DE102018214936B4 - Portable optische Partikelsensorvorrichtung und entsprechendes Partikelmessverfahren - Google Patents

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Abstract

Portable optische Partikelsensorvorrichtung mit:einer optischen Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung (10), welche eingerichtet ist, in einem ereignisgesteuerten Messbetrieb Messwerte einer momentanen Partikelkonzentration vorbestimmter Partikel zu ermitteln; undeiner Ereigniserfassungseinrichtung (50; 50'; 50") zum Erfassen mindestens eines vorbestimmten lokalen Ereignisses bezüglich der Umgebung der optischen Partikelsensorvorrichtung (10) und zum Aktivieren des ereignisgesteuerten Messbetriebs ansprechend auf das Erfassen des mindestens einen vorbestimmten lokalen Ereignisses,wobei die Ereigniserfassungseinrichtung (50') mit einer Schallerfassungseinrichtung (55') zum Erfassen eines lokalen Schallpegels verbunden ist und eine Schallbestimmungseinrichtung (50') zum Bestimmen eines vorbestimmten Schallmusters als das vorbestimmte lokale Ereignis umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine portable optische Partikelsensorvorrichtung und ein entsprechendes Partikelmessverfahren.
  • Obwohl auf beliebig optische Partikelsensorvorrichtungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrunde liegende Problematik im Hinblick auf optische Partikelsensorvorrichtungen beschrieben, welche in mobilen Vorrichtungen integriert sind.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2012 019 520 A1 beschreibt eine Luftpartikelerfassungseinrichtung, welche mobil am Körper mitführbar und/oder tragbar ausgebildet ist und ein Gehäuse mit zumindest einer Lufteintrittsöffnung sowie wenigstens einer Luftaustrittsöffnung umfasst, wobei eine Datenverarbeitungseinrichtung, ein auslesbarer nicht-flüchtiger Datenspeicher, eine Datenübertragungseinrichtung mit wenigstens einer Datenschnittstelle, welche Schnittstelle insbesondere drahtlos ausgebildet ist, und/oder mit einem geodätischen Navigationssystem zur Positionsbestimmung zusammenwirkt, und eine Luftfördereinrichtung vorgesehen ist, welche Umgebungsluft aktiv durch die zumindest eine Lufteintrittsöffnung in das Gehäuseinnere fördert und einer Probenfläche einer zur Luftpartikelerfassung und/oder -sammlung einsetzbaren Probe zuleitet und dieser beaufschlagt, wobei in der Umgebungsluft enthaltene, insbesondere einatembare Partikel auf der jeweiligen Probenfläche der Probe abgeschieden und gesammelt werden und wobei zusätzlich zum zeitlichen Verlauf einer jeden Partikelerfassung zeit- und/oder datumsabhängig noch die jeweiligen Geodaten und damit die geographische Position der Erfassungseinrichtung erfasst und/oder bestimmt und protokolliert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch ein entsprechendes System sowie ein Verfahren zur Erfassung von Luftpartikeln zur Bestimmung der lokalen Partikelbelastung in der Luft.
  • Die DE 10 2016 202 609 A1 beschreibt ein Mobilgerät mit einer Öffnung, die eine Fluidverbindung zwischen einem Fluidkanal in dem Mobilgerät und Umgebungsluft definiert, und einem in dem Fluidkanal angeordneten Sensor, der ausgebildet ist, um zumindest einen Bestandteil der Umgebungsluft zu erfassen.
  • Die US 2013 / 0 016 355 A1 beschreibt ein System und ein Verfahren zur Messung einer Partikelkonzentration.
  • Die US 2016 / 0 025 628 A1 beschreibt ein mobiles Gerät, welches Feinstaub erfasst.
  • Die EP 1 390 742 B 1 beschreibt Luftqualitätsüberwachungssysteme und -Verfahren.
  • Die EP 1 766 385 B 1 beschreibt eine Messeinrichtung zum Messen mindestens eines Umweltparameters.
