CN113711008A - 用于粒子测试的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种粒子测试装置(100)，所述粒子测试装置被配置用于研究流体介质中的粒子，所述粒子测试装置包括：波导器件(10)，所述波导器件包括中空光学波导(11)，所述中空光学波导具有输入端(12)和输出端(13)；辐照器件(20)，所述辐照器件包括激光源(21)，所述激光源被布置用于在所述光学波导(11)的所述输入端(12)处光学地捕获至少一个粒子，并将所述粒子穿过所述光学波导(11)朝向其输出端(13)推进；以及测量器件(30)，所述测量器件被布置用于感测所述光学波导(11)中的所述至少一个粒子，其中所述测量器件(30)被布置用于测量所述光学波导(11)的光学传输。此外，描述了一种粒子测试装置。

Description

用于粒子测试的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种粒子测试装置，该粒子测试装置用于研究流体介质(例如，气体或液体环境)中的粒子，特别是采用对中空气体或液体填充光学波导中推进的粒子的检测。此外，本发明涉及一种用于研究流体介质中的粒子的粒子测试方法。本发明的应用适用于例如环境或材料研究领域或监测化学或物理过程。

背景技术

在本说明书中，参考以下说明了本发明的技术背景的现有技术，以及相关技术：

[1]R.S.Gao等人，《气溶胶科学与技术》47，137–145(2013)；

[2]Met One仪器公司：

https://metone.com/indoor-controlled-environments/controlled-environments/model-804-handheld-particle-counter/；

[3]X.-C.Yu等人，《光：科学与应用》7，18003(2018)；

[4]S.Unterkofler等人，《生物光子学杂志》1，10(2012)；

[5]O.A.Schmidt等人，《光学会期刊》37，91(2012)；

[6]F.Benabid等人，《光学会快报》10，1195(2002)；

[7]EP 2 835 674 A1；

[8]WO 2006/110749 A3；

[9]US 8 552 363 B2；以及

[10]US 2009/0175586 A1。

众所周知，由于技术过程(特别是交通)产生的细粉尘和其他粒子等污染物对环境的污染日益严重，因此越来越需要检测和研究空气中(例如，大气中)的粒子。此外，对检测局部环境中(例如，封闭的房间或反应容器中)的粒子也有兴趣。广泛的粒子感测方法是已知的，包括光学测量，其中基于与光的相互作用来检测粒子。

图6(现有技术)示意性地示出已知光学测量的两个示例，包括基于自由空间散射的检测和基于波导散射的检测。基于自由空间散射的检测(图6A，见例如[1])采用布置在样品室中的探针激光器20'和光电探测器30'的组合。穿过探针激光器20'和光电探测器30'之间的激光束路径10'的粒子1'部分地散射激光束，从而可以计算空气中的粒子数。

尽管图6A的系统已经完善且可商购获得[2]，但自由空间配置可能存在以下缺点。首先，大小相同的粒子可以在轮廓上的不同位置穿过探测激光器20(通常具有高斯强度轮廓)的激光束，造成不同数量的散射光。因此，这种方法只能计算粒子数，而不能精确确定粒子大小。此外，需要通过仔细对准的气体射流将粒子送入样品室，以确保与激光束重叠。任何导致粒子1'穿过激光束路径10'的通过点发生偏差的不对准都会增加测量的不确定性。

对于基于波导散射的检测(图6B，例如见[3])，锥形波导11'被布置在探针激光器20'和光电探测器30'之间。激光束被耦合到锥形波导管11'中。附着在波导11'的外表面上的粒子1与导模的倏逝场相互作用，并因此散射一部分光，这些光可能在光电探测器30'处被检测为传输下降。

