DE102017216003A1 - Handgeführter Partikelsensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Partikelsensor mit einer Laserlichtquelle (2), einem optischen System (3) und einem Laserlichtdetektor (8) zur Detektion von an Partikeln rückgestreutem Laserlicht, wobei das optische System (3) zur Fokussierung des Laserlichts in einem Brennpunkt (9) eingerichtet ist, wobei der Brennpunkt (9) relativ zum Partikelsensor ortsfest angeordnet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Partikelsensor als handgeführte Vorrichtung ausgestaltet ist, eine Bewegungserfassungseinrichtung (1) zur Erfassung einer Bewegung (6) des handgeführten Partikelsensors aufweist und eine Verarbeitungseinrichtung (11) zur Bestimmung eines Bewegungspfades (10) des Brennpunktes (9) aus der Bewegung (6) des handgeführten Partikelsensors aufweist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Partikelsensor mit einer Laserlichtquelle, einem optischen System und einem Laserlichtdetektor zur Detektion von an Partikeln rückgestreutem Laserlicht, wobei das optische System zur Fokussierung des Laserlichts in einem Brennpunkt eingerichtet ist, wobei der Brennpunkt relativ zum Partikelsensor ortsfest angeordnet ist.
  • Für Partikelsensoren zur Beurteilung von Luftqualität mit hoher Empfindlichkeit ist das Scannen eines hinreichend großen Luft-Volumens notwendig. Herkömmliche Systeme basieren auf einer Messung an einem in Bewegung versetzten Luftvolumen. Hierzu ist ein Gebläse notwendig, welches einen Luftstrom und damit über einen gewissen Zeitraum ein Luftvolumen an einem an einem Ort der Messung des Partikelsensors vorbeiführt. Daneben gibt es auch Partikelsensoren ohne Gebläse. Ein Partikelsensor mit einer Mikrospiegel-basierten Strahlablenkung überstreicht mit einem Abtaststrahl einen Raumwinkel. Hierbei wird mit Hilfe des bewegten Spiegels ein großes Luftvolumen nach Partikeln abgetastet.
  • In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 102017215580.9 sind ein optisches System mit entlang der optischen Achse verschiebbarem Brennpunkt sowie ein darauf basierender Partikelsensor beschrieben. Hierbei wird das Luftvolumen nicht lateral, sondern longitudinal überstrichen.
  • Aufgabe
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen einfachen handgeführten Partikelsensor zu schaffen und ohne bewegliche Elemente die Erfassung eines großen Luftvolumens sicherzustellen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einem Partikelsensor mit einer Laserlichtquelle, einem optischen System und einem Laserlichtdetektor zur Detektion von an Partikeln rückgestreutem Laserlicht, wobei das optische System zur Fokussierung des Laserlichts in einem Brennpunkt eingerichtet ist, wobei der Brennpunkt relativ zum Partikelsensor ortsfest angeordnet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Partikelsensor als handgeführte Vorrichtung ausgestaltet ist, eine Bewegungserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Bewegung des handgeführten Partikelsensors aufweist und eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines Bewegungspfades des Brennpunktes aus der Bewegung des handgeführten Partikelsensors aufweist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines von Laserlicht abgetasteten Volumens aus dem Bewegungspfad eingerichtet ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bewegungserfassungseinrichtung eine Inertialsensoreinheit aufweist, welche mit dem handgeführten Partikelsensor fest verbunden ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Laserlichtquelle und der Lichtdetektor als integriertes Halbleiterbauteil, insbesondere als VCSEL mit integrierter Photodiode, ausgestaltet sind.
  • Die vorliegende Erfindung ist für Applikation in Geräten mit Bewegungserfassung (z.B. Beschleunigungs-und ggf. Drehraten-Sensoren) wie etwa Smartphones gedacht. Das Gerät ist händisch zu bewegen, ggf. genügt eine längere Messzeit mit dem natürlichen Zittern der Hand. Aus gemessener Beschleunigung und ggf. Drehrate wird mittels Zeitintegration errechnet, welches Volumen ein Lichtfokus überstrichen hat. Die Detektion der Partikel erfolgt wie gehabt anhand der rückgestreuten Lichtintensität in der VCSEL/VECSEL-Quelle.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen handgeführten Partikelsensors.
    • 2 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen handgeführten Partikelsensor im Betrieb.
  • Beschreibung
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen handgeführten Partikelsensors. Schematisch dargestellt ist ein Partikelsensor 1 mit einer Laserlichtquelle 2, einem optischen System 3 und einem Lichtdetektor 8 zur Detektion von an Partikeln rückgestreutem Laserlicht. Das optische System 3 ist zur Fokussierung des Laserlichts in einem Brennpunkt 9 eingerichtet. Der Brennpunkt 9 des fokussierten Laserlichts 5 ist relativ zum Partikelsensor 1 ortsfest angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Partikelsensor als handgeführte Vorrichtung ausgestaltet. Er weist eine Bewegungserfassungseinrichtung 1 zur Erfassung einer Bewegung 6 des handgeführten Partikelsensors auf. Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist ferner eine Verarbeitungseinrichtung 11 zur Bestimmung eines Bewegungspfades 10 des Brennpunktes 9 aus der Bewegung 6 des handgeführten Partikelsensors auf.
  • 2 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen handgeführten Partikelsensor im Betrieb. Der erfindungsgemäße handgeführte Partikelsensor mit der Bewegungserfassungseinrichtung 1 erzeugt mittels einer ortsfest verbauten Optik 3 aus einer ebenfalls ortsfest verbauten VCSEL- oder VECSEL-Laserquelle 2 einen fokussierten Lichtstrahl 5. Eine manuelle Bewegung 6 des Geräts 1 und damit auch der darin verbauten Laserlichtquelle 2 und dem optischen System 3 führt dazu, dass der fokussierte Strahl 5 im Brennpunkt 9 ein Volumen 7 abtastet. Die Bewegungserfassungseinrichtung 1 erfasst die dabei Bewegungen 6 des handgeführten Partikelsensors 1. Die Bewegungserfassungseinrichtung kann dazu eine Inertialsensoreinheit mit einem oder mehreren Inertialsensoren, insbesondere einem oder mehreren Beschleunigungssensoren oder auch Drehratensensoren aufweisen. Eine Verarbeitungseinrichtung 11 dient zur Bestimmung eines Bewegungspfades 10 des Brennpunktes 9 aus der erfassten Bewegung 6 des handgeführten Partikelsensors. Die Größe des Volumens 7 ist über die Bewegungserfassung und Verarbeitungseinrichtung aus dem Bewegungspfad 10 errechenbar. Wird ein Partikel 4 vom Fokus des Strahls 5 getroffen, so wird Intensität auf demselben optischen Pfad in die Laserlichtquelle 2 rückgestreut und ist dort mittels des Lichtdetektors 8 elektrisch detektierbar. Aus der Zahl der erfassten Partikel und dem abgetasteten Volumen 7 ist die Partikelkonzentration in der Luft bestimmbar. Dies kann ebenfalls in der Verarbeitungseinrichtung 11 geschehen. Die Verarbeitungseinrichtung 11 kann dabei beispielsweise eine elektronische Schaltung oder auch ein Programm sein, welches auf einem Prozessor ausgeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bewegungserfassungseinrichtung
    2
    Laserlichtquelle
    3
    optisches System
    4
    Partikel
    5
    fokussierter Strahl
    6
    Bewegung
    7
    Volumen
    8
    Lichtdetektor
    9
    Brennpunkt
    10
    Bewegungspfad
    11
    Verarbeitungseinrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017215580 [0003]

