DE102014018537A1 - Optical sensor - Google Patents

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Abstract

Ein optischer Sensor (1) hat eine Strahlungsquelle (2), zu der eine Optik gehört. Mittels der Strahlungsquelle (2) ist ein Lichtstrahl (3) abstrahlbar. Zu dem optischen Sensor (1) gehört des Weiteren ein Empfängerelement. Um mit einem geringen Aufwand dauerhaft zuverlässige Messwerte für die Partikelbefrachtung des mittels des optischen Sensors (1) zu überwachenden Luftvolumens zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Empfängerelement (5) so zu dem von der Strahlungsquelle (2) abstrahlbaren Lichtstrahl (3) angeordnet ist, dass kein direktes Licht des Lichtstrahls (3) sondern nur von im Lichtstrahl (3) befindlichen Partikeln zum Empfängerelement (5) reflektiertes Licht auf das Empfängerelement (5) auftrifft.An optical sensor (1) has a radiation source (2) to which an optics belongs. By means of the radiation source (2), a light beam (3) can be emitted. To the optical sensor (1) further includes a receiver element. In order to achieve permanently reliable measured values for the particle loading of the air volume to be monitored by means of the optical sensor (1) with a low outlay, it is proposed that the receiver element (5) be arranged to the light beam (3) which can be emitted by the radiation source (2) in that no direct light of the light beam (3) but only light reflected by the particles located in the light beam (3) to the receiver element (5) impinges on the receiver element (5).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor mit einer Strahlungsquelle, der eine Optik zugehörig und mittels der ein Lichtstrahl abstrahlbar ist, und einem Empfängerelement.The invention relates to an optical sensor with a radiation source, which is associated with an optical system and by means of which a light beam can be emitted, and a receiver element.

Derartige optische Sensoren werden u. a. zur Partikelmessung verwendet. Hierbei ist es ein gängiges Prinzip, die Lichtstreuung an Partikeln zu messen und aus den entsprechenden Signalen die Partikelkonzentration oder die Partikelgrößenverteilung zu berechnen.Such optical sensors are u. a. used for particle measurement. Here, it is a common principle to measure the light scattering of particles and to calculate from the corresponding signals, the particle concentration or the particle size distribution.

Im Laufe der Betriebszeit ist es unvermeidlich, dass die optischen Elemente derartiger optischer Sensoren verschmutzen und daraus folgend zu verfälschten Signalen führen. Die Verschmutzung optischer Bauteile des optischen Sensors führt in der Regel dazu, dass das Licht der Strahlungsquelle des optischen Sensors bzw. das von im Luftvolumen befindlichen Partikeln reflektierte Licht gedämpft wird. Entsprechend weisen die mittels des optischen Sensors erzeugten Messsignale eine reduzierte Amplitude auf. Die Höhe der Signalamplitude ist jedoch neben anderen Signaleigenschaften, z. B. der Pulsbreite, der Flankensteilheit oder der Häufigkeit, eine sehr wichtige Größe, um auf die Eigenschaften der Partikel zu schließen und einen Ausgabewert des optischen Sensors zu bestimmen.During operation, it is inevitable that the optical elements of such optical sensors pollute and consequently lead to corrupted signals. As a rule, the contamination of optical components of the optical sensor causes the light of the radiation source of the optical sensor or the light reflected by the particles in the air volume to be damped. Accordingly, the measurement signals generated by means of the optical sensor have a reduced amplitude. The magnitude of the signal amplitude is, however, in addition to other signal properties, eg. As the pulse width, the slope or the frequency, a very important size to conclude on the properties of the particles and to determine an output value of the optical sensor.

Eine verfälschte Höhe der Signalamplitude führt entsprechend zu einem fehlerhaften Ausgabewert des optischen Sensors.A corrupted height of the signal amplitude correspondingly leads to a defective output value of the optical sensor.

Durch aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen können die vorstehend erwähnten nachteiligen Effekte reduziert werden, z. B. ist es bekannt, in professionellen Messgeräten den zu überwachenden Luftstrom in einen sauberen, gefilterten Luftstrom einzubetten, so dass hierdurch der Kontakt zwischen den im Luftvolumen befindlichen Partikeln und optischen Komponenten des optischen Sensors verhindert wird. Hierdurch kann das Intervall für eine zyklische Reinigung der optischen Elemente des optischen Sensors bzw. die Standzeit des optischen Sensors deutlich verlängert werden. Nachteilig ist jedoch, dass zur Schaffung des sauberen Luftstroms ein Filter erforderlich ist, der regelmäßig gewechselt werden muss.By measures known from the prior art, the aforementioned adverse effects can be reduced, for. For example, it is known to embed the air flow to be monitored into a clean, filtered air stream in professional measuring devices, so that in this way the contact between the particles in the air volume and optical components of the optical sensor is prevented. In this way, the interval for a cyclical cleaning of the optical elements of the optical sensor or the service life of the optical sensor can be significantly extended. The disadvantage, however, is that to create the clean air flow, a filter is required, which must be changed regularly.