与图6A的技术相反，基于波导散射的检测既可以计数粒子数，也可以确定粒子的大小。然而，在应用图6B的技术时，可能会出现以下缺点。经过长时间的操作，粒子连续附着在锥形波导11'上将严重降低波导11'的传输，并因此降低波导的感测能力。即使没有粒子附着，锥形波导也会随时间的推移而退化。因此，器件的总寿命受到严格限制。此外，对于可再现的测量，必须确保粒子附着在波导的预定义区域。作为进一步的限制，纤维传输的下降仅在粒子附着到波导11'的瞬间发生。因此，系统对任何具有类似特征的外部扰动(例如，激光强度或光电探测器噪声)都非常敏感，从而提高了故障检测率。

[4]至[7]和[10]中描述了利用光学波导进行的进一步光学测量，其中粒子在气体或液体填充条件下在波导内移动。在[4]中，液体悬浮液中的生物细胞被困在中空纤维中，与纤维内壁相距一定距离。这些细胞通过复多普勒测速仪进行分析。根据[5]或[10]，粒子被捕获在由反向传播的高斯激光束形成的双束阱(dual-beam trap)中，并且通过移动双束阱，粒子在空气填充的空芯光子晶体纤维中移动。类似地，在[6]中，采用激光镊子在空气填充中空纤维中操纵粒子。根据[7]，光学纤维中的粒子用作检测环境条件的传感器元件。[4]至[7]和[10]的光学测量允许检测粒子特性。然而，由于操纵和感测粒子的方法非常复杂，因此在实际的常规应用中，例如在研究空气中的粒子时，存在很大的限制。根据[10]，提出一种传输测量，该传输测量是通过添加另一实芯波导来实现的，该另一实芯波导在正交方向上与中空波导相互作用。这允许仅以受限方式感测粒子特性。

还参考光学色谱系统([8])和流体介质中粒子分选系统([9])描述了光纤中粒子的操纵。然而，这些系统不允许研究气体环境中的粒子，特别是确定其数量或大小。

发明目的

本发明的目的是提供一种用于研究流体介质(如气体或液体环境)中的粒子的改进型粒子测试装置和/或方法，其能够避免传统技术的限制和缺点。具体地，粒子测试装置和/或方法应能够在降低器件配置复杂性、提高可靠性、提高精度、延长装置寿命和/或扩展应用(例如，环境或其他技术过程相关测试中的常规应用)的情况下感测粒子。例如，粒子测试装置应能够以改进的精度计数粒子并确定粒子大小和/或感测进一步的粒子特征。

发明内容

这些目的是通过包含独立权利要求的特征的粒子测试装置和/或粒子测试方法来解决的。本发明的有利的实施例和应用在相关权利要求中进行定义。

根据本发明的第一总体方面，上述目的是通过一种用于研究流体介质(如气体或液体环境)中的粒子的粒子测试装置来解决的，该粒子测试装置包括波导器件、辐照器件和测量器件。术语“粒子测试”是指感测包含在气体样品(气体或蒸汽样品)或液体样品中的粒子的至少一个粒子特征。

波导器件包括从第一端部纵向延伸到第二端部的中空的、直的或弯曲的光学波导。关于至少一个粒子引入光学波导并从光学波导输出，第一端部和第二端部分别称为输入端和输出端。光学波导是中空波导，其处于气体或液体填充状态，即，光学波导的内部中空空间包括允许至少一个粒子传输通过光学波导的任何气体或蒸汽或液体，例如，来自待测体积的气体或蒸汽或液体样品。优选地，光学波导是能够容纳气体或蒸汽或液体的空芯光子晶体纤维(HC-PCF)。替代地，也可采用与其他中空光学纤维一样，能够引导光的其他类型的中空光学波导。优选地，光学波导的芯直径在5μm至50μm的范围内，特别是在10μm至20μm的范围内选择。

