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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelmessvorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Partikelgröße von Partikeln in einem Aerosol.
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Stand der Technik
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Dieselmotoren werden sowohl in Nutzfahrzeugen als auch in Personenkraftwagen eingesetzt. Aus Umweltschutzgründen soll dabei der Schadstoffausstoß der Dieselmotoren minimiert werden. Um die Funktionsfähigkeit der dabei eingesetzten Systeme zu überprüfen, sind in vielen Ländern gesetzlich regelmäßige Abgasuntersuchungen vorgeschrieben. Bei diesen Abgasuntersuchungen erfolgt unter anderem eine Überprüfung der Ruß- und Partikelemission. Dies geschieht gegenwärtig mittels Opazimetern. Hierbei wird die optische Schwächung eines Lichtstrahls durch eine mit dem Messgas gefüllte Kammer gemessen und der Messwert als Opazität oder Trübungskoeffizient ausgegeben.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 006 368 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abgastrübung von Dieselfahrzeugen. Hierzu wird insbesondere ein Opazimeter vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist dauerhaft an den Abgasstrang des Fahrzeugs angrenzend installiert.
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Im Zuge von Weiterentwicklungen der Messtechnik und der aktuellen Diskussion über eine Verschärfung von Grenzwerten besteht darüber hinaus ein großes Interesse an zusätzlichen Informationen über die im Abgas enthaltenen Partikel.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Partikelmessvorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Bestimmung einer Partikelgröße gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 8.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Partikelmessvorrichtung mit einer Partikelmesskammer, einer ersten Lichtquelle, einer zweiten Lichtquelle, einem Lichtsensor und einer Auswerteeinrichtung. Die Partikelmesskammer ist dabei von einem Aerosol durchströmbar. Die erste Lichtquelle ist dazu ausgelegt, einen ersten Lichtstrahl mit einer ersten Wellenlänge in Richtung der Partikelmesskammer auszusenden. Die zweite Lichtquelle ist dazu ausgelegt, einen zweiten Lichtstrahl mit einer zweiten Wellenlänge in Richtung der Partikelmesskammer auszusenden. Die erste Wellenlänge des ersten Lichtstrahls ist dabei von der zweiten Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls verschieden. Der Lichtsensor ist dazu ausgelegt, den durch die Partikelmesskammer transmittierten Anteil des ersten Lichtstrahls und den durch die Partikelmesskammer transmittierenden Anteil des zweiten Lichtstrahls zu erfassen. Der Lichtsensor ist ferner dazu ausgelegt, ein zu einer Intensität des erfassten transmittierten Anteils des ersten Lichtstrahls korrespondierendes Ausgangssignal bereitzustellen. Weiterhin ist der Lichtsensor dazu ausgelegt, ein zu einer Intensität des erfassten transmittierten Anteils des zweiten Lichtstrahls korrespondierendes zweites Ausgangssignal bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, basierend auf dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal des Lichtsensors eine zu einer Partikelgröße von Partikeln in dem Aerosol korrespondierende Größe zu bestimmen und auszugeben.
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Weiterhin ist vorgesehen:
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Ein Verfahren zur Bestimmung einer Partikelgröße von Partikeln in einem Aerosol mit den Schritten des Aussendens eines ersten Lichtstrahls mit einer ersten Wellenlänge durch eine mit dem Aerosol durchströmte Partikelmesskammer, des Erfassens einer ersten Intensität eines durch Partikelmesskammer transmittierten Anteils des ersten Lichtstrahls; des Aussendens eines zweiten Lichtstrahls mit einer zweiten Wellenlänge durch die Partikelmesskammer; des Erfassens einer zweiten Intensität eines durch die Partikelmesskammer transmittierten Anteils des zweiten Lichtstrahls; und des Ermittelns einer zu der Partikelgröße des Aerosols korrespondierenden Größe basierend auf der erfassten ersten Intensität und der erfassten zweiten Intensität der durch die Partikelmesskammer transmittierten Anteile des ersten und zweiten Lichtstrahls.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine konventionelle Trübungsmessung von Aerosolen, wie beispielsweise Abgase eines Dieselfahrzeugs, nur eine begrenzte Aussage über die charakterisierenden Größen der in dem Aerosol enthaltenen Partikel liefert. Eine weitergehende Analyse von Aerosolen zur Klassifizierung der darin enthaltenen Partikel mit konventionellen Methoden ist darüber hinaus relativ komplex und erfordert daher hohe Kosten. Der hohe Preis und der große Wartungsaufwand derartiger konventioneller Geräte, sowie die geringe Robustheit verhindern daher gegenwärtig noch den Einsatz von komplexeren Partikelzählern im Werkstattbereich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine einfache, kostengünstige und robuste Partikelmessung von Aerosolen, wie zum Beispiel Abgasen eines Dieselfahrzeugs, bereitzustellen. Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Beobachtung zugrunde, dass der Anteil des transmittierenden Lichts durch eine mit einem Aerosol gefüllte Partikelmesskammer für verschiedene Wellenlängen des Lichts in Abhängigkeit von den die Partikel charakterisierenden Größen variiert. Mit anderen Worten, wird eine Partikelmesskammer von Licht zweierlei Wellenlänge durchstrahlt, so ist der Anteil des transmittierenden Lichts in Abhängigkeit von Partikelgröße, Partikelkonzentration und/oder Partikelmasse unterschiedlich.