Bei einem Einsatz derartiger optischer Sensoren in Kraftfahrzeugen muss dieser über einen Zeitraum, der sich über mehrere Jahre erstrecken kann, zuverlässig und ohne Service zuverlässige Messergebnisse bzw. Ausgabewerte liefern. Dies deshalb, da derzeit in Betrieb befindliche Automobilwerkstätten auf absehbare Zeit nicht in der Lage bzw. darauf eingerichtet sind, entsprechend empfindliche optische Sensoren regelmäßig zu warten.When such optical sensors are used in motor vehicles, they must reliably and without service provide reliable measurement results or output values over a period of time that can extend over several years. This is because in the foreseeable future, automobile workshops currently in operation are unable or regularly to service correspondingly sensitive optical sensors on a regular basis.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs geschilderten gattungsbildenden Art zur Verfügung zu stellen, der für einen Zeitraum, der im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten entsprechenden optischen Sensoren erheblich verlängert ist, zuverlässige Ausgabewerte zur Verfügung stellt.Based on the above-described prior art, the present invention seeks to provide an optical sensor of the generic type described above, which is considerably extended for a period of time compared to corresponding optical sensors known from the prior art, provides reliable output values.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Empfängerelement des optischen Sensors so zu dem von der Strahlungsquelle abstrahlbaren Lichtstrahl angeordnet ist, dass kein direktes Licht des Lichtstrahls sondern nur von im Lichtstrahl befindlichen Partikeln zum Empfängerelement reflektiertes Licht auf das Empfängerelement auftrifft. Da die Anordnung des Empfängerelements des optischen Sensors unabhängig von dem Verlauf des Lichtstrahls, wie er von der Strahlungsquelle des optischen Sensors abgestrahlt wird, gewählt werden kann, ist es ohne weiteres möglich, das Empfängerelement und ggf. auch die Strahlungsquelle so anzuordnen, dass diese in weitaus geringerem Ausmaß als beim Stand der Technik Verschmutzungsgefahren ausgesetzt sind. Hierdurch kann die Nutzungsdauer des optischen Sensors erheblich verlängert werden, ohne dass überhaupt irgendwelche Reinigungs- oder Kalibriermaßnahmen des optischen Sensors eingeleitet werden müssten.This object is achieved in that the receiver element of the optical sensor is arranged so as to be emitted by the radiation source light beam that no direct light of the light beam but only from particles in the light beam to the receiver element reflected light impinges on the receiver element. Since the arrangement of the receiver element of the optical sensor can be selected independently of the course of the light beam, as emitted by the radiation source of the optical sensor, it is readily possible to arrange the receiver element and possibly also the radiation source so that they are in far less extent than the prior art pollution risks are exposed. As a result, the useful life of the optical sensor can be significantly extended without any cleaning or calibration measures of the optical sensor would have to be initiated.

Wenn das Empfängerelement parallel zu einer Strahlungsmittelachse des von der Strahlungsquelle abstrahlbaren Lichtstrahls angeordnet ist, werden vom Empfängerelement im Wesentlichen von den Partikeln rechtwinklig reflektierte Anteile des Lichtstrahls erfasst, wobei aus diesen Anteilen des Lichtstrahls mit einem vergleichsweise geringen Rechner- und Auswertungsaufwand aussagekräftige Informationen zu den im Luftvolumen vorhandenen Partikeln auffindbar sind.If the receiver element is arranged parallel to a beam central axis of the light beam which can be emitted by the radiation source, portions of the light beam reflected substantially at right angles by the receiver element are detected by the receiver element, meaningful information from the components of the light beam having a comparatively low computer and evaluation effort Air volume of existing particles are found.

Bei besonderen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, wenn senkrecht zum Lichtstrahl durch diesen hindurch mit Partikeln befrachtete Luft leitbar ist, wobei dann besonders aussagekräftige Ergebnisse zu dieser durch den Lichtstrahl geleiteten Luftströmung erreicht werden können.In special applications, it may be advantageous if perpendicular to the light beam through this particle-laden air can be conducted, then particularly meaningful results can be achieved for this guided by the light beam air flow.

Wenn der optische Sensor eine Steuereinheit aufweist, mittels der die Strahlungsquelle und/oder das Empfängerelement so verstellbar ist bzw. sind, dass der von der Strahlungsquelle abgestrahlte Lichtstrahl in einstellbaren Einfallswinkeln auf das Empfängerelement richtbar ist, kann der erfindungsgemäße optische Sensor mit einem vergleichsweise geringen Aufwand in regelmäßigen Zeitabständen kalibriert werden.If the optical sensor has a control unit by means of which the radiation source and / or the receiver element is or can be adjusted such that the light beam emitted by the radiation source can be directed onto the receiver element at adjustable angles of incidence, the optical sensor according to the invention can be operated with relatively little effort be calibrated at regular intervals.

Hierzu ist es zweckmäßig, wenn in der Steuereinheit des optischen Sensors für einen vorgebbaren Einfallswinkel des Lichtstrahls auf das Empfängerelement ein für einen unverschmutzten und neuwertigen optischen Sensor geltender Sollwert abgespeichert ist, ein nach einer vorgebbaren Einsatzdauer des optischen Sensors für den vorgebbaren Einfallswinkel des Lichtstrahls auf das Empfängerelement aktueller Istwert erfassbar ist und aus dem Vergleich des Sollwerts mit dem aktuellen Istwert ein Korrekturwert für den Ausgabewert des optischen Sensors errechenbar ist. Unabhängig von einer Verschmutzung einzelner optischer Bauteile des optischen Sensors kann hierdurch für eine quasi beliebig lange Einsatzdauer eine hohe Qualität des Ausgabewerts des optischen Sensors gewährleistet werden.For this purpose, it is expedient if in the control unit of the optical sensor for a predeterminable angle of incidence of the light beam is stored on the receiver element valid for an unpolluted and new optical sensor target value, after a predetermined period of use of the optical sensor for the predetermined angle of incidence of the light beam to the receiver element current actual value can be detected and from the comparison of the setpoint with the current Actual value is a correction value for the output value of the optical sensor can be calculated. Regardless of a contamination of individual optical components of the optical sensor, a high quality of the output value of the optical sensor can thereby be ensured for a virtually unlimited duration of use.