辐照器件包括激光源，该激光源被布置用于对光学波导的输入端进行聚焦辐照，特别是用于在输入端处光学地捕获(trap)至少一个粒子，将至少一个捕获的粒子引入光学波导中，并将该粒子沿光学波导朝向其输出端推进。辐照器件被布置用于对光学波导的输入端优选地仅从光学波导的一侧进行聚焦辐照。激光源优选地具有400nm至2μm范围内的波长，尤其优选地是在可见光或NIR波长范围内的波长，并且激光源可包括连续波激光源或脉冲激光源。测量器件被布置用于光学地感测光学波导中的至少一个粒子。

就根据本发明的装置而言，测量器件被布置用于测量光学波导的光学传输，优选地在包括至少一个粒子移动穿过光学波导的时间间隔内。发明人已发现，光学波导中至少一个粒子的出现会导致光学波导中传播的光场发生散射，从而以特定方式影响光学波导的光学传输，并允许提供至少一个粒子特征。测量器件被布置用于感测穿过光学波导的光传播。光学传输的测量包括对沿光学波导的纵向延伸行进的光场的振幅和/或振幅变化的任何类型的感测。优选地，测量器件适于测量光学传输的时间函数。通过本发明的装置获得的至少一个粒子特征是从所测量的光学传输导出的，并且该至少一个粒子特征包括例如粒子数、粒子大小和/或粒子折射率。

根据本发明的第二总体方面，上述目的是通过一种用于研究流体介质(如气体或液体环境)中的粒子的粒子测试方法来解决的，该粒子测试方法包括以下步骤：在具有输入端和输出端的中空光学波导处提供包含至少一个粒子的样品；在光学波导的输入端处光学地捕获至少一个粒子并使用辐照器件的激光源将粒子穿过光学波导朝向输出端推进；以及感测光学波导中的至少一个粒子。

就根据本发明的方法而言，通过测量光学波导的光学传输，特别是沿光学波导的纵向延伸的光学传输，同时推进至少一个粒子穿过光学波导以获得至少一个粒子特征来感测至少一个粒子。优选地，使用本发明第一总体方面的粒子测试装置来实现粒子测试方法。

有利地，通过本发明(即，将来自激光源的激光束耦合到光学波导(优选地，空芯纤维)中)可以避免传统技术的限制。激光源被配置为使得激光束具有足够高的光学功率，以在波导输入端的端面的前面捕获粒子，然后沿波导的空芯推进粒子。可根据应用条件，例如通过模拟气体或液体样品中预期的粒子与激光束的相互作用来选择光学功率。具体地，测量光学传输包括使用测量器件(例如，其光电探测器)检测传输下降及其持续时间。因此，至少可以精确地计数粒子数，并且可以确定粒子大小(粒子定径)。具体地，可获得粒子行进穿过波导的飞行时间。粒子数可用作表征样品的定性度量。替代地或除此之外，可根据计数的粒子数和参考数据，特别是考虑到在光学波导的输入端处(例如，在外壳中)提供粒子的条件(见下文)来导出样品中的粒子密度。

优选地，光学波导被设计成满足以下标准。首先，光学波导优选地以低传输损耗引导激光束，即，无粒子情况下光学波导的传输损耗足够低，以便可以感测到由粒子的出现引起的传输变化。其次，光学波导的模态区域优选地足够小，以在纤维端面的前面捕获粒子。第三，通过根据光学波导的粒子直径和材料(折射率)选择光学波导的合适的芯直径和传输特性，散射光的量优选地可在光电探测器上提供优化的尺寸分辨率。

与现有的粒子计数和定径技术相比，本发明的系统具体地提供以下优点。

光学传输的测量是一种相对简单、已经完善的测量技术，特别是允许使用单个光电探测器(如光电二极管)并提供紧凑的器件配置。

激光束产生的光学力捕获粒子并使粒子靠近光学波导的芯中心对准，以便粒子能够穿过整个光学波导，特别是HC-PCF，而不会附着在内芯壁上。因此，粒子测试装置提供了粒子计数和定径的功能，而不受任何波导退化的影响。因此，粒子测试装置的寿命不受限制。