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Daher kann aus dem Verhältnis der Dämpfung des Lichts, welches eine mit einem Aerosol gefüllte Partikelmesskammer durchstrahlt, für zweierlei unterschiedliche Wellenlängen auf weitere, die Partikel des Aerosols charakterisierende Eigenschaften geschlossen werden. Die Variation des Trübungskoeffizienten der mit dem Aerosol gefüllten Messkammer in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts, welches die Messkammer durchstrahlt, ermöglicht somit auf einfache und kostengünstige Weise eine detailliertere Aussage über die charakteristischen Eigenschaften der in dem Aerosol enthaltenen Partikel.
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Gemäß einer Ausführungsform der Partikelmessvorrichtung umfasst die Auswerteeinrichtung eine Speichereinrichtung. Die Speichereinrichtung ist dazu ausgelegt, mindestens eine vorbestimmte Kennlinie für die Partikelgröße in Abhängigkeit von einem Verhältnis des ersten Ausgangssignals des Lichtsensors zum zweiten Ausgangssignal des Lichtsensors abzuspeichern. Die Auswerteeinrichtung kann daraufhin dazu ausgelegt sein, die Partikelgröße unter Verwendung der in der Speichereinrichtung gespeicherten Kennlinie zu bestimmen. Durch die Verwendung von zuvor abgespeicherten Kennlinien, welche die Partikelgröße in Abhängigkeit von einem unterschiedlichen Verhältnis der Lichttrübung durch das Aerosol in der Partikelmesskammer charakterisieren, kann auf einfache Weise ein von der Partikelgröße des Aerosols abhängiger Wert bestimmt werden. Darüber hinaus können in der Speichereinrichtung auch mehrere Kennlinien oder auch mehrdimensionale Kennlinien abgespeichert sein, die eine Bestimmung der Partikelgröße neben dem Verhältnis der erfassten Lichtintensitäten auch in Abhängigkeit von weiteren Parametern spezifizieren.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Partikelmessvorrichtung mindestens einen weiteren Sensor, der dazu ausgelegt ist, eine weitere Betriebsgröße zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung kann dabei dazu ausgelegt sein, die Partikelgröße unter Verwendung der erfassten weiteren Umgebungsgröße zu bestimmen. Insbesondere kann der weitere Sensor beispielsweise einen Drucksensor, einen Temperatursensor und/oder einen Volumenstromsensor für das durch die Partikelmesskammer strömende Aerosol umfassen. Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige präzise Bestimmung der Partikelgröße der in dem Aerosol enthaltenen Partikel auch bei variablen Umgebungsbedingungen möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED). Derartige lichtemittierende Dioden sind in der Regel sehr gut dazu geeignet, monochromatisches Licht einer vorgegebenen Wellenlänge zu emittieren. Dabei weisen die lichtemittierenden Dioden einen sehr guten Wirkungsgrad auf. Insbesondere kann es sich bei den Wellenlängen des Lichtes, welche durch die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle emittiert wird, um sichtbares Licht handeln. Darüber hinaus kann auch mindestens eine der Lichtquellen Licht im infraroten Wellenlängenbereich oder im ultravioletten Wellenlängenbereich emittieren. Die Wellenlänge des von der ersten Lichtquelle emittierten Lichtstrahls und des von der zweiten Lichtquelle emittierten Lichtstrahls unterscheiden sich dabei vorzugsweise signifikant. Beispielsweise kann die erste Lichtquelle Licht im blauen Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 400 und 450 nm emittieren. Die zweite Lichtquelle kann beispielsweise Licht im roten Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 700 und 750 bzw. 800 nm emittieren. Es ist aber auch möglich, dass mindestens eine Lichtquelle beispielsweise Licht im grünen Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 500 und 650 nm emittiert.