Hierzu kann in der Steuereinheit des optischen Sensors der Ausgabewert desselben auf der Grundlage des Korrekturwerts angepasst werden.For this purpose, in the control unit of the optical sensor, the output value thereof can be adjusted on the basis of the correction value.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Abstrahlleistung der Strahlungsquelle des optischen Sensors mittels der Steuereinheit entsprechend dem Korrekturwert nachzuführen bzw. einzustellen.Alternatively or additionally, it is possible to track or adjust the emission power of the radiation source of the optical sensor by means of the control unit in accordance with the correction value.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der optische Sensor eine der Strahlungsquelle und/oder dem Empfängerelement zugeordnete Reinigungsvorrichtung aufweist, die mittels der Steuereinheit in Betrieb gesetzt werden kann, wenn der vorstehend geschilderte Korrekturwert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.In addition, it can be provided that the optical sensor comprises a cleaning device associated with the radiation source and / or the receiver element, which can be put into operation by means of the control unit if the above-described correction value exceeds a predefinable threshold value.

Selbstverständlich kann der Korrekturwert mittels der Steuereinheit an eine übergeordnete Steuervorrichtung und/oder an eine Signalvorrichtung weitergeleitet werden.Of course, the correction value can be forwarded by means of the control unit to a higher-level control device and / or to a signaling device.

Um Beschädigungen des im Falle des erfindungsgemäßen optischen Sensors vergleichsweise empfindlichen Empfängerelements sicher auszuschließen, ist es vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinheit des optischen Sensors die Abstrahlleistung der Strahlungsquelle, z. B. um einen Faktor 100, reduzierbar ist, bevor die Strahlungsquelle und/oder das Empfängerelement so verschwenkt bzw. verstellt werden, dass der von der Strahlungsquelle abgestrahlte Lichtstrahl in dem vorgebbaren Einfallswinkel auf das Empfängerelement trifft.In order to safely exclude damage in the case of the optical sensor according to the invention relatively sensitive receiver element, it is advantageous if by means of the control unit of the optical sensor, the radiation power of the radiation source, for. B. by a factor of 100, can be reduced before the radiation source and / or the receiver element are pivoted or adjusted so that the radiated from the radiation source light beam impinges on the receiver element in the predetermined angle of incidence.

Zusätzlich oder alternativ hierzu kann dem Empfängerelement bzw. der Steuereinheit eine Umschalt- oder Reduzierstufe zugeordnet sein, mittels der das vom Empfängerelement empfangene Signal, z. B. um einen Faktor 100, reduzierbar ist.Additionally or alternatively, a switching or Reduzierstufe may be assigned to the receiver element or the control unit, by means of which the signal received from the receiver element, for. B. by a factor of 100, can be reduced.

Diese Umschalt- oder Reduzierstufe kann zweckmäßigerweise als einschränkbarer Filter oder als Blende ausgebildet sein, wobei der Filter bzw. die Blende in einem vorzugsweise abgeschlossenen Bereich zwischen der Strahlungsquelle und einer der Strahlungsquelle zugeordneten Linse angeordnet ist, um Verschmutzungen oder vergleichbare Beeinträchtigungen wirksam auszuschließen.This switching or Reduzierstufe may conveniently be formed as a restrictable filter or as a diaphragm, wherein the filter or the diaphragm is arranged in a preferably closed region between the radiation source and a radiation source associated lens to effectively exclude contamination or similar impairments.

Um einen mit einem sparsamen Energieverbrauch einhergehenden Betrieb des erfindungsgemäßen optischen Sensors sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungsquelle und/oder das Empfängerelement im normalen Messbetrieb des optischen Sensors mittels Federelementen in ihre Betriebsstellungen vorgespannt sind. Energie zur Verstellung der Strahlungsquelle und/oder des Empfängerelements wird somit nur dann benötigt, wenn zwecks Durchführung eines Kalibriervorgangs die Strahlungsquelle und/oder das Empfängerelement so verstellt werden müssen, dass der von der Strahlungsquelle abgestrahlte Lichtstrahl mit dem vorgebbaren Einfallwinkel auf das Empfängerelement trifft.In order to ensure an operation of the optical sensor according to the invention associated with economical energy consumption, it is advantageous if the radiation source and / or the receiver element are biased into their operating positions in the normal measuring operation of the optical sensor by means of spring elements. Energy for adjusting the radiation source and / or the receiver element is thus only required if the radiation source and / or the receiver element must be adjusted so that the radiated from the radiation source light beam strikes the receiver element with the predetermined angle of incidence for the purpose of performing a calibration.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung der Partikelbefrachtung eines Luftvolumens, zu dem vorzugsweise ein optischer Sensor gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche eingesetzt wird, wird auf dem Empfängerelement des optischen Sensors nur solche Lichtstrahlung erfasst, die von im von der Strahlungsquelle des optischen Sensors abgestrahlten Lichtstrahl vorhandenen Partikeln auf das Empfängerelement reflektiert wird.In a method according to the invention for detecting the particle loading of an air volume to which an optical sensor according to one of the preceding claims is preferably used, only those light radiation is detected on the receiver element of the optical sensor, which is present in the particles emitted by the light beam emitted by the radiation source of the optical sensor is reflected on the receiver element.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Sensors prinzipiell darstellt.In the following the invention will be explained in more detail by means of an embodiment with reference to the drawing, the single figure of which represents in principle an embodiment of an optical sensor according to the invention.