  • Die EP 2 470 876 B 1 beschreibt Vorrichtungen und Verfahren zur Überwachung der Durchflussrate in Aerosolpartikelzählern.
  • Die WO 2012/ 016 159 A2 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen zur Messung von Partikelsuspensionskonzentrationen durch die Seitenwand eines Behälters.
  • Viele, insbesondere stark bevölkerte Regionen unterliegen einer signifikanten Belastung durch Schwebstaub bzw. Schwebepartikel. Diese Partikelbelastung wird zumindest zum Teil durch Menschen verursacht, und zwar hauptsächlich durch die Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen durch Industrie, Straßenverkehr aber auch Luftverkehr, Schiffsverkehr und Schienenverkehr sowie durch Privathaushalte. Bedingt durch die geographische Anordnung der einzelnen Schwebstaubverursacher sind große Unterschiede in der lokalen Partikelbelastung zu beobachten. Dies gilt im Außenbereich genauso wie innerhalb geschlossener Räume.
  • Es ist bekannt, dass Schwebstaub je nach Menge und Zusammensetzung zu Gesundheitsbeeinträchtigungen führen kann, wobei hierfür in erster Linie der einatembare Anteil des Schwebstaubs verantwortlich ist. Das individuelle Gesundheitsrisiko hängt wesentlich davon ab, wie stark und wie lange ein Individuum welcher Art von Partikelbelastung ausgesetzt ist. Deshalb besteht ein Bedarf, die lokale und jeweils aktuelle Partikelbelastung zu quantifizieren.
  • Mit dem US „National Air Quality“-Standard for Particulate Matter (PM) wurde eine Kategorisierung von Schwebstaub in PMx-Fraktionen eingeführt, die der Größe bzw. dem Durchmesser x der Staubteilchen Rechnung trägt und damit der Eindringtiefe dieser Staubteilchen in die Atemwege und in den Körper eines Individuums. Unterschieden wird hier insbesondere zwischen Grobstaub PM10, der Partikel mit einem Durchmesser von bis zu 10 µm umfasst, Feinstaub PM2,5 mit Partikeln eines Durchmessers von bis zu 2,5 µm und Ultrafeinstaub PM1 mit Partikeln eines Durchmessers von bis zu 1 µm,
    Die Schwebstaub- bzw. Partikelbelastung wird häufig unter Verwendung dieses PM-Standards beziffert. Dazu wird für mindestens eine der Fraktionen PMx die innerhalb eines Zeitraums erfasste Staubpartikelmasse pro Volumen angegeben.
  • Die hier in Rede stehende Quantifizierung der Partikelbelastung beruht auf einer Erfassung der Anzahl von Staubpartikeln innerhalb eines Volumens. Unter Zugrundelegung der PM-Kategorisierung und bekannter Modelle für die Größen- und Masseverteilung von Staubpartikeln kann damit ein sehr guter Schätzwert für die Partikelbelastung in der Einheit, Staubpartikelmasse pro Volumen, ermittelt werden. Jedoch ermöglicht die Größe, Partikelanzahl pro Volumen, auch eine Quantifizierung der Partikelbelastung mit anderen Ansätzen.
  • Insbesondere PM2.5-Feinstaub ist eine der weltweit schwersten Gesundheitsbedrohungen. PM2.5-Feinstaubpartikel können tief in die Lunge vordringen und dort schwere Gesundheitsschäden verursachen. Die WHO schätzt, dass einige Millionen vorzeitiger Todesfälle jährlich durch Feinstaub verursacht werden. Die WHO empfiehlt einen Grenzwert von 10 µg/m3 für PM2.5-Feinstaub, welcher nicht überschritten werden sollte. Die Beachtung der mit Feinstaub verbundenen Gesundheitsrisiken hat in den letzten Jahren weltweit stark zugenommen. PM2.5-Belastungswerte sind mittlerweile an vielen Orten weltweit über das Internet abrufbar. Jedoch beziehen sich die verfügbaren PM2.5-Belastungswerte lediglich auf die Nähe der jeweiligen im Freien befindlichen Messstationen.