待感测粒子通过光学力与光学波导的芯中心对准，使得它们在芯内的轨迹高度可预测。这提供了相同数量的光从相同材料和相同大小的粒子散射而来的优点。因此，本发明的系统提供了具有高精度和完全可再现结果的粒子定径功能。

光学波导的使用允许粒子以通过其行进速度给定的有限持续时间穿过光学波导。因此，随着时间窗口的延长，测量器件中的传输发生下降，从而使系统能够抵抗外部扰动。

粒子穿过光学波导的芯的行进时间(飞行时间)取决于其大小和折射率，从而允许系统提供有关粒子特性的附加信息。

光学波导的使用和光学捕获力的存在大大减少甚至避免了粒子射流相对于纤维对准的要求。

粒子测试可扩展到包括单个或多个激光源，并结合空芯光学纤维阵列，以进一步增加粒子测试的检测面积和效率。

最后，本发明具有多种应用，包括空气或水污染监测和/或室内粒子监测。

根据本发明的优选实施例，粒子测试装置进一步包括分析器件，该分析器件与测量器件耦合并且被布置用于提供至少一个粒子特征。分析器件适于接收表示波导器件的光学传输的测量器件的输出信号，并且适于基于输出信号提供至少一个粒子特征。因此，分析器件优选地是运行软件的计算机，该软件基于预定模型根据所测量的光学传输计算至少一个粒子特征。

特别优选地，分析器件适于提供粒子数、粒子大小、粒子质量和粒子折射率中的至少一个作为至少一个粒子特征。除此之外或替代地，分析器件适于基于所测量的光学传输的粒子诱导变化来提供至少一个粒子特征。有利地，便于光学传输的分析。在后一种情况下，根据本发明的特别优选的实施例，分析器件适于通过分析所测量的光学透射的粒子诱导变化的持续时间、振幅和/或波形来提供至少一个粒子。有利的是，分析光电探测器的输出信号可包括应用模型，该模型将在粒子传播期间传输下降的测量值和/或传输下降的持续时间和/或传输下降的时间形状分配给粒子的出现和粒子的大小，从而允许粒子计数和定径。该模型可基于使用具有已知粒子特征的参考粒子所收集的校准数据和/或基于数值模拟。

根据本发明的特别优选的实施例，激光源被布置用于以下两个操作：照射光学波导以光学地捕获和推进至少一个粒子；以及测量光学波导的光学传输。因此，可提供激光源作为测量器件的测量光源。有利的是，由于激光源实现了双重功能，因此通过本实施例可避免提供额外的测量光源，从而进一步降低配置的复杂性。

另选地，用于测量光学传输的测量器件可包括测量光源，如测量激光源，该测量光源被附加地提供给激光源，以用于光学地捕获和推进至少一个粒子。捕获和推进激光源和测量光源的输出发射可叠加在光学波导的输入端处，例如使用分束器部件进行。为捕获和推进或测量光学传输提供单独的源，在使源适应其功能方面可能具有优势。例如，与具有较小功率和噪声的用于测量光学传输的测量光源相比，用于捕获和推进至少一个粒子的激光源可具有更高的功率和更高的噪声。因此，可提高测量传输的信号质量，同时提高捕获和推进粒子的可靠性。

如果粒子测试装置具有至少一个以下特征，则可获得本发明的进一步的特定优点。辐照器件可包括第一单模纤维，该第一单模纤维具有输入端和输出端。第一单模纤维的输入端与激光源的输出耦合。第一成像透镜(优选地，第一梯度折射率透镜(GRIN透镜))被布置在第一单模纤维的输出端处，以用于将激光聚焦到光学波导的输入端。有利的是，这种配置提高了将来自激光源的激光束中继到光学波导的输入端和粒子捕获的效率。因此，对于给定的光学功率，可捕获较大的粒子和/或折射率较低的粒子，或者，为了捕获具有特定尺寸和折射率的粒子，可利用较小的光学功率。