Ein in der Figur prinzipiell dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 hat eine Strahlungsquelle 2, die über eine in der Figur nicht gezeigte Optik verfügt bzw. der eine derartige Optik zugeordnet ist. Mittels der Strahlungsquelle 2 und ihrer Optik ist ein Lichtstrahl 3 abstrahlbar, dessen Strahlungsmittelachse 4 durch eine strichpunktierte und dessen Strahlungskegel durch zwei durchgezogene Linien gezeigt ist.An embodiment of an optical sensor according to the invention shown in principle in the figure 1 has a radiation source 2 , which has an optics not shown in the figure or is associated with such optics. By means of the radiation source 2 and its optics is a ray of light 3 radiating, the beam center axis 4 by a dash-dotted line and its radiation cone is shown by two solid lines.

Zum optischen Sensor 1 gehört darüber hinaus ein Empfängerelement 5, mittels dem auf es einfallende Lichtstrahlung erfassbar ist. Wesentlich für das Empfängerelement 5 des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 ist, dass das Empfängerelement 5 so parallel zum von der Strahlungsquelle abstrahlbaren Lichtstrahl 3 bzw. zu dessen Strahlungsmittelachse 4 angeordnet ist, dass von der Strahlungsquelle 2 des optischen Sensors 1 aus kein direktes Licht auf das Empfängerelement 5 auftrifft. Dies ist in der einzigen Figur durch die Darstellung des Strahlungskegels des von der Strahlungsquelle 2 abgestrahlten Lichtstrahls 3 gezeigt.To the optical sensor 1 also belongs to a receiver element 5 , by means of which incident light radiation can be detected. Essential for the receiver element 5 of the optical sensor according to the invention 1 is that the receiver element 5 so parallel to the radiant from the radiation source light beam 3 or to the beam center axis 4 is arranged that from the radiation source 2 of the optical sensor 1 no direct light on the receiver element 5 incident. This is in the single figure by the representation of the radiation cone of the radiation source 2 radiated light beam 3 shown.

Auf das Empfängerelement 5 trifft Licht auf, welches von Partikeln, die sich in der Luft und damit auch innerhalb des Strahlungskegels des Lichtstrahls 3 befinden, in Richtung auf das Empfängerelement 5 reflektiert wird. Das vom Empfängerelement 5 erfasste Licht und somit der am Empfängerelement 5 gemessene Messwert ist somit proportional zu der Partikelbelastung der Luft in dem Raum, in dem der optische Sensor 1 angeordnet ist. On the receiver element 5 Light, which is formed by particles that are in the air and thus within the radiation cone of the light beam 3 located in the direction of the receiver element 5 is reflected. That of the receiver element 5 detected light and thus the at the receiver element 5 measured value is thus proportional to the particle load of the air in the room in which the optical sensor 1 is arranged.

In bestimmten Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, eine Luftströmung, deren Partikelbefrachtung erfasst werden soll, in einem bestimmten Winkel, z. B. senkrecht, durch den Lichtstrahl 3 zu richten und mittels des Empfängerelements 5 dann die Partikelbefrachtung dieser Luftströmung zu erfassen.In certain applications, it may be advantageous to an air flow whose particle loading is to be detected at a certain angle, z. B. perpendicular, by the light beam 3 and by means of the receiver element 5 then capture the particle loading of this airflow.

Eine des Weiteren in der einzigen Figur gezeigte Steuereinheit 6 des optischen Sensors 1 ist sowohl an die Strahlungsquelle 2 als auch an das Empfängerelement 5 angeschlossen. Mittels der Steuereinheit 6 ist die Strahlungsquelle 2 hinsichtlich ihrer Abstrahlleistung einstellbar. Des Weiteren wird in der Steuereinheit 6 das Messsignal des Empfängerelements 5 erfasst und verarbeitet.A further shown in the single figure control unit 6 of the optical sensor 1 is both to the radiation source 2 as well as to the receiver element 5 connected. By means of the control unit 6 is the radiation source 2 adjustable in terms of their radiation performance. Furthermore, in the control unit 6 the measurement signal of the receiver element 5 captured and processed.