  • Viele Menschen ändern jedoch häufig am Tag ihren Aufenthaltsort und setzten sich dementsprechend variablen PM2.5-Belastungswerten während des Tagesverlaufs aus, welche typischer Weise von den öffentlich verfügbaren Belastungswerten verschieden sind. Insbesondere gilt dies für den Aufenthalt in geschlossenen Räumen. Bisher war es somit nicht möglich, zuverlässige PM2.5-Belastungswerte von Personen über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über den Tagesverlauf von 24 Stunden, zu erhalten.
  • Die fortschreitende Miniaturisierung von Partikelsensoren in den letzten Jahren eröffnet neue Möglichkeiten zur Integration derartiger Partikelsensoren in Mobilgeräten, wie zum Beispiel Smartphones o. ä. Dadurch ist es nunmehr grundsätzlich möglich, einen mittleren PM2.5-Belastungswert einer Person zu ermitteln, welcher einen derartigen Partikelsensor ständig mit sich führt.
  • Aus der DE 10 2015 207 289 A1 ist eine optische Partikelsensorvorrichtung bekannt, welche eine VCSEL-Laserdiode mit integrierter Fotodiode aufweist. Eine VCSEL-Laserdiode (VCSEL = vertical-cavity surface-emitting laser) ist eine lichtemittierende Diode, bei der das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird. Mittels der Self-Mixing-Interference-Technik ermöglicht die bekannte optische Partikelsensorvorrichtung, Informationen bezüglich eines Vorliegens von Partikeln, insbesondere Partikelanzahl und Partikelgeschwindigkeit, zu erhalten.
  • 4 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer aus der DE 10 2015 207 289 A1 bekannten optischen Partikelsensorvorrichtung.
  • In 4 bezeichnet Bezugszeichen 50a eine optische Emittereinrichtung und 50b eine optische Detektoreinrichtung, wobei die optische Emittereinrichtung 50a ein VCSEL-Laser ist und die optische Detektoreinrichtung 50b eine Fotodiode ist. Die optische Emittereinrichtung 50a und die optische Detektoreinrichtung 50b sind in einen VCSEL-Sensorchip 66 integriert, in welchem eine Self-Mixing-Interferenz-Analysefunktion integriert ist. Die optische Emittereinrichtung 50a emittiert einen optischen Messstrahl 52. Mittels einer Linseneinrichtung 58 wird der optische Messstrahl 52 in einem Fokusbereich 60 fokussiert, in dem die Partikel 56 erfasst werden sollen.
  • Der von den Partikeln gestreute Messstrahl 62 wird durch die Linseneinrichtung 58 auf eine Detektierfläche 64 des VCSEL-Sensorchips 66 fokussiert. Eine optionale Spiegeleinrichtung 74 ermöglicht es, den Fokusbereich 60 ein- oder zweidimensional innerhalb des Fokusbereichs 60 zu verschieben.
  • Die optische Detektoreinrichtung 50b ist dazu ausgelegt, ein Informationssignal 68 bezüglich einer Intensität und/oder einer Intensitätsverteilung des auf der Detektierfläche 64 auftretenden gestreuten elektrischen Messstrahls 62 auszugeben. Eine Auswerteeinrichtung 70 liefert ein Informationssignal 72 bezüglich eines Vorliegens von den Partikeln 56, einer Partikelanzahl und/oder einer sonstigen Eigenschaft von den Partikeln 56. Insbesondere ist auch die Partikelgeschwindigkeit von Interesse.