除此之外或另选地，测量器件优选地包括光电二极管和第二单模纤维，该第二单模纤维具有输入端和输出端。第二单模纤维的输出端与光电二极管耦合。第二成像透镜(优选地，第二GRIN透镜)被布置在第二单模纤维的输入端处，以用于将来自光学波导的输出端的光收集到第二单模纤维中。有利的是，通过提供具有第二单模纤维和第二成像透镜的光电二极管，可提高传输测量的灵敏度。就小尺寸透镜而言，使用GRIN透镜具有特殊优势。

根据本发明的另一个有利的实施例，粒子测试装置包括外壳(测试室)，该外壳(测试室)容纳光学波导。测量器件的激光源和光电探测器被布置在外壳的外部。透明窗口在外壳的相对侧处布置在外壳壁中，以用于将来自激光源的光耦合到外壳中，并将通过光学波导传输的光耦合到外壳外。光学波导定位在外壳中，该外壳与透明窗口对准但输入端和输出端与透明窗口相距一定距离。此外，外壳适于流通(flow through)操作，其中待测试的气体或蒸汽或液体样品流过外壳。为此，供应段被布置用于将待研究的样品供应到外壳中，并且排放段被布置用于将样品引导到外壳外。外壳的利用在提供保护环境方面具有特殊优势，例如，保护进入光学波导的粒子的捕获不受外流(如环境测量时的风)的影响，和/或防止待测样品污染测量场地。

作为进一步的优点，本发明的粒子测试具有广泛的应用范围，包括监测空气污染(例如，在大气环境中)、监测来自机器特别是车辆的气体和/或监测环境中粉尘的类型和/或大小。

附图说明

本发明的进一步的优点和细节如下文所示，参考附图，其概略表示如下：

图1：根据本发明的粒子测试装置的优选实施例的特征；

图2至图5：利用根据本发明的粒子测试方法的实施例获得的实验结果；以及

图6：空气粒子的常规光学测量的图示(现有技术)。

具体实施方式

下面特别参考使用HC-PCF进行的粒子测试来描述本发明的实施例。本发明不限于该实施例，而是可使用其他中空波导类型如毛细管、ARROW波导来实现。并未描述收集和可选地进一步制备待测样品的细节，因为根据常规分析技术，样品收集和制备技术本身是已知的。例如，可通过从环境或封闭空间抽吸或收集空气或其他反应气体或样品液体的一部分来收集样品。本发明适用于在气体或液体条件下测试样品。具体地，可通过引导液体样品穿过光学波导来直接测试液体样品，或者通过例如使用医用雾化器将液体样品转换为气体状态，同时保持样品中可能存在的粒子。

以示例性方式描述本发明的粒子测试装置的单通道实施例。在本发明的实际应用中，可提供本发明的粒子测试装置的多通道实施例，包括如下所述的纤维阵列。

根据图1，粒子测试装置100的实施例包括：波导器件10，该波导器件由直的或弯曲的HC-PCF 11提供，具有输入端12和输出端13；辐照器件20，该辐照器件具有激光源21；第一光学纤维22和第一GRIN透镜23；以及测量器件30，该测量器件具有光电二极管31或另一类型的光电探测器。对于实际示例，HC-PCF 11的芯直径为10μm至20μm。优选地，HC-PCF 11的长度被选择成使得粒子的行进时间长于在粒子引起的传输下降开始和结束时的传输变化所需的持续时间，并且该长度为例如5cm。例如，激光源21是发射波长为1064nm且输出功率为500mW的纤维激光器或纤维耦合二极管激光器，在由第一GRIN透镜23在输入端12处产生的焦点处提供约400mW的光场功率。激光源21可与测量器件30和/或分析器件40耦合，例如用于根据光学传输的波形调整激光束的功率，并因此调整粒子穿过HC-PCF 11的推进速度(环路控制)。

