粒子负载的至少一个输出值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述至少两个估计粒子值，确定每体积粒子的总数，和/或
针对至少部分所述估计粒子值相应地确定粒子负载的估计值，以及
将每体积粒子的总数和/或粒子负载的这些估计值作为确定粒子负载的至少一个输出值的基础。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，当确定所述估计粒子值时考虑状态信息，
所述状态信息报告与所述单次测量信号(Ei)有关的所述发射器装置和/或所述检测器装置的功能状态，特别是故障或错误。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，
a.基于每个单独的单次测量信号(Ei)，和/或
b.基于每n个数量的不同的单次测量信号(Ei)，其中数量n小于或等于众多数量N(n≤N)
来确定估计粒子值。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，将检测到的估计粒子值彼此进行比较和/或将检测到的粒子负载的估计值彼此进行比较，
根据检测到的估计粒子值与检测到的估计粒子值的平均值或粒子负载的估计值的平均值的偏差，对检测到的估计粒子值进行加权，以及
当确定所述粒子负载的输出值时，所述评估装置仅考虑与所述平均值的偏差不超过规定的度量值的检测到的估计粒子值和/或检测到的粒子负载的估计值。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，将所述粒子负载的输出值确定为检测到的估计粒子值的平均值和/或检测到的粒子负载的估计值的平均值。
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