  • Die US 2016/0025628 A1 offenbart ein Smartphone mit einer integrierten optischen Partikelsensorvorrichtung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine portable optische Partikelsensorvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und ein entsprechendes Partikelmessverfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 18.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt darin, in einem ereignisgesteuerten Messbetrieb Messwerte einer momentanen Partikelkonzentration zu ermitteln. Ansprechend auf ein Erfassen eines vorbestimmten lokalen Ereignisses bezüglich der Umgebung der optischen Partikelsensorvorrichtung erfolgt ein Aktivieren des ereignisgesteuerten Messbetriebs. Dies ermöglicht, es bei vorgegebenen lokalen Ereignissen, welche eine erwartete Änderung der Partikelkonzentration mit sich bringen, durch den ereignisgesteuerten Messbetrieb unmittelbar zu reagieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung eingerichtet, in einem zeitgesteuerten Messbetrieb Messwerte der momentanen Partikelkonzentration vorbestimmter Partikel zu ermitteln, dem der ereignisgesteuerte Messbetrieb überlagert ist. Diese Kombination ermöglicht es einerseits, die Messintervalle im zeitgesteuerten Messbetrieb batterieschonend zu gestalten, und andererseits bei lokalen Ereignissen, welche eine erwartete Änderung der Partikelkonzentration mit sich bringen, durch den ereignisgesteuerten Messbetrieb unmittelbar zu reagieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln einer mittleren Partikelkonzentration über einen vorbestimmten Zeitraum anhand der Messwerte vorgesehen. So kann eine mittlere Partikelkonzentration vorbestimmter Partikel über einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise 24h, erfasst werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ereigniserfassungseinrichtung eine Ortswechselerfassungseinrichtung zum Erfassen eines vorbestimmten geographischen Ortswechsels als das vorbestimmte lokale Ereignis auf. So lassen sich im Voraus Ortswechsel definieren, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit eine erwartete Änderung der Partikelkonzentration mit sich bringen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der vorbestimmte geographische Ortswechsel ein Betreten oder Verlassen eines Gebäudes oder eines Gebäudebereichs.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ortswechselerfassungseinrichtung mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer WiFi-Signalstärke und/oder eines GPS-Signals und/oder eines Bluetooth-Signals und/oder einer GSM-Signalstärke und/oder EM-Signalstärke, insbesondere Lichtstärke oder Erdmagnetfeldstärke, verbunden. So lassen sich Ortswechsel mit hoher Genauigkeit erfassen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform resultiert das vorbestimmte Schallmuster aus einem Betätigen eines Gerätes. Beispiele für derartige Geräte sind insbesondere Staubsauger, Haartrockner, Werkzeuge, Klimaanlagen, Kochgeräte u.ä. Derartige Geräte haben regelmäßig innerhalb geschlossener Räume einen großen Einfluss auf die Partikelkonzentration.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ereigniserfassungseinrichtung eine Umweltparametererfassungseinrichtung zum Erfassen mindestens eines lokalen Umweltparameters und eine Umweltparameter-Änderungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Änderung des Umweltparameters als das vorbestimmte lokale Ereignis umfasst. So lassen sich im Voraus Umweltparameter definieren, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit eine erwartete Änderung der Partikelkonzentration mit sich bringen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der lokale Umweltparameter eine lokale Temperatur, eine lokale Luftfeuchtigkeit oder eine lokale Gasatmosphäre. Derartige Umweltparameter haben allgemein einen großen Einfluss auf die Partikelkonzentration.