测量器件30与分析器件40连接，用于分析光电二极管31的输出信号。分析器件40显示为单独部件，例如由与光电二极管耦合的计算机提供。另选地，分析器件40的功能可由测量器件30的一部分提供，例如，控制其光电探测器(如光电二极管31)的操作的控制计算机。因此，单独的分析器件40可被视为粒子测试装置100的可选特征。

HC-PCF 11被布置在外壳50中，该外壳具有外壳壁，该外壳壁具有由例如玻璃制成的两个透明窗口51。优选地，外壳壁由气密和液密材料如塑料或金属制成。外壳50设置有供应段52和排放段53。供应段52包括例如供应管(部分显示)或与待检查空间连接的任何其他开口。含有粒子的样品通过供应管被引导到外壳50中。为了驱动流通过外壳50，排放段53包括从外壳50抽吸出气体的泵。泵可与测量器件30和/或分析器件40耦合，例如用于根据样品中出现的粒子数调整样品穿过外壳50的流速(环路控制)。

粒子测试装置100提供一种优选地能够对粒子(例如，空气中的粒子或环境水样中的粒子)进行计数和定径的系统，该系统由激光源21、HC-PCF 11和光电二极管31组成。颗粒物将通过供应段52进入外壳50，并在泵的帮助下从另一供应段离开。这支持外壳50内的恒定的气体流或蒸汽流。由激光源21产生的激光束在HC-PCF 11的输入端12处捕获粒子，并且激光束耦合到HC-PCF 11的芯中，并沿HC-PCF 11的纤维芯来推进粒子。在HC-PCF 11内，捕获在输入端12处的粒子被保持在垂直于光学波导的纵向延伸的光学阱(optical trap)中。推进是通过HC-PCF 11中激光场的辐照压力效应实现的。

每个粒子1都散射一部分所引导的芯光，散射光的量取决于粒子大小和折射率，使得通过光电二极管31监测纤维传输能够实时计数粒子数以及测量粒子大小。HC-PCF 11的使用具有特殊的优势，即粒子可通过光学力在中空芯中对准和推进，因此可以不可退化的方式实现粒子计数，从而提供无限的器件寿命，同时可精确地确定粒子大小，例如，如下所述。HC-PCF 11的设计和激光源21的波长被选择成使得粒子1在芯内的捕获和引导是有效的，同时粒子1的散射光量可在光电二极管31上提供优化的尺寸分辨率。激光源21的所传输的激光束被收集在光电二极管31中，该光电二极管如分析器件40一样连接到计算机进行数据分析。

对于本发明的粒子测试装置(未示出)的多通道实施例，布置多个HC PCF，例如，如图1所示，每个HC PCF都具有针对特定粒子类型优化的芯直径和传输特性。每个HC-PCF都设置有单独的激光源，该激光源的波长是针对要使用相关纤维检测的粒子类型而选择的。有利的是，粒子测试装置的多通道实施例便于检测样品中粒子混合物中更多数量的不同粒子类型。

可根据传输测量获得粒子特征，如下文参考使用图1的粒子测试装置100获得的实际结果所述。具体地，可通过测量获得粒子数和粒子大小，如图2至图5所示。大体上，粒子计数和定径是基于检测使用传输信号和初步校准或参考测量所收集的强度下降和粒子飞行时间(传播时间)的。分析光电探测器的输出信号包括分析由粒子引起的传输下降、传输下降的持续时间和传输下降的时间形状中的至少一个。由于粒子穿过波导的传播时间通常小于1秒，因此每分钟可以感测到数百个粒子。