Des Weiteren ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 6 des optischen Sensors 1 mit einem in der Figur nicht gezeigten Stellantrieb der Strahlungsquelle 2 und einem in der Figur ebenfalls nicht gezeigten Stellantrieb des Empfängerelements 5 verbunden. Mittels der mit der Steuereinheit 6 verbundenen Stellantriebe sind die Strahlungsquelle 2 und das Empfängerelement 5 des optischen Sensors 1 verstellbar. Hierdurch kann erreicht werden, dass der von der Strahlungsquelle 2 abgestrahlte Lichtstrahl 3 in einem einstellbaren Einfallswinkel auf das Empfängerelement 5 auftrifft.Furthermore, in the illustrated embodiment, the control unit 6 of the optical sensor 1 with a not shown in the figure actuator of the radiation source 2 and an actuator, also not shown in the figure, of the receiver element 5 connected. By means of the with the control unit 6 Connected actuators are the radiation source 2 and the receiver element 5 of the optical sensor 1 adjustable. In this way it can be achieved that of the radiation source 2 radiated light beam 3 at an adjustable angle of incidence on the receiver element 5 incident.

In der Steuereinheit 6 bzw. in einem in dieser Steuereinheit 6 vorhandenen Datenspeicher ist für diesen vorgebbaren Einfallswinkel des Lichtstrahls 3 auf das Empfängerelement 5 ein Sollwert abgespeichert, der dem entsprechenden Messsignal des Empfängerelements bei einem neuwertigen optischen Sensor 1 entspricht, d. h., die Strahlungsquelle 2 des optischen Sensors 1 verfügt über ihre ursprüngliche Abstrahlleistung und Verschmutzungen optischer Flächen des optischen Sensors 1 liegen nicht vor. Zu Beginn der Einsatzdauer des optischen Sensors 1 wird – wie vorstehend bereits angedeutet – dieser Sollwert in der Steuereinheit 6 erfasst und gespeichert.In the control unit 6 or in one in this control unit 6 existing data memory is for this predetermined angle of incidence of the light beam 3 on the receiver element 5 stored a desired value, the corresponding measurement signal of the receiver element in a new optical sensor 1 corresponds, ie, the radiation source 2 of the optical sensor 1 has its original emission and contamination of optical surfaces of the optical sensor 1 not available. At the beginning of the service life of the optical sensor 1 is - as already indicated above - this setpoint in the control unit 6 captured and saved.

Nach einer vorgebbaren Einsatzdauer des optischen Sensors 1, bei der die Strahlungsquelle 2 und das Empfängerelement 5 des optischen Sensors 1 so eingestellt sind, dass der Lichtstrahl 3 der Strahlungsquelle 2 nicht unmittelbar auf das Empfängerelement 5 auftrifft, wobei die vorstehend erwähnte vorgebbare Einsatzdauer von der Art des Einsatzes des optischen Sensors 1 abhängen kann, wird mittels der Steuereinheit 6 bzw. der von ihr steuerbaren Stellantriebe der Strahlungsquelle 2 und des Empfängerelements 5 der Lichtstrahl 3 bzw. die Ausrichtung des Empfängerelements 5 so geändert, dass der Lichtstrahl 3 in dem bereits erwähnten vorgebbaren Einfallswinkel, bei dem der Sollwert ermittelt worden ist, auf das Empfängerelement 5 auftrifft. Das hierbei am Empfängerelement 5 erfasste Messsignal wird als aktueller Istwert an die Steuereinheit 6 weitergeleitet und dort mit dem dort abgespeicherten Sollwert verglichen. Aus dem Vergleich des aktuellen Istwerts mit dem in der Steuereinheit 6 abgespeicherten Sollwert wird ein Korrekturwert ermittelt; dieser Korrekturwert wird zur Bearbeitung des für das am Empfängerelement 5 vorhandene Messsignal charakteristischen Ausgabewerts verwendet. Der Ausgabewert des optischen Sensors 1 berücksichtigt somit während der Einsatzdauer des optischen Sensors 1 auftretende Abnutzungserscheinungen und Verunreinigungen der den optischen Sensor 1 ausmachenden Bauteile.After a predefinable duration of use of the optical sensor 1 in which the radiation source 2 and the receiver element 5 of the optical sensor 1 are set so that the light beam 3 the radiation source 2 not directly on the receiver element 5 incident, wherein the aforementioned predetermined service life of the type of use of the optical sensor 1 is dependent on the control unit 6 or the controllable by her actuators of the radiation source 2 and the receiver element 5 the beam of light 3 or the orientation of the receiver element 5 changed so that the light beam 3 in the already mentioned predeterminable angle of incidence at which the desired value has been determined on the receiver element 5 incident. This here at the receiver element 5 detected measurement signal is sent as the current actual value to the control unit 6 forwarded and compared there with the stored there setpoint. From the comparison of the current actual value with that in the control unit 6 stored setpoint, a correction value is determined; this correction value is used to process the for the at the receiver element 5 existing measurement signal characteristic output value used. The output value of the optical sensor 1 thus takes into account during the period of use of the optical sensor 1 occurring wear and contamination of the optical sensor 1 making up components.

Selbstverständlich kann der vorstehend erwähnte Korrekturwert auch dazu verwendet werden, um mittels der Steuereinheit 6 die Abstrahlleistung der Strahlungsquelle 2 so nachzuführen bzw. einzustellen, dass die ursprünglich, d. h. für den neuen optischen Sensor 1, vorgesehenen Parameter wieder erreicht werden.Of course, the above-mentioned correction value may also be used to control by means of the control unit 6 the radiation power of the radiation source 2 to adjust or adjust so that the original, ie for the new optical sensor 1 , provided parameters are reached again.