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Warneinrichtung vorgesehen, welche eingerichtet ist, eine akustische und/oder optische und/oder vibratorische Warnung auszugeben, wenn der Messbetrieb nicht aktivierbar ist. So kann der Benutzer entsprechende Vorkehrungen treffen, um den Messbetrieb zu ermöglichen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Warneinrichtung vorgesehen ist, welche eingerichtet ist, eine akustische und/oder optische und/oder vibratorische Warnung auszugeben, wenn die mittlere Partikelkonzentration über den vorbestimmten Zeitraum oder die momentane Partikelkonzentration einen jeweiligen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Eine derartige Warnung ermöglicht es dem Benutzer, einen Ortswechsel zu einem weniger belasteten Ort vorzunehmen oder Schutzausrüstung, z.B. eine Atemmaske, anzulegen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung eine optische Emittereinrichtung zum Richten eines optischen Messstrahls durch einen optischen Austrittsbereich nach außerhalb eines Gehäuses in einen Fokusbereich, innerhalb dessen eine Partikelerfassung durchführbar ist, und eine in dem Gehäuse angeordnete optische Detektoreinrichtung zum Erfassen des von Partikeln gestreuten Messstrahls und zum Ausgeben von Informationen über die Partikelkonzentration auf. Eine derartige Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung lässt sich besonders kompakt gestalten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die optische Emittereinrichtung eine Laserdiode, insbesondere eine VCSEL-Diode, auf und die optische Detektoreinrichtung eine in die Laserdiode integrierte Photodiode auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Messstrahl und der gestreute Messstrahl durch einen Algorithmus mittels des Self-Mixing-Interferenz-Verfahrens analysierbar sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die optische Partikelsensorvorrichtung in einer tragbaren Vorrichtung, insbesondere in einem Smartphone, angeordnet. Dies vereinfacht die Bedienung für den Benutzer erheblich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen der mittleren Partikelkonzentration über den vorbestimmten Zeitraum oder der momentanen Partikelkonzentration an eine Datencloudeinrichtung vorgesehen. Somit können andere, in der Gegend befindliche Personen, welche beispielsweise keine Partikelsensorvorrichtung mit sich führen, von den Messwerten profitieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Partikelkonzentration eine PM2.5-Feinstaubkonzentration. Somit können die Messwerte mit öffentlichen Standards, z.B. dem WHO-Standard, verglichen werden.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer beispielhaften portablen optischen Partikelsensorvorrichtung.;
    • 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer portablen optischen Partikelsensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer portablen optischen Partikelsensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 4 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer aus der DE 10 2015 207 289 A1 bekannten optischen Partikelsensorvorrichtung.
  • In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer beispielhaften portablen optischen Partikelsensorvorrichtung.
  • In 1 bezeichnet Bezugszeichen 100 ein Gehäuse, beispielsweise das Gehäuse eines Smartphones, in dem eine optische Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung 10 vorgesehen ist, welche eingerichtet ist, in einem zeitgesteuerten Messbetrieb und in einem überlagerten ereignisgesteuerten Messbetrieb Messwerte einer momentanen Partikelkonzentration vorbestimmter Partikel zu ermitteln. Die Partikel sind PM2.5-Feinstaubpartikel.
  • Die Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung 10 weist eine optische Emittereinrichtung LD zum Richten eines optischen Messstrahls OB durch einen optischen Austrittsbereich OF nach außerhalb des Gehäuses 100 in einen Fokusbereich FA auf. Innerhalb des Fokusbereichs FA ist eine Erfassung von Partikeln P durchführbar. Ebenfalls in dem Gehäuse 100 angeordnet ist eine optische Detektoreinrichtung DD zum Erfassen des von den Partikeln P gestreuten Messstrahls OB' und zum Ausgeben von Informationen über die Partikelkonzentration.
  • Die optische Emittereinrichtung LD ist eine Laserdiode, insbesondere eine VCSEL-Diode und die optische Detektoreinrichtung DD eine in die Laserdiode integrierte Photodiode. Zum Ermitteln der Partikelkonzentration werden der Messstrahl OB und der gestreute Messstrahl OB' durch einen Algorithmus mittels des Self-Mixing-Interferenz-Verfahrens analysiert.
  • Die von der optischen Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung 10 ermittelten Messwerte einer momentanen Partikelkonzentration der PM2.5-Feinstaubpartikel werden an eine Auswerteeinrichtung 20 übertragen, welche eine mittlere Partikelkonzentration über einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise den Tagesverlauf von 24 Stunden, anhand der übertragenden Messwerte ermittelt.