图2示出了使用光电二极管31针对空气中不同大小的聚苯乙烯粒子所收集的时间传输轨迹，包括直径625nm(曲线A)、1μm(曲线B)和2μm(曲线C)的粒子。据观察，2μm聚苯乙烯粒子的传输强度下降最高，其次是1μm和625nm，因此表明较大的粒子散射更多的激光导模。此外，较大粒子的飞行时间较短，因为较大粒子在中空纤维11内行进得更快。尽管大小相同的粒子产生的传输下降和飞行时间值略有不同，但所测量的光学传输提供了粒子大小的清晰区分，如图3和图4所示，图3和图4示出了不同粒子大小的强度下降和飞行时间的直方图。

图5中示出了检测中空纤维11中是否存在多于一个粒子，该图绘制了当两个1μm聚苯乙烯粒子同时一个接一个地传播穿过该纤维11时所收集的传输信号。这里首先捕获单个聚苯乙烯粒子，显示出其第一次急剧强度下降(A)。随着该粒子传播穿过该纤维，第二粒子也被捕获并在前一粒子离开前被推进到该纤维中。这可通过第一次急剧强度下降之后的第二次急剧强度下降(B)看出。一旦第一粒子离开该纤维，第二次急剧强度下降就恢复到第一次急剧强度下降(C)，然后在第二粒子也离开该纤维之后返回到未捕获的初始传输状态(D)。从这些数据中可以很好地得到强度下降和飞行时间。

上述描述中公开的本发明的特征、附图和权利要求书在其各种实施例中，单独或者组合或子组合来实现本发明具有重要意义。本发明并不限于上述优选实施例。多种变体和衍生品也可能使用本发明的概念，并且因此属于保护范围。此外，本发明还要求保护独立于从属权利要求所引用的特征和权利要求的从属权利要求的主题和特征。

Claims (15)

1.粒子测试装置(100)，所述粒子测试装置被配置用于研究流体介质中的粒子，所述粒子测试装置包括：

-波导器件(10)，所述波导器件包括中空光学波导(11)，所述中空光学波导具有输入端(12)和输出端(13)，

-辐照器件(20)，所述辐照器件包括激光源(21)，所述激光源被布置用于在所述光学波导(11)的所述输入端(12)处光学地捕获至少一个粒子，并将所述粒子穿过所述光学波导(11)朝向其输出端(13)推进，以及

-测量器件(30)，所述测量器件被布置用于感测所述光学波导(11)中的所述至少一个粒子，

其特征在于，

-所述测量器件(30)被布置用于测量所述光学波导(11)沿其纵向延伸的光学传输。

2.根据权利要求1所述的粒子测试装置，其进一步包括：

-分析器件(40)，所述分析器件与所述测量器件(30)耦合并且被布置用于提供至少一个粒子特征，以及

-所述分析器件(40)适于基于所述光学传输提供所述至少一个粒子特征。

3.根据权利要求2所述的粒子测试装置，其中

-所述分析器件(40)适于提供粒子数、粒子大小、粒子质量和粒子折射率中的至少一个作为所述至少一个粒子特征，和/或

-所述分析器件(40)适于基于所测量的光学传输的粒子诱导变化来提供所述至少一个粒子特征。

4.根据权利要求3所述的粒子测试装置，其中

-所述分析器件(40)适于基于所测量的光学传输的所述粒子诱导变化来提供所述至少一个粒子特征，并且

-所述分析器件(40)适于分析所测量的光学传输的所述粒子诱导变化的持续时间、振幅和波形中的至少一个。

5.根据前述权利要求中的一项所述的粒子测试装置，其中

-所述激光源(21)被布置用于光学地捕获和推进所述至少一个粒子，并且作为所述测量器件(30)的光源，用于测量所述光学波导(11)的所述光学传输。

6.根据前述权利要求中的一项所述的粒子测试装置，其包括以下至少一个特征：

-所述辐照器件(20)进一步包括第一单模纤维(22)和第一梯度折射率透镜(23)，所述第一单模纤维具有输入端和输出端，其中所述第一单模纤维(22)的所述输入端与所述激光源(21)的输出耦合，所述第一梯度折射率透镜布置在所述第一单模纤维(22)的所述输出端处，用于将激光聚焦到所述光学波导(11)的所述输入端，和