Sobald der vorstehend geschilderte Korrekturwert einen je nach Einsatzzweck des optischen Sensors 1 vorgebbaren Schwellwert überschreitet, kann der optische Sensor 1 bzw. können dessen Strahlungsquelle 2 und dessen Empfängerelement 5 einem Reinigungsvorgang unterworfen werden. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass am Empfängerelement 5 und/oder an der Strahlungsquelle 2 eine integrierte, in der Figur nicht gezeigte Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die im Falle des Überschreitens des Schwellwerts durch den Korrekturwert mittels der Steuereinheit 6 in Betrieb setzbar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, den optischen Sensor 1 bzw. dessen Strahlungsquelle 2 und dessen Empfängerelement 5 durch eine nicht im optischen Sensor 1 integrierte Reinigungsvorrichtung zu säubern.Once the above-described correction value depending on the purpose of the optical sensor 1 predeterminable threshold value, the optical sensor 1 or can its radiation source 2 and its receiver element 5 be subjected to a cleaning process. For this purpose, it may be provided that at the receiver element 5 and / or at the radiation source 2 an integrated, not shown in the figure cleaning device is provided, which in the case of exceeding the threshold value by the correction value by means of the control unit 6 can be put into operation. Of course it is also possible to use the optical sensor 1 or its radiation source 2 and its receiver element 5 by a not in the optical sensor 1 to clean integrated cleaning device.

Vor und nach einem Reinigungsvorgang durchgeführte entsprechende Messvorgänge können darüber hinaus Rückschlüsse darauf geben, wie die ggf. in den optischen Sensor 1 integrierte Reinigungsvorrichtung wirkt.In addition, corresponding measurement processes carried out before and after a cleaning process can give indications as to how they might be introduced into the optical sensor 1 integrated cleaning device works.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die bei dem der Überprüfung des optischen Sensors 1 dienenden Messvorgang erfassten Parameter bzw. den hiernach errechneten Korrekturwert an eine übergeordnete Steuervorrichtung oder an einen Nutzer weiterzuleiten. Grundsätzlich besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, für den Fall, dass der Korrekturwert einen zulässigen Wert überschreitet, eine entsprechende Signalvorrichtung auszulösen.Of course, it is also possible that in the review of the optical sensor 1 serving the measured measurement process or the hereafter calculated correction value to a higher-level control device or to a user. In principle, it is also possible, in the event that the correction value exceeds a permissible value, to trigger a corresponding signaling device.

Da das Empfängerelement 5 des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 aufgrund der im Normalbetrieb des optischen Sensors 1 realisierten indirekten Partikelmessung eine vergleichsweise hohe Empfindlichkeit hat, kann nicht ausgeschlossen werden, dass das Empfängerelement 5 beim unmittelbaren Einfall des Lichtstrahls 3 in dem vorgegebenen Einfallswinkel übersteuert wird. Um dies zu verhindern, kann die Abstrahlleistung der Strahlungsquelle 2 mittels der Steuereinheit 6 beim Einleiten des vorstehend mehrfach geschilderten Messvorgangs um einen vorgegebenen Faktor reduziert werden, z. B. um den Faktor 100. Alternativ ist es möglich, die Verstärkung des vom Empfängerelement 5 bei der entsprechenden Ausrichtung des Lichtstrahls 3 empfangenen Signals durch eine elektrische Umschaltung um einen vorgegebenen Faktor, z. B. um den Faktor 100, zu reduzieren. Hierzu kann die Strahlenintensität durch einen einschwenkbaren Filter oder eine Blende, die im Strahlengang angeordnet sind, um den vorgegebenen Faktor reduziert werden. Dieser in der Figur nicht gezeigte Filter bzw. diese in der Figur nicht gezeigte Blende ist im Bereich der Strahlungsquelle 2 bzw. deren Optik oder Linse angeordnet, und zwar vorzugsweise in einem hier gebildeten abgeschlossenen Bereich. Hierdurch kann eine Verschmutzung des Filters bzw. der Blende vermieden werden.Because the receiver element 5 of the optical sensor according to the invention 1 due to the normal operation of the optical sensor 1 indirect particle measurement has a comparatively high sensitivity, can not be excluded that the receiver element 5 at the direct incidence of the light beam 3 is overridden in the predetermined angle of incidence. To prevent this, the radiation power of the radiation source 2 by means of the control unit 6 be reduced by a predetermined factor when initiating the above-described measurement process, z. By a factor of 100. Alternatively, it is possible to increase the gain of the receiver element 5 at the appropriate orientation of the light beam 3 received signal by an electrical switching by a predetermined factor, for. B. by a factor of 100, to reduce. For this purpose, the radiation intensity can be reduced by the predetermined factor by means of a pivotable filter or a diaphragm arranged in the beam path. This filter, not shown in the figure, or the aperture not shown in the figure, is in the region of the radiation source 2 or their optics or lens arranged, preferably in a closed area formed here. As a result, contamination of the filter or the diaphragm can be avoided.

Der Messvorgang, bei dem der Lichtstrahl 3 unmittelbar auf das Empfängerelement 5 in dem vorgegebenen Einfallswinkel auftrifft, wird zweckmäßigerweise lediglich in einem bestimmten Temperaturbereich, z. B. zwischen 18 Grad C und 24 Grad C, durchgeführt. Hierdurch können Kalibrierfehler aufgrund von Temperaturabhängigkeiten bestimmter Bauteile des optischen Sensors 1 umgangen werden.The measuring process in which the light beam 3 directly on the receiver element 5 impinges in the predetermined angle of incidence is expediently only in a certain temperature range, for. B. between 18 degrees C and 24 degrees C. As a result, calibration errors due to temperature dependencies of certain components of the optical sensor 1 to be bypassed.