  • Die Zeitintervalle des zeitgesteuerten Messbetriebs sind entweder voreingestellt oder durch den Benutzer einstellbar und sollten derart gestaltet sein, dass ein möglichst geringer Energieverbrauch bei zugleich präzisen Messergebnissen erzielt wird. Eine mit der Auswerteeinrichtung 20 verbundene Anzeigeeinrichtung 30 ermöglicht eine visuelle Darstellung der momentanen Partikelkonzentration bzw. der mittleren Partikelkonzentration für den Benutzer.
  • Mittels einer Übertragungseinrichtung 40 können die mittlere Partikelkonzentration und/ oder die momentane Partikelkonzentration an eine (nicht dargestellte) Datencloudeinrichtung übertragen werden.
  • Bezugszeichen 50 bezeichnet eine Ereigniserfassungseinrichtung zum Erfassen vorbestimmter lokaler Ereignisse bezüglich der Umgebung der optischen Partikelsensorvorrichtung und zum Aktivieren des überlagerten ereignisgesteuerten Messbetriebs ansprechend auf das Erfassen der vorbestimmten lokalen Ereignisse.
  • Die Ereigniserfassungseinrichtung 50 ist als Ortswechselerfassungseinrichtung 50 ausgestaltet. Sie ist darauf ausgelegt, einen vorbestimmten geographischen Ortswechsel als das vorbestimmte lokale Ereignis zu erfassen. Der vorbestimmte geographische Ortswechsel liegt in einem Betreten oder Verlassen eines Gebäudes oder eines Gebäudebereichs.
  • Um den vorbestimmten geographischen Ortswechsel erfassen zu können, ist die Ortswechselerfassungseinrichtung 50 mit einer Sensoreinrichtung 55 zum Erfassen einer WiFi-Signalstärke und/oder eines GPS-Signals und/oder eines Bluetooth-Signals und/ oder einer GSM-Signalstärke und/oder einer elektromagnetischen EM-Signalstärke verbunden. Entweder bestimmt die Ortswechselerfassungseinrichtung 50 mit Hilfe eines einzigen der genannten Sensorsignale den vorbestimmten geographischen Ortswechsel oder mittels einer Kombination mehrerer Sensorsignale, was die Genauigkeit erhöhen kann.
  • Über ein entsprechend generiertes Ereignissignal E aktiviert die Ortswechselerfassungseinrichtung 50 die Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung 10 zum Durchführen des überlagerten ereignisgesteuerten Messbetriebs jedesmal, wenn ein derartiges lokales Ereignis erfasst wird.
  • 2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer portablen optischen Partikelsensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der Aufbau der Ausführungsform unterscheidet sich vom dem in 1 dargestellten Beispiel durch die Ereigniserfassungseinrichtung 50'. Bei der Ausführungsform ist die Ereigniserfassungseinrichtung 50' mit einer Schallerfassungseinrichtung 55' zum Erfassen eines lokalen Schallpegels verbunden.
  • Die Ereigniserfassungseinrichtung 50' ist als Schallbestimmungseinrichtung 50' zum Bestimmen eines vorbestimmten Schallmusters als das vorbestimmte lokale Ereignis ausgestaltet.
  • Beispielsweise umfasst das vorbestimmte Schallmuster ein Betätigen eines Gerätes, insbesondere eines Staubsaugers, Haartrockners, Werkzeugs, einer Klimaanlage, eines Sportgeräts u. ä.
  • Insbesondere innerhalb geschlossener Räume hat die Betätigung derartiger Geräte einen Einfluss auf die lokale Partikelkonzentration, welche durch die Ereigniserfassungseinrichtung 50' instantan erfasst werden kann und einen ereignisgesteuerten Messbetrieb auslösen kann.