Claims (4)

  1. Partikelsensor mit einer Laserlichtquelle (2), einem optischen System (3) und einem Lichtdetektor (8) zur Detektion von an Partikeln rückgestreutem Laserlicht, - wobei das optische System (3) zur Fokussierung des Laserlichts in einem Brennpunkt (9) eingerichtet ist, - wobei der Brennpunkt (9) relativ zum Partikelsensor ortsfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Partikelsensor als handgeführte Vorrichtung ausgestaltet ist, - eine Bewegungserfassungseinrichtung (1) zur Erfassung einer Bewegung (6) des handgeführten Partikelsensors aufweist und - eine Verarbeitungseinrichtung (11) zur Bestimmung eines Bewegungspfades (10) des Brennpunktes (9) aus der Bewegung (6) des handgeführten Partikelsensors aufweist.
  2. Partikelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines von Laserlicht abgetasteten Volumens (7) aus dem Bewegungspfad (10) eingerichtet ist.
  3. Partikelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungserfassungseinrichtung (1) eine Inertialsensoreinheit aufweist, welche mit dem handgeführten Partikelsensor fest verbunden ist.
  4. Partikelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (2) und der Lichtdetektor (8) als integriertes Halbleiterbauteil, insbesondere als VCSEL mit integrierter Photodiode, ausgestaltet sind.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6603535B1 (en) * 2002-08-30 2003-08-05 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Stereo imaging velocimetry system and method
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DE102017215580A1 (de) 2017-09-05 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Optisches System mit verschiebbarem Brennpunkt

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