DE102016203015A1 - Device, mobile terminal and method for detecting particles in a fluid - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Partikeln in einem Fluid. Die Vorrichtung ist ausgebildet mit: einer Messkammer (12); einer Bereitstellungseinrichtung (14), welche dazu ausgelegt ist, einen Lichtstrahl (51) derart bereitzustellen, dass der bereitgestellte Lichtstrahl (51) in die Messkammer (12) eintritt; einer Erfassungseinrichtung (16), welche dazu ausgelegt ist, an den Partikeln (2) in der Messkammer (12) gestreute Lichtstrahlen (52) zu erfassen und darauf basierend ein Erfassungssignal zu erzeugen; und einer Fluidführungseinrichtung (18), mittels welcher das Fluid (1) durch eine Bewegung der Vorrichtung (10) in die Vorrichtung (10) einbringbar und durch die Messkammer (12) hindurchleitbar ist.The invention provides a method and apparatus for detecting particles in a fluid. The device is formed with: a measuring chamber (12); a supply device (14) which is designed to provide a light beam (51) such that the provided light beam (51) enters the measuring chamber (12); a detection device (16) which is designed to detect light beams (52) scattered on the particles (2) in the measuring chamber (12) and to generate a detection signal based thereon; and a fluid guiding device (18), by means of which the fluid (1) can be introduced into the device (10) by a movement of the device (10) and can be conducted through the measuring chamber (12).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein mobiles Endgerät und ein Verfahren, jeweils zum Detektieren von Partikeln in einem Fluid, insbesondere von Partikeln in einem die Vorrichtung bzw. das mobile Endgerät umgebenden Fluid. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein Gas, besonders bevorzugt um Luft, handeln.The present invention relates to a device, a mobile terminal and a method, each for detecting particles in a fluid, in particular of particles in a fluid surrounding the device or the mobile terminal. The fluid may in particular be a gas, more preferably air.
Stand der TechnikState of the art
Die Bestimmung einer Partikelkonzentration, insbesondere einer Feinpartikelkonzentration in der Luft ist eine Aufgabe mit stetig wachsender Bedeutung. In vielen großen Städten stehen große Geräteeinheiten, welche die Luftqualität im Allgemeinen und die Partikelkonzentration im Speziellen bestimmen. Bei der gemessenen Partikelkonzentration kann es sich insbesondere um Feinstaub mit dem PM-Wert 2.5 handeln. Es besteht Bedarf nach einem günstigen und verlässlichen Messgerät zum Bestimmen der Luftqualität, insbesondere wenn beispielsweise keine offiziellen Messungen mit ausreichender Verlässlichkeit zur Verfügung stehen.The determination of a particle concentration, in particular a fine particle concentration in the air is a task of ever increasing importance. Many large cities have large units of equipment that determine air quality in general and particle concentration in particular. The measured particle concentration may in particular be particulate matter with the PM value 2.5. There is a need for a convenient and reliable meter for determining air quality, especially if, for example, no official measurements with sufficient reliability are available.
Eine bekannte Technik zum Detektieren von Partikeln basiert auf Beleuchten des Fluids mit den zu detektierenden Partikeln mittels eines Lichtstrahls und Erfassen des Streulichts an den Staubpartikeln mittels einer Photodiode. Herkömmlicherweise wird Umgebungsluft aktiv durch den detektierenden Lichtstrahl hindurchgeleitet. Das Durchleiten der Umgebungsluft durch den Lichtstrahl erfolgt üblicherweise durch Erzeugen eines Luftstroms mittels eines Lüfters. A known technique for detecting particles is based on illuminating the fluid with the particles to be detected by means of a light beam and detecting the scattered light on the dust particles by means of a photodiode. Conventionally, ambient air is actively passed through the detecting light beam. The passage of the ambient air through the light beam is usually carried out by generating an air flow by means of a fan.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung, ein mobiles und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.The present invention discloses a device, a mobile and a method having the features of the independent claims.
Demgemäß ist eine Vorrichtung zum Detektieren von Partikeln in einem Fluid vorgesehen, mit: einer Messkammer; einer Bereitstellungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Lichtstrahl derart bereitzustellen, dass der bereitgestellte Lichtstrahl in die Messkammer eintritt; eine Erfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, an den Partikeln in der Messkammer getreute, insbesondere reflektierte, Lichtstrahlen zu erfassen und darauf basierend ein Erfassungssignal zu erzeugen; und einer Fluidführungseinrichtung, mittels welcher das Fluid durch eine Bewegung der Vorrichtung in die Vorrichtung einbringbar und durch die Messkammer hindurch leitbar ist. Vorzugsweise ist das Fluid nach dem Hindurchleiten durch die Messkammer durch die Fluidführungseinrichtung auch aus der Vorrichtung ausleitbar.Accordingly, there is provided an apparatus for detecting particles in a fluid, comprising: a measuring chamber; a delivery device configured to provide a light beam such that the provided light beam enters the measurement chamber; a detection device which is designed to detect the light beams scattered on the particles in the measuring chamber, in particular reflected, and to generate a detection signal based thereon; and a fluid guiding device, by means of which the fluid can be introduced into the device by a movement of the device and can be conducted through the measuring chamber. Preferably, after passing through the measuring chamber, the fluid can also be diverted out of the device by the fluid guiding device.