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Gemäß einer Ausführungsform senden die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle jeweils abwechselnd einen Lichtstrahl aus. Die von der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlen können dabei mit einem geeigneten Synchronisationssignal synchronisiert werden. Insbesondere ist es hierdurch möglich, das von dem Lichtsensor bereitgestellte Ausgangssignal und die von der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlen jeweils miteinander zu synchronisieren.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung der Partikelgröße in dem Aerosol umfasst das Verfahren einen Schritt zum Einleiten eines Kalibrieraerosols in die Partikelmesskammer. Das Kalibrieraerosol umfasst zum Beispiel Partikel einer vorbestimmten Partikelgröße. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Erfassen einer ersten Kalibrierintensität eines durch die Partikelmesskammer transmittierten Anteils des ersten Lichtstrahls, und das Erfassen einer zweiten Kalibrierintensität eines durch die Partikelmesskammer transmittierten Anteils des zweiten Lichtstrahls. Anschließend kann der Schritt zum Ermitteln der Partikelgröße der in dem Aerosol enthaltenen Partikel unter Verwendung der erfassten ersten und zweiten Kalibrierintensitäten erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind das Aussenden des ersten Lichtstrahls und das Erfassen der ersten Intensität, sowie das Aussenden des zweiten Lichtstrahls und das Erfassen der zweiten Intensität jeweils miteinander synchronisiert.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Partikelmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
- 2: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Partikelmessvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Partikelmessvorrichtung 1 umfasst eine Partikelmesskammer 20, die von einem Aerosol durchströmbar ist. Bei dem Aerosol, welches durch die Partikelmesskammer 20 strömt, kann es sich um ein Gas bzw. Gasgemisch handeln, in welchem Partikel enthalten sind. Beispielsweise kann es sich bei dem Aerosol um die Abgase eines Fahrzeugs, insbesondere um die Abgase eines Dieselfahrzeugs handeln. Die Partikelmesskammer 20 kann beispielsweise eine oder mehrere Einlassöffnungen 23 und eine oder mehrere Auslassöffnungen 24 umfassen. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel dient nur zur Veranschaulichung und soll keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung darstellen. Das Aerosol kann hierbei durch die Einlassöffnung 23 in die Partikelmesskammer 20 eingeleitet werden und durch die Auslassöffnungen 24 wieder aus der Partikelmesskammer 20 austreten. Vorzugsweise kann die Partikelmesskammer 20 mit einem konstanten Volumenstrom des Aerosols durchströmt werden.
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Die Partikelmesskammer 20 weist darüber hinaus mindestens zwei lichtdurchlässige Bereiche 21 und 22 auf. Die lichtdurchlässigen Bereiche 21 und 22 sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten der Partikelmesskammer 20 angeordnet.
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Weiterhin umfasst die Partikelmessvorrichtung 1 eine erste Lichtquelle 11 und eine zweite Lichtquelle 12. Die erste Lichtquelle 11 ist dazu ausgelegt, einen ersten Lichtstrahl mit einer vorbestimmten ersten Wellenlänge zu emittieren. Der erste Lichtstrahl der ersten Lichtquelle 11 ist von der Lichtquelle 11 in Richtung der eines ersten transparenten Bereichs in der Partikelmesskammer 20 ausgerichtet. Insbesondere kann der erste Lichtstrahl an dem ersten transparenten Bereich 21 in das Innere der Partikelmesskammer 20 hineintreten und an der gegenüberliegenden Seite an dem optisch transparenten zweiten Bereich 22 wieder aus dem Inneren der Partikelmesskammer 20 heraustreten. Dabei wird der erste Lichtstrahl durch das in der Partikelmesskammer 20 enthaltene Aerosol in seiner Intensität abgeschwächt. In dem Aerosol enthaltenen Partikel können den ersten Lichtstrahl teilweise absorbieren oder streuen. Daher wird nur ein Teil des ersten Lichtstrahls durch die Partikelmesskammer 20 hindurch transmittieren und wieder aus der Partikelmesskammer 20 austreten. Dieser transmittierende Anteil des ersten Lichtstrahls kann von einem Lichtsensor 30 erfasst werden. Der Lichtsensor 30 kann daraufhin ein zu der Intensität des erfassten durch die Partikelmesskammer transmittierten Anteils des ersten Lichtstrahls korrespondierendes Ausgangssignal bereitstellen. Hierzu ist der Lichtsensor auf der der ersten Lichtquelle 11 gegenüberliegenden Seite der Partikelmesskammer 20 angeordnet.