-所述测量器件(30)包括光电二极管(31)、第二单模纤维(32)和第二梯度折射率透镜(33)，所述第二单模纤维具有输入端和输出端，其中所述第二单模纤维(32)的所述输出端与所述光电二极管(31)耦合，所述第二梯度折射率透镜布置在所述第二单模纤维(32)的所述输入端处，用于收集来自所述光学波导(11)的所述输出端的光。

7.根据前述权利要求中的一项所述的粒子测试装置，其中所述波导器件(10)进一步包括：

-外壳(50)，所述外壳容纳所述光学波导(11)并且具有两个透明窗口(51)，所述两个透明窗口被布置用于将来自所述激光源(21)的光耦合到所述外壳(50)中并且将通过所述光学波导(11)传输的光耦合到所述外壳(50)外，其中

-所述外壳(50)适于流通操作，其中供应段(52)被布置用于将含有粒子的样品供应到外壳(50)中，并且排出段(53)被布置用于将所述样品引导到所述外壳(50)外。

8.根据前述权利要求中的一项所述的粒子测试装置，其中

-所述光学波导(11)为空芯光子晶体纤维。

9.用于研究流体介质中的粒子的粒子测试方法，所述粒子测试方法包括以下步骤：

-在具有输入端(12)和输出端(12)的中空光学波导(11)处提供包含至少一个粒子的样品，

-在所述光学波导(11)的所述输入端(12)处光学地捕获所述至少一个粒子，并使用辐照器件(20)的激光源(21)将所述粒子穿过所述光学波导(11)朝向所述输出端(12)推进，以及

-使用测量器件(30)感测所述光学波导(11)中的所述至少一个粒子，

其特征在于，

-所述测量器件(30)测量所述光学波导(11)沿其纵向延伸的光学传输。

10.根据权利要求9所述的粒子测试方法，其包括以下至少一个步骤：

-通过分析所述测量器件(30)的输出提供至少一个粒子特征，以及

-提供包括粒子数、粒子大小、粒子质量和粒子折射率中的至少一个的至少一个粒子特征作为所述至少一个粒子特征。

11.根据权利要求10所述的粒子测试方法，其包括以下步骤：

-基于所测量的光学传输的粒子诱导变化，特别是基于所测量的光学传输的所述粒子诱导变化的持续时间、振幅和波形中的至少一个，提供所述至少一个粒子特征。

12.根据权利要求9至11中的一项所述的粒子测试方法，其中

-所述激光源(21)用于以下两个操作：光学地捕获所述至少一个粒子；以及照射所述光学波导(11)，以测量其所述光学传输。

13.根据权利要求9至12中的一项所述的粒子测试方法，其包括以下至少一个特征：

-通过所述激光源(21)经由第一单模纤维(22)和第一梯度折射率透镜(23)照射所述光学波导(11)的所述输入端，获得所述至少一个粒子的所述光学捕获，以及

-通过将通过所述光学波导(11)传输的光穿过第二梯度折射率透镜(33)和第二单模纤维(32)定向到光电二极管(31)来获得对所述光学波导(11)中的所述至少一个粒子的感测。

14.根据权利要求9至13中的一项所述的粒子测试方法，其包括以下步骤：

-将所述光学波导(11)布置在外壳(50)中，所述外壳具有两个透明窗口，所述两个透明窗口用于将来自所述激光源(21)的光耦合到所述外壳(50)中，并且将通过所述光学波导(11)传输的光耦合到所述外壳(50)外，其中

-所述外壳(50)适于流通操作。

15.根据权利要求9至14中的一项所述的粒子测试方法，其中所述样品被提供用于以下至少一个操作：

-监测环境空气或水污染，

-监测从机器，特别是车辆，排放的气体、蒸汽或液体，以及

-监测环境中粉尘的类型和/或大小。

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