Unter einer Bewegung der Vorrichtung ist insbesondere ein Bewegen der Vorrichtung als Ganzes zu verstehen, beispielsweise ein Schwenken eines mobilen Endgeräts, in welches die Vorrichtung eingebaut ist. Die Fluidführungseinrichtung kann insbesondere so ausgebildet sein, dass durch manuelles Bewegen, zum Beispiel Schwenken, der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das die Vorrichtung umgebende Fluid in die Vorrichtung eintritt und durch die Messkammer hindurch geleitet wird.A movement of the device is to be understood in particular as a movement of the device as a whole, for example pivoting of a mobile terminal in which the device is installed. In particular, the fluid guiding device can be designed such that, by manually moving, for example pivoting, the device according to the invention, the fluid surrounding the device enters the device and is guided through the measuring chamber.
Die Erfindung stellt weiterhin ein mobiles Endgerät mit einer darin eingebauten oder integrierten erfindungsgemäßen Vorrichtung bereit. Bei dem mobilen Endgerät kann es sich insbesondere um ein Tablet oder ein Smartphone handeln. The invention further provides a mobile terminal with a built-in or integrated device according to the invention. The mobile terminal may in particular be a tablet or a smartphone.
Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Partikeln in einem Fluid bereit, mit den Schritten: Bereitstellen eines Lichtstrahls derart, dass der bereitgestellte Lichtstrahl in eine Messkammer eintritt; Bewegen der Messkammer relativ zu dem Fluid, um das Fluid durch die Messkammer hindurch zu leiten; Erfassen von an den Partikeln in dem hindurchgeleiteten Fluid in der Messkammer gestreuten, insbesondere reflektierten, Lichtstrahlen; Erzeugen eines Erfassungssignals basierend auf den erfassten getreuten Lichtstrahlen; und Detektieren der Partikel basierend auf dem erzeugten Erfassungssignal. Furthermore, the invention provides a method for detecting particles in a fluid, comprising the steps of: providing a light beam such that the provided light beam enters a measuring chamber; Moving the measuring chamber relative to the fluid to direct the fluid through the measuring chamber; Detecting, in particular reflected, light rays scattered on the particles in the passed-through fluid in the measuring chamber; Generating a detection signal based on the detected scattered light beams; and detecting the particles based on the generated detection signal.
Unter einem Detektieren der Partikel ist insbesondere ein Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Partikel zu verstehen, wobei die mindestens eine Eigenschaft beispielsweise eine Anzahl und/oder Konzentration der Partikel in dem Fluid, eine Größe der Partikel und/oder ein Vorhandensein der Partikel in dem Fluid sein kann.Detecting the particles means in particular determining at least one property of the particles, wherein the at least one property is for example a number and / or concentration of the particles in the fluid, a size of the particles and / or a presence of the particles in the fluid can.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft ohne eine aktive Fluidbewegungsvorrichtung, zum Beispiel einen Lüfter, ausbildbar und ist besonders bevorzugt ohne jegliche beweglichen Teile ausbildbar. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut miniaturisierbar und besonders langlebig. Durch ihre geringe Mindestgröße kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise in ein Smartphone oder ein von einem Menschen, insbesondere ohne größeren Aufwand, tragbares Gerät integriert werden und so besonders vielseitig einsetzbar sein. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen besonders geringen Strombedarf auf. The device according to the invention can advantageously be embodied without an active fluid movement device, for example a fan, and is particularly preferably designed without any moving parts. As a result, the device according to the invention is particularly easy to miniaturize and very durable. Due to its small minimum size, the device according to the invention can advantageously be integrated into a smartphone or a device that can be used by a human, in particular without much effort, and thus be particularly versatile. Furthermore, the device according to the invention has a particularly low power requirement.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine Recheneinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Partikel basierend auf dem erzeugten Erfassungssignal zu detektieren und darauf basierend ein Ausgabesignal zu erzeugen. Somit kann eine externe Recheneinrichtung unnötig sein.According to a further preferred development, the device comprises a computing device which is designed to detect the particles based on the generated detection signal and to generate an output signal based thereon. Thus, an external computing device may be unnecessary.