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Weiterhin umfasst die Partikelmessvorrichtung 1 eine zweite Lichtquelle 12, die dazu ausgelegt ist, einen zweiten Lichtstrahl zu emittieren. Dieser zweite Lichtstrahl weist eine von der ersten Wellenlänge des ersten Lichtstrahls verschiedene Wellenlänge auf. Auch der von der zweiten Lichtquelle 12 emittierte zweite Lichtstrahl ist, wie auch der erste Lichtstrahl, auf die Partikelmesskammer 20 gerichtet, tritt an dem ersten transparenten Bereich 21 in die Partikelmesskammer 20 ein, und der durch die Partikelmesskammer 20 transmittierende Anteil des zweiten Lichtstrahls tritt anschließend an dem zweiten transparenten Bereich 21 wieder vom Inneren der Partikelmesskammer 20 aus und trifft anschließend ebenfalls auf den Lichtsensor 30. Der Lichtsensor 30 ist dabei dazu ausgelegt, auch den durch die Partikelmesskammer 20 hindurch transmittierenden Anteil des zweiten Lichtstrahls zu erfassen und ein hierzu korrespondierendes zweites Ausgangssignal bereitzustellen.
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Die erste Lichtquelle 11 und die zweite Lichtquelle 12 können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl von einer gemeinsamen Lichtquelle emittiert werden, die dazu ausgelegt ist, zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen zu emittieren. Gegebenenfalls können die Wellenlängen des ersten Lichtstrahls und/oder des zweiten Lichtstrahls der ersten Lichtquelle 11 und/oder der zweiten Lichtquelle 12 anpassbar bzw. einstellbar sein.
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Bei der ersten Lichtquelle 11 und der zweiten Lichtquelle 12 kann es sich beispielsweise um eine lichtemittierende Diode (LED) oder ähnliches handeln. Hierbei sind für jede der Wellenlängen, welche die von den Lichtquellen 11, 12 emittiert werden, separate lichtemittierende Dioden möglich. Alternativ ist auch eine sogenannte Multicolor-LED möglich, Hierbei handelt es sich um eine einzelne lichtemittierende Diode, welche je nach Ansteuerung Licht unterschiedlicher Wellenlängen emittieren kann. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Lichtquellen möglicht, die dazu in der Lage sind, Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge zu emittieren. Beispielsweise kann als Lichtquelle 11 und/oder 12 auch eine Laserlichtquelle oder ähnliches vorgesehen sein.
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Die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls und die Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls können dabei beide im Bereich des sichtbaren Lichts zwischen 400 und 750 bzw. 400 und 800 nm liegen. Darüber hinaus können die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls und/oder die Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls auch im infraroten Lichtbereich oder im ultravioletten Lichtbereich liegen.
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Vorzugsweise liegen die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls und die Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls möglichst weit auseinander. Beispielsweise kann die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls im roten Wellenlängenbereich zwischen 800 und 700 nm bzw. 800 und 750 nm liegen, und die Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls im blauen Wellenlängenbereich zwischen 400 und 450 nm. Darüber hinaus sind jedoch auch beliebige andere Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen mit einem deutlichen Unterschied zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge möglich.
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Der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl können dabei beispielsweise von der entsprechenden Lichtquellen 11, 12 jeweils abwechselnd emittiert werden, so dass jeweils nur Licht der ersten Wellenlänge oder nur Licht der zweiten Wellenlänge durch die Partikelmesskammer 20 transmittiert. Das Aussenden des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls durch die erste Lichtquelle bzw. die zweite Lichtquelle und das Erfassen der durch die Partikelmesskammer 20 hindurch transmittierenden Anteile der Lichtstrahlen durch den Lichtsensor 30 können dabei mittels eines geeigneten Synchronisationssignals miteinander synchronisiert werden. Beispielsweise können die erste Lichtquelle 11 und die zweite Lichtquelle 12 von der Auswerteeinrichtung 40 ein entsprechendes Ansteuersignal empfangen und daraufhin jeweils den ersten Lichtstrahl bzw. den zweiten Lichtstrahl emittieren. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung 40 das erste Ausgangssignal, welches zu dem erfassten transmittierten ersten Anteil des ersten Lichtstrahls korrespondiert und das zweite Ausgangssignal des Lichtsensors, welches zu dem erfassten transmittierten Anteil des zweiten Lichtstrahls korrespondiert während der Zeit erfassen, während der die entsprechende Lichtquelle 11 bzw. 12 angesteuert wird. Auf diese Weise kann eine eindeutige Zuordnung der erfassten Ausgangssignale von dem Lichtsensor 30 zu den entsprechenden Wellenlängen der jeweiligen Lichtstrahlen erfolgen.