Des Weiteren wird bei diesem Messvorgang durch Erfassung der Temperatur und der Feuchte sichergestellt, dass der Messvorgang nur dann realisiert wird, wenn die Gefahr der Betauung einzelner Komponenten des optischen Sensors 1 nicht vorliegt.Furthermore, it is ensured by measuring the temperature and humidity in this measurement process that the measurement process is only realized if the risk of condensation of individual components of the optical sensor 1 not available.

Die vorstehend mehrfach erwähnten Stellantriebe der Strahlungsquelle 2 und/oder des Empfängerelements 5 des optischen Sensors 1 sind als Motoren, Servos, Elektromagnete, Memorymetalle, Bimetalle, Piezoantriebe, Hydraulikeinheiten etc. ausbildbar. Zur Überwachung der Verstellung der Strahlungsquelle 2 und des Empfängerelements 5 des optischen Sensors 1 können geeignete Sensoren, wie Drehwinkelsensoren auf Rollbasis, Endschalter, Reedkontakte, optische Drehwinkel- und Positionssensoren etc. verwendet werden.The above-mentioned actuators of the radiation source 2 and / or the receiver element 5 of the optical sensor 1 can be designed as motors, servos, electromagnets, memory metals, bimetals, piezo drives, hydraulic units, etc. To monitor the adjustment of the radiation source 2 and the receiver element 5 of the optical sensor 1 Suitable sensors such as roll-based rotation angle sensors, limit switches, reed contacts, optical rotation angle and position sensors, etc. may be used.

Die im Normalbetrieb des optischen Sensors 1 durch die Strahlungsquelle 2 und das Empfängerelement 5 einzunehmenden bzw. für diese vorgesehenen Positionen können durch in der Figur nicht gezeigte Federeinheiten definiert werden. Lediglich im Falle der Verschwenkung der Strahlungsquelle 2 bzw. des Empfängerelements 5 des optischen Sensors ist somit die Aufbringung von Energie erforderlich.The normal operation of the optical sensor 1 through the radiation source 2 and the receiver element 5 to be taken or intended for these positions can be defined by spring units, not shown in the figure. Only in the case of pivoting the radiation source 2 or the receiver element 5 The optical sensor thus requires the application of energy.

Claims (14)