  • 3 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer portablen optischen Partikelsensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der Aufbau der weiteren Ausführungsform unterscheidet sich vom demjenigen der Ausführungsform gemäß 2 ebenfalls durch die Ereigniserfassungseinrichtung 50". Die Ereigniserfassungseinrichtung 50" umfasst bei der weiteren Ausführungsform eine Umweltparametererfassungseinrichtung 55" zum Erfassen mindestens eines lokalen Umweltparameters und zudem eine Umweltparameter-Änderungsbestimmung 50" zum Bestimmen einer Änderung des Umweltparameters als das lokale Ereignis ausgestaltet.
  • Der lokale Umweltparameter ist beispielsweise eine lokale Temperatur, eine lokale Luftfeuchtigkeit oder eine lokale Gasatmosphäre, welche mit einer entsprechenden Umweltparameter-Sensoreinrichtung 55" erfasst werden kann.
  • Zusätzlich weißt die Partikelsensorvorrichtung eine erste Warneinrichtung 21 auf, welche eingerichtet ist, eine akustische und/ oder optische und/oder vibratorische Warnung auszugeben wenn der Messbetrieb nicht aktivierbar ist. Dies versetzt den Benutzer in die Lage, umgehend den Messbetrieb wieder zu aktivieren, z.B. durch eine Positionsänderung der Partikelsensorvorrichtung.
  • Weiterhin weißt die Partikelsensorvorrichtung eine zweite Warneinrichtung 22 auf, welche eingerichtet ist, eine akustische und/ oder optische und/oder vibratorische Warnung auszugeben, wenn die mittlere Partikelkonzentration über den vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise 24 Stunden, oder die momentane Partikelkonzentration einen jeweiligen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Eine derartige Warnung kann dann auf der Anzeigeeinrichtung 30 dargestellt werden bzw. über eine (nicht dargestellte) Lautsprechereinrichtung akustisch ausgegeben werden.

Claims (21)

  1. Portable optische Partikelsensorvorrichtung mit: einer optischen Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung (10), welche eingerichtet ist, in einem ereignisgesteuerten Messbetrieb Messwerte einer momentanen Partikelkonzentration vorbestimmter Partikel zu ermitteln; und einer Ereigniserfassungseinrichtung (50; 50'; 50") zum Erfassen mindestens eines vorbestimmten lokalen Ereignisses bezüglich der Umgebung der optischen Partikelsensorvorrichtung (10) und zum Aktivieren des ereignisgesteuerten Messbetriebs ansprechend auf das Erfassen des mindestens einen vorbestimmten lokalen Ereignisses, wobei die Ereigniserfassungseinrichtung (50') mit einer Schallerfassungseinrichtung (55') zum Erfassen eines lokalen Schallpegels verbunden ist und eine Schallbestimmungseinrichtung (50') zum Bestimmen eines vorbestimmten Schallmusters als das vorbestimmte lokale Ereignis umfasst.
  2. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung (10) eingerichtet ist, in einem zeitgesteuerten Messbetrieb Messwerte der momentanen Partikelkonzentration vorbestimmter Partikel zu ermitteln, dem der ereignisgesteuerte Messbetrieb überlagert ist.
  3. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Auswerteeinrichtung (20) zum Ermitteln einer mittleren Partikelkonzentration über einen vorbestimmten Zeitraum anhand der Messwerte.
  4. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Ereigniserfassungseinrichtung (50) eine Ortswechselerfassungseinrichtung (50) zum Erfassen eines vorbestimmten geographischen Ortswechsels als das vorbestimmte lokale Ereignis aufweist.
  5. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte geographische Ortswechsel ein Betreten oder Verlassen eines Gebäudes oder eines Gebäudebereichs umfasst.
  6. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Ortswechselerfassungseinrichtung (50) mit einer Sensoreinrichtung (55) zum Erfassen einer WiFi-Signalstärke und/oder eines GPS-Signals und/oder eines Bluetooth-Signals und/oder einer GSM-Signalstärke und/oder EM-Signalstärke, insbesondere Lichtstärke oder Erdmagnetfeldstärke, verbunden ist.