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Die Auswerteeinrichtung 40 kann daraufhin die Größe des ersten Ausgangssignals von dem Lichtsensor 30 mit der Größe des zweiten Ausgangssignals von dem Lichtsensor 30 vergleichen. Basierend auf dem Verhältnis der Größe des ersten Ausgangssignals zu der Größe des zweiten Ausgangssignals von dem Lichtsensor 30 kann die Auswerteeinrichtung 40 daraufhin ein Maß für die Partikelgröße der in dem durch die Partikelmesskammer 20 hindurchströmenden Partikel des Aerosols bestimmen.
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Hierzu kann die Auswerteeinrichtung 40 beispielsweise das Verhältnis des ersten Ausgangssignals zu dem zweiten Ausgangssignal berechnen und dieses berechnete Verhältnis mit einer zuvor ermittelten Kennlinie abgleichen. Eine solche zuvor ermittelte Kennlinie kann beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Auswerteeinrichtung 40 in Form einer Lookup-Tabelle oder ähnlichem abgespeichert sein. Beispielsweise kann für eine Vielzahl von unterschiedlichen Verhältnissen jeweils eine korrespondierende Partikelgröße in der Speichereinrichtung der Auswerteeinrichtung 40 hinterlegt sein. Alternativ kann die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Ausgangssignale von dem Lichtsensor 30 und der korrespondierenden Partikelgröße auch als Rechenvorschrift oder ähnliches abgespeichert sein.
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Ferner ist es auch möglich, vor der eigentlichen Messung durch die Partikelmessvorrichtung eine Kalibrierung durchzuführen. Hierzu wird ein Aerosol mit Partikeln einer vorbestimmten Größe und gegebenenfalls auch weiteren vorbestimmten Parametern, wie einer bekannten Konzentration von Partikeln und/oder einer bekannten Partikelmasse in die Partikelmesskammer 20 eigeleitet werden. Daraufhin kann für dieses Kalibrieraerosol jeweils die Intensität des transmittierenden Anteils des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls erfasst werden. Basierend auf diesen erfassten Intensitäten und den dazu durch den Lichtsensor 30 korrespondierenden Ausgangssignalen können anschließend während Messungen von unbekannten Aerosolen die dabei erfassten Intensitäten bzw. das Verhältnis der Intensität des transmittierten Anteils des ersten Lichtstrahls zu dem transmittierten Anteil des zweiten Lichtstrahls in Bezug gesetzt werden. Hieraus kann abgeleitet werden, ob die Partikeleigenschaften in dem unbekannten Aerosol nach oben oder unten von den Partikeleigenschaften des Kalibrieraerosols abweichen. Weitere Möglichkeiten zur Kalibrierung sind darüber hinaus selbstverständlich ebenso möglich.
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Die Partikelmessvorrichtung 1 kann darüber hinaus noch einen oder mehrere weitere Sensoren 50 zur Erfassung von weiteren Betriebsgrößen umfassen. Beispielsweise kann die Partikelmessvorrichtung 1 einen Drucksensor umfassen, der den Druck des Aerosols in der Partikelmesskammer 20 erfasst und der Auswertevorrichtung 40 bereitstellt. Ferner kann die Partikelmessvorrichtung 1 auch einen Temperatursensor umfassen, der die Temperatur des Aerosols in der Partikelmesskammer 20, an der oder den Einlassöffnungen 23 und/oder der oder den Auslassöffnungen der Partikelmesskammer 20 erfasst. Ferner kann die Partikelmessvorrichtung 1 auch einen Volumenstromsensor umfassen, der den Volumenstrom des durch die Partikelmesskammer 20 hindurchströmenden Aerosols erfasst und eine hierzu korrespondierende Größe an der Auswertevorrichtung 40 bereitstellt. Weitere Sensoren zur Erfassung von Betriebsgrößen der Partikelmessvorrichtung 1 sind darüber hinaus ebenso möglich.