Optischer Sensor mit einer Strahlungsquelle (2), der eine Optik zugehörig und mittels der ein Lichtstrahl (3) abstrahlbar ist, und einem Empfängerelement (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Empfängerelement (5) so zu dem von der Strahlungsquelle (2) abstrahlbaren Lichtstrahl (3) angeordnet ist, dass kein direktes Licht des Lichtstrahls (3), sondern nur von im Lichtstrahl (3) befindlichen Partikeln zum Empfängerelement (5) reflektiertes Licht auf das Empfängerelement (5) auftrifft.Optical sensor with a radiation source ( 2 ) associated with an optic and by means of a light beam ( 3 ) is radiatable, and a receiver element ( 5 ), characterized in that the receiver element ( 5 ) to that of the radiation source ( 2 ) radiatable light beam ( 3 ) is arranged such that no direct light of the light beam ( 3 ), but only in the light beam ( 3 ) particles to the receiver element ( 5 ) reflected light on the receiver element ( 5 ). Optischer Sensor nach Anspruch 1, bei dem das Empfängerelement (5) parallel zu einer Strahlungsmittelachse (4) des von der Strahlungsquelle (2) abstrahlbaren Lichtstrahls (3) angeordnet ist.Optical sensor according to Claim 1, in which the receiver element ( 5 ) parallel to a beam center axis ( 4 ) of the radiation source ( 2 ) radiatable light beam ( 3 ) is arranged. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem senkrecht zum Lichtstrahl (3) durch diesen hindurch mit Partikeln befrachtete Luft leitbar ist.Optical sensor according to claim 1 or 2, in which perpendicular to the light beam ( 3 ) is guided through this particle-laden air. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Steuereinheit (6), mittels der die Strahlungsquelle (2) und/oder das Empfängerelement (5) so verstellbar ist bzw. sind, dass der von der Strahlungsquelle (2) abgestrahlte Lichtstrahl (3) in einstellbaren Einfallswinkeln auf das Empfängerelement (5) richtbar ist.Optical sensor according to one of claims 1 to 3, with a control unit ( 6 ), by means of which the radiation source ( 2 ) and / or the receiver element ( 5 ) is or is adjustable so that the of the radiation source ( 2 ) radiated light beam ( 3 ) at adjustable angles of incidence on the receiver element ( 5 ) is directable. Optischer Sensor nach Anspruch 4, in dessen Steuereinheit (6) für einen vorgebbaren Einfallswinkel des Lichtstrahls (3) auf das Empfängerelement (5) ein für einen unverschmutzten und neuwertigen optischen Sensor (1) geltender Sollwert abgespeichert ist, ein nach einer vorgebbaren Einsatzdauer des optischen Sensors (1) für den vorgebbaren Einfallswinkel des Lichtstrahls (3) auf das Empfängerelement (5) aktueller Istwert erfassbar ist und aus dem Vergleich des Sollwerts mit dem aktuellen Istwert ein Korrekturwert für den Ausgabewert des optischen Sensors (1) errechenbar ist.Optical sensor according to claim 4, in its control unit ( 6 ) for a predefinable angle of incidence of the light beam ( 3 ) on the receiver element ( 5 ) for an unpolluted and mint optical sensor ( 1 ) is stored, after a predetermined period of use of the optical sensor ( 1 ) for the predefinable angle of incidence of the light beam ( 3 ) on the receiver element ( 5 ) current actual value can be detected and from the comparison of the desired value with the current actual value, a correction value for the output value of the optical sensor ( 1 ) is calculable. Optischer Sensor nach Anspruch 5, bei dem in der Steuereinheit (6) des optischen Sensors (1) der Ausgabewert desselben auf der Grundlage des Korrekturwerts anpassbar ist.An optical sensor according to claim 5, wherein in the control unit ( 6 ) of the optical sensor ( 1 ) the output value thereof is adaptable based on the correction value. Optischer Sensor nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Abstrahlleistung der Strahlungsquelle (2) des optischen Sensors (1) mittels der Steuereinheit (6) entsprechend dem Korrekturwert nachführ- bzw. einstellbar ist. An optical sensor according to claim 5 or 6, wherein the radiation power of the radiation source ( 2 ) of the optical sensor ( 1 ) by means of the control unit ( 6 ) is nachführ- or adjustable according to the correction value. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, der eine der Strahlungsquelle (3) und/oder dem Empfängerelement (5) zugeordnete Reinigungsvorrichtung aufweist, die mittels der Steuereinheit (6) in Betrieb setzbar ist, wenn der Korrekturwert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.Optical sensor according to one of Claims 5 to 7, which is one of the radiation sources ( 3 ) and / or the receiver element ( 5 ) associated cleaning device, which by means of the control unit ( 6 ) can be put into operation when the correction value exceeds a predefinable threshold. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dessen Steuereinheit (6) den Korrekturwert an eine übergeordnete Steuervorrichtung und/oder an eine Signalvorrichtung weiterleitet.Optical sensor according to one of claims 5 to 8, whose control unit ( 6 ) forwards the correction value to a higher-level control device and / or to a signaling device. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, mittels dessen Steuereinheit (6) die Abstrahlleistung der Strahlungsquelle (2), z. B. um einen Faktor 100, reduzierbar ist, bevor die Strahlungsquelle (2) und/oder das Empfängerelement (5) so verstellt werden, dass der von der Strahlungsquelle (2) abgestrahlte Lichtstrahl in dem vorgebbaren Einfallswinkel auf das Empfängerelement (5) trifft.Optical sensor according to one of claims 5 to 9, by means of its control unit ( 6 ) the radiation power of the radiation source ( 2 ), z. B. by a factor of 100, before the radiation source ( 2 ) and / or the receiver element ( 5 ) are adjusted so that that of the radiation source ( 2 ) emitted light beam in the predetermined angle of incidence on the receiver element ( 5 ) meets. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem dem Empfängerelement (5) bzw. der Steuereinheit (6) eine Umschalt- oder Reduzierstufe zugeordnet ist, mittels der das vom Empfängerelement (5) empfangene Signal, z. B. um einen Faktor 100, reduzierbar ist.Optical sensor according to one of Claims 5 to 10, in which the receiver element ( 5 ) or the control unit ( 6 ) is associated with a switching or Reduzierstufe, by means of which of the receiver element ( 5 ) received signal, z. B. by a factor of 100, can be reduced. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dessen Umschalt- oder Reduzierstufe als einschwenkbarer Filter oder als Blende ausgebildet ist, wobei der Filter bzw. die Blende in einem vorzugsweise abgeschlossenen Bereich zwischen der Strahlungsquelle (2) und einer der Strahlungsquelle (2) zugeordneten Linse angeordnet sind.Optical sensor according to claim 1, whose switching or Reduzierstufe is designed as einschwenkbarer filter or as a diaphragm, wherein the filter or the aperture in a preferably closed area between the radiation source ( 2 ) and one of the radiation sources ( 2 ) associated lens are arranged. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Strahlungsquelle (2) und/oder das Empfängerelement (5) im normalen Messbetrieb des optischen Sensors (1) mittels Federelementen in ihre Betriebsstellungen vorgespannt sind.Optical sensor according to one of Claims 1 to 12, in which the radiation source ( 2 ) and / or the receiver element ( 5 ) in normal measuring operation of the optical sensor ( 1 ) are biased by spring elements in their operating positions. Verfahren zum Betrieb eines optischen Sensors (1), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem zur Messung der in einem Luftvolumen vorhandenen Partikelmenge nur von im Luftvolumen vorhandenen Partikeln auf ein außerhalb eines Lichtstrahls einer Strahlungsquelle (2) des optischen Sensors angeordnetes Empfängerelement (5) reflektiertes Licht erfasst wird.Method for operating an optical sensor ( 1 ), preferably according to one of claims 1 to 13, in which, for measuring the amount of particles present in an air volume, only particles present in the air volume are irradiated to an outside of a light beam of a radiation source ( 2 ) of the optical sensor ( 5 ) reflected light is detected.
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