  7. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Schallmuster aus einer Betätigung eines Gerätes resultiert.
  8. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ereigniserfassungseinrichtung (50") eine Umweltparametererfassungseinrichtung (50") zum Erfassen mindestens eines lokalen Umweltparameters und eine Umweltparameter-Änderungsbestimmungseinrichtung (50'') zum Bestimmen einer Änderung des Umweltparameters als das vorbestimmte lokale Ereignis umfasst.
  9. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der lokale Umweltparameter eine lokale Temperatur, eine lokale Luftfeuchtigkeit oder eine lokale Gasatmosphäre umfasst.
  10. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Warneinrichtung (21) vorgesehen ist, welche eingerichtet ist, eine akustische und/oder optische und/oder vibratorische Warnung auszugeben, wenn der Messbetrieb nicht aktivierbar ist.
  11. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zweite Warneinrichtung (22) vorgesehen ist, welche eingerichtet ist, eine akustische und/oder optische und/oder vibratorische Warnung auszugeben, wenn die mittlere Partikelkonzentration über den vorbestimmten Zeitraum oder die momentane Partikelkonzentration einen jeweiligen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
  12. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikelkonzentrations-Erfassungseinrichtung (10) eine optische Emittereinrichtung (LD) zum Richten eines optischen Messstrahls (OB) durch einen optischen Austrittsbereich (OF) nach außerhalb eines Gehäuses (100) in einen Fokusbereich (FA), innerhalb dessen eine Partikelerfassung durchführbar ist, und eine in dem Gehäuse (100) angeordnete optische Detektoreinrichtung (DD) zum Erfassen des von Partikeln (P) gestreuten Messstrahls (OB') und zum Ausgeben von Informationen über die Partikelkonzentration aufweist.
  13. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die optische Emittereinrichtung (LD) eine Laserdiode, insbesondere eine VCSEL-Diode, aufweist und die optische Detektoreinrichtung (DD) eine in die Laserdiode integrierte Photodiode aufweist.
  14. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Messstrahl (OB) und der gestreute Messstrahl (OB') durch einen Algorithmus mittels des Self-Mixing-Interferenz-Verfahrens analysierbar sind.
  15. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche in einer tragbaren Vorrichtung, insbesondere in einem Smartphone, angeordnet ist.
  16. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Übertragungseinrichtung (40) zum Übertragen der mittleren Partikelkonzentration über den vorbestimmten Zeitraum oder der momentanen Partikelkonzentration an eine Datencloudeinrichtung aufweist.
  17. Portable optische Partikelsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikelkonzentration eine PM2.5-Feinstaubkonzentration ist.
  18. Partikelmessverfahren mit den Schritten: Ermitteln von Messwerten einer momentanen Partikelkonzentration vorbestimmter Partikel in einem ereignisgesteuerten Messbetrieb; und Erfassen mindestens eines vorbestimmten lokalen Ereignisses bezüglich der Umgebung der optischen Partikelsensorvorrichtung; und Aktivieren des ereignisgesteuerten Messbetriebs ansprechend auf das Erfassen des mindestens einen vorbestimmten lokalen Ereignisses, Erfassen eines lokalen Schallpegels zum Bestimmen eines vorbestimmten Schallmusters als das vorbestimmte lokale Ereignis.
  19. Partikelmessverfahren nach Anspruch 19, wobei das vorbestimmte lokale Ereignis ein Betreten oder Verlassen eines Gebäudes oder eines Gebäudebereichs umfasst.
  20. Partikelmessverfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei das vorbestimmte lokale Ereignis aus einem Betätigen eines Gerätes resultiert.
  21. Partikelmessverfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21 wobei das vorbestimmte lokale Ereignis eine Änderung eines Umweltparameters umfasst.
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