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Sensoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Bewegungsparameter einer Bewegung der Vorrichtung zu erfassen und darauf basierend ein Sensorsignal zu erzeugen. Bei der Bewegung kann es sich insbesondere um eine Bewegung handeln, mittels welcher das Fluid durch die Messkammer hindurch geleitet wird. Die Recheneinrichtung kann dazu ausgelegt sein, die Partikel zusätzlich in Abhängigkeit von dem Sensorsignal zu detektieren. Durch die Bewegungsparameter, beispielsweise eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung kann ein Fluidstrom des Fluids durch die Messkammer besonders präzise ermittelbar sein, wodurch die Partikel noch präziser detektiert werden können.According to a preferred development, the device according to the invention comprises a sensor device which is designed to detect a movement parameter of a movement of the device and to generate a sensor signal based thereon. The movement may in particular be a movement by means of which the fluid is passed through the measuring chamber. The computing device can be designed to additionally detect the particles as a function of the sensor signal. By means of the movement parameters, for example a movement speed and / or a direction of movement, a fluid flow of the fluid through the measuring chamber can be determined particularly precisely, as a result of which the particles can be detected even more precisely.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Recheneinrichtung dazu ausgelegt, basierend auf mindestens einer zeitlichen Lichtintensitätsfunktion mindestens eines gestreuten Lichtstrahls eine Durchflussgeschwindigkeit der Partikel durch die Messkammer zu ermitteln und die Partikel zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Durchflussgeschwindigkeit zu detektieren. Insbesondere kann die Recheneinrichtung dazu ausgelegt sein, eine Konzentration der Partikel in dem Fluid basierend auf der ermittelten Durchflussgeschwindigkeit und einer auf dem Erfassungssignal basierenden Anzahl von Reflexionsereignissen pro Zeiteinheit zu berechnen.According to a further preferred refinement, the computing device is designed to determine a flow velocity of the particles through the measuring chamber based on at least one temporal light intensity function of at least one scattered light beam and to additionally detect the particles as a function of the determined flow velocity. In particular, the computing device may be configured to calculate a concentration of the particles in the fluid based on the determined flow rate and a number of reflection events based on the detection signal per unit time.
Die Recheneinrichtung kann außerdem dazu ausgelegt sein, basierend auf dem Sensorsignal und der ermittelten Durchflussgeschwindigkeit einen Windanteil und einen auf die Bewegung der Vorrichtung zurückgehenden Anteil der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die Messkammer zu ermitteln und darauf basierend die Partikel zu detektieren. Hierdurch können die Partikel noch genauer detektiert werden.The computing device may also be designed to determine, based on the sensor signal and the determined flow rate, a proportion of wind and a proportion of the flow rate of the fluid through the measuring chamber that is based on the movement of the device and to detect the particles based thereon. As a result, the particles can be detected even more accurately.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Hinweiseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von zumindest dem Sensorsignal ein Hinweissignal zu erzeugen und das Hinweissignal einem Nutzer der Vorrichtung bereitzustellen; wobei das Hinweissignal angibt, wie die Vorrichtung durch den Nutzer zu bewegen ist, um das Fluid in die Vorrichtung einzubringen und durch die Messkammer hindurchzuleiten.According to a further preferred embodiment, the device according to the invention comprises an indication device, which is designed to generate a notification signal in dependence on at least the sensor signal and to provide the indication signal to a user of the device; wherein the indication signal indicates how the device is to be moved by the user to introduce the fluid into the device and to pass it through the measuring chamber.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Fluidführungseinrichtung mindestens eine Umlenkeinheit auf, welche dazu ausgelegt ist, das Fluid vor dem Eintritt in die Messkammer und/oder nach dem Austritt aus der Messkammer umzulenken. Hierdurch kann beispielsweise Umgebungslicht von der Erfassungseinrichtung ferngehalten werden. Optional kann durch die mindestens eine Umlenkeinheit auch eine Eintritts- und/oder Austrittsöffnung der Fluideinrichtung an einer besonders günstigen Stelle an einer Außenseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen mobilen Endgeräts angeordnet werden.According to a further preferred refinement, the fluid guiding device has at least one deflecting unit which is designed to divert the fluid before it enters the measuring chamber and / or after it leaves the measuring chamber. As a result, for example, ambient light can be kept away from the detection device. Optionally, by means of the at least one deflecting unit, an inlet and / or outlet opening of the fluid device can also be arranged at a particularly favorable location on an outside of the device according to the invention or of the mobile terminal according to the invention.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Fluidführungseinrichtung in einem Bereich um die Messkammer symmetrisch bezüglich der Messkammer ausgebildet, insbesondere spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene, welche die Messkammer durchquert und/oder punktsymmetrisch, insbesondere bezüglich eines Punkts, welcher in der Messkammer liegt. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass das Fluid bei einem Hin- und Herschwenken der Vorrichtung, insbesondere der Messkammer der Vorrichtung, in beiden Richtungen durch die Messkammer durchleitbar ist. Hierdurch kann die Anzahl von Messungen pro Zeiteinheit erhöht, beispielsweise verdoppelt werden.According to a further preferred development, the fluid guiding device is formed symmetrically with respect to the measuring chamber in a region around the measuring chamber, in particular mirror-symmetrically with respect to a plane which traverses the measuring chamber and / or is point-symmetrical, in particular with respect to a point which lies in the measuring chamber. In this way, it can be achieved, for example, that the fluid can be transmitted through the measuring chamber in both directions when the device, in particular the measuring chamber, of the device is pivoted back and forth. As a result, the number of measurements per unit of time can be increased, for example doubled.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen mobilen Endgeräts ist eine erste Öffnung der Fluidführungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung des erfindungsgemäßen mobilen Endgeräts an einer ersten Außenseite des mobilen Endgeräts ausgebildet und eine zweite Öffnung der Fluidführungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung des erfindungsgemäßen mobilen Endgeräts an einer zweiten Außenseite des mobilen Endgeräts ausgebildet, wobei die erste Außenseite von der zweiten Außenseite verschieden ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Benutzer besonders einfach durch Bewegen, zum Beispiel Schwenken, des mobilen Endgeräts das Fluid mit den zu detektierenden Partikeln in die Messkammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung des erfindungsgemäßen mobilen Endgeräts einbringen kann. Insbesondere kann bewerkstelligt werden, dass der Benutzer des mobilen Endgeräts keine spezielle Bewegung zum Detektieren der Partikel durchführen muss, sondern dass dies bereits durch einen Großteil der üblichen Bewegungen bei einer üblichen Nutzung des mobilen Endgeräts von selbst erfolgt.According to a further preferred development of the mobile terminal according to the invention, a first opening of the fluid guiding device of the device according to the invention of the mobile terminal is formed on a first outer side of the mobile terminal and a second opening of the fluid guiding device of the inventive device of the mobile terminal according to the invention on a second outer side of the mobile terminal formed, wherein the first outer side is different from the second outer side. In this way, it can be achieved that a user can bring in the fluid with the particles to be detected into the measuring chamber of the device according to the invention of the mobile terminal according to the invention particularly simply by moving, for example pivoting, the mobile terminal. In particular, it can be accomplished that the user of the mobile terminal does not have to perform any special movement for detecting the particles, but that this is already done by a large part of the usual movements in a conventional use of the mobile terminal itself.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt: Erfassen eines Bewegungsparameters des Bewegens der Messkammer relativ zu dem Fluid. Das Detektieren der Partikel kann zusätzlich basierend auf dem erfassten Bewegungsparameter erfolgen. According to a preferred development, the method according to the invention comprises the step: detecting a movement parameter of the movement of the measuring chamber relative to the fluid. The detection of the particles can additionally take place on the basis of the detected motion parameter.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird zum Erfassen des Bewegungsparameters ein Beschleunigungssensor eines mobilen Endgeräts verwendet. Somit kann das Verfahren ohne zusätzliche Hardwareanforderungen verbessert werden.According to a further preferred refinement, an acceleration sensor of a mobile terminal is used for detecting the movement parameter. Thus, the method can be improved without additional hardware requirements.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The present invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic figures of the drawings. Show it:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts Anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and, in particular, should not, unless otherwise specified, imply a specific chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Erfassungseinrichtung
Der Lichtstrahl
Der Lichtstrahl
Die Fluidführungseinrichtung
Alternativ kann die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Eine Erfassungseinrichtung
Die den bereitgestellten Lichtstrahl
Die Struktur des Peaks
Die Bereitstellungseinrichtung
Die Halbwertsbreite
Die Recheneinrichtung
Basierend auf z.B. der Recheneinrichtung
Die Vorrichtung
Die Sensoreinrichtung
Die Recheneinrichtung
Insbesondere können, wenn das Fluid Umgebungsluft ist, ein Windanteil und ein Bewegungsanteil der Durchflussgeschwindigkeit der Umgebungsluft als Fluid
Die Höhe
Die Vorrichtung
Das Hinweissignal
Die Fluidführungseinrichtung
In
Bei der Vorrichtung
In einem ersten Schritt S01 wird ein Lichtstrahl
In einem Schritt S03 werden an den Partikeln
In einem optionalen Schritt S06 wird ein Bewegungsparameter des Bewegens S02 der Messkammer
Das Detektieren S05 kann zusätzlich oder alternativ erfolgen, wie in Bezug auf die Vorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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