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Stehen von einem oder mehreren weiteren Sensoren 50 weitere Informationen über eine oder mehrere weitere Betriebsgrößen der Partikelmessvorrichtung 1 bereit, so können diese Informationen ebenfalls mit in die Bestimmung der Partikelgröße einfließen. Beispielsweise können auch mehrere Kalibriervorgänge für Variationen dieser weiteren Betriebsgrößen ausgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ können auch für Variationen der Betriebsgrößen mehrere Kennlinien oder Kennlinienfelder abgespeichert werden. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebsgröße wie Temperatur, Druck oder Volumenstrom jeweils die Bestimmung der Partikelgröße in dem Aerosol angepasst werden.
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Wie zuvor bereits beschrieben, kann die Auswertevorrichtung 40 basierend auf dem Verhältnis der Intensität des transmittierten Anteils des ersten Lichtstrahls zu der Intensität des transmittierten Anteils des zweiten Lichtstrahls auf die Partikelgröße der Partikel in dem Aerosol in der Partikelmesskammer 20 schließen. Bei dieser Partikelgröße handelt es sich in der Regel um eine durchschnittliche mittlere Partikelgröße, da das Aerosol auch Partikel mit unterschiedlichen Größen enthalten kann.
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Anschließend kann auf Grundlage dieser ermittelten mittleren Partikelgröße der Partikel in dem Aerosol der Partikelmesskammer hieraus eine Abschätzung der Partikelkonzentration in dem Aerosol sowie eine mittlere Partikelmasse der Partikel in dem Aerosol getroffen werden.
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Die ermittelten Daten über Partikelgröße, Partikelkonzentration und/oder Partikelmasse können daraufhin beispielsweise an einer Schnittstelle in digitaler oder analoger Form bereitgestellt werden. Ferner kann die Auswerteeinrichtung 40 auch die ermittelten Daten wie Partikelgröße, Partikelkonzentration oder Partikelmasse an einer Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) anzeigen oder die Daten in einem weiteren Speicher zur nachfolgenden Weiterverarbeitung abspeichern.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Bestimmung einer Partikelgröße von Partikeln in einem Aerosol gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt S1 wird ein erster Lichtstrahl mit einer ersten Wellenlänge ausgesendet, der durch ein mit einem Aerosol durchströmten Partikelmesskammer hindurchstrahlt. In Schritt S2 wird eine erste Intensität eines durch die Partikelmesskammer 20 transmittierenden Anteils des ersten Lichtstrahls erfasst. In Schritt S3 wird ein zweiter Lichtstrahl mit einer zweiten Wellenlänge ausgesendet. Auch dieser zweite Lichtstrahl durchdringt die mit dem Aerosol durchströmte Partikelmesskammer 20. In Schritt S4 wird eine zweite Intensität des durch die Partikelmesskammer 20 transmittierenden Anteils des zweiten Lichtstrahls erfasst. Das Aussenden und Erfassen des ersten Lichtstrahls bzw. des zweiten Lichtstrahls kann dabei beispielsweise abwechselnd erfolgen. Insbesondere kann das Aussenden des jeweiligen Lichtstrahls und das Erfassen der Intensität dabei miteinander synchronisiert werden.
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In Schritt S5 wird eine zu der Partikelgröße der in dem Aerosol enthaltenen Partikel berechnet. Die Berechnung der Partikelgröße erfolgt dabei basierend auf der erfassten Intensität des transmittierenden Anteils des ersten Lichtstrahls und der erfassten Intensität des durch die Partikelmesskammer transmittierenden Anteils des zweiten Lichtstrahls. Durch Bildung eines Verhältnisses der beiden Intensitäten kann dabei ein Rückschluss auf die Partikelgröße erfolgen. Insbesondere kann das während der Messung gebildete Verhältnis der beiden Intensitäten zu einem Verhältnis der Intensitäten gesetzt werden, das während eines Kalibriervorgangs mit einem Kalibrieraerosol erfolgt. Dieses Kalibrieraerosol kann dabei Partikel einer bekannten Partikelgröße, einer bekannten Partikelkonzentration und/oder einer bekannten Partikelmasse umfassen.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die Ermittlung von Partikeleigenschaften in einem Aerosol mittels eines Durchlichtverfahrens. Hierzu wird eine mit einem Aerosol gefüllte Partikelmesskammer mit zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge durchleuchtet. Aus dem Verhältnis der Intensitäten der transmittierenden Anteile der beiden Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen kann daraufhin ein Rückschluss auf die Eigenschaften der Partikel in dem Aerosol getroffen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005006368 A1 [0003]
