EP4555303A1 - Partikelsensor - Google Patents

Partikelsensor

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Publication number
EP4555303A1
EP4555303A1 EP23744094.6A EP23744094A EP4555303A1 EP 4555303 A1 EP4555303 A1 EP 4555303A1 EP 23744094 A EP23744094 A EP 23744094A EP 4555303 A1 EP4555303 A1 EP 4555303A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle sensor
sensor according
emc shielding
radiation
flow channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23744094.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank GUETLE
Matthias Merz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sensirion AG
Original Assignee
Sensirion AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sensirion AG filed Critical Sensirion AG
Publication of EP4555303A1 publication Critical patent/EP4555303A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the invention relates to a particle sensor (also called a fine dust sensor) for detecting and/or characterizing particulate substances (e.g. fine dust particles) in an aerosol stream which is passed through the particle sensor.
  • a particle sensor also called a fine dust sensor
  • particulate substances e.g. fine dust particles
  • Such particle sensors are known, for example, from EP3491362B and CN209946101.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the invention is based on the object of providing a particle sensor which is improved with regard to the above-mentioned problem.
  • a particle sensor also called a fine dust sensor
  • particulate substances e.g. fine dust particles
  • a housing which has an inlet for the aerosol stream and an outlet for the aerosol stream, the housing further surrounding a flow channel communicating with the inlet and the outlet, through which the aerosol stream can be guided in one flow direction, - a radiation source which is designed to emit radiation into the flow channel, so that the radiation interacts with particulate substances of the aerosol stream guided through the flow channel, and
  • a radiation detector arranged in the flow channel, which is designed to detect radiation after interaction with particulate substances in the aerosol flow.
  • the radiation detector is at least partially covered by an EMC shielding which is arranged in an interior space surrounded by the housing.
  • the EMC shielding can be arranged at least in sections in the flow channel or facing it.
  • EMC shielding which is preferably placed directly around the radiation detector (and in particular also the radiation source, see below).
  • the EMC shielding is aligned and shaped such that the aerosol or air flow over the radiation detector has less turbulence, so that there is advantageously a lower risk of particle deposition and contamination of the radiation detector.
  • the side walls of the EMC shielding are preferably designed to be slanted and do not have a 90° angle to a carrier or circuit board on which the radiation detector or the EMC shielding can be arranged.
  • the optimized aerosol flow advantageously reduces the risk of sensor contamination.
  • the radiation source is a laser or a light-emitting diode.
  • the radiation detector is a photodiode.
  • the EMC shield has a first side wall and a second side wall arranged behind it in the flow direction, the first side wall preferably being designed to rise continuously in the direction of flow and the second side wall to be preferably designed to be continuously falling in the direction of flow is.
  • the EMC shielding has a top wall that connects the two side walls to one another, preferably in one piece or integrally.
  • the top wall preferably has an opening through which radiation can reach the radiation detector or radiation can be emitted by the radiation source.
  • the housing surrounds a further flow channel for guiding an additional fluid stream, such that the additional fluid stream flows between the radiation detector and/or between the radiation source and the aerosol stream.
  • the additional fluid stream flows between the aerosol stream and the radiation detector/radiation source and thus shields the radiation detector/radiation source and protects these components from contamination by particles of the aerosol stream.
  • the additional fluid stream can be a sheath stream that surrounds the aerosol stream.
  • the further flow channel can in turn communicate with said inlet and/or said outlet.
  • the additional fluid flow can be, for example, an air flow, in particular a filtered air flow.
  • the further flow channel is designed to direct the additional fluid flow onto the first rising side wall of the EMC shield, so that the additional fluid flow can be guided across the EMC shield.
  • the further flow channel is separated from the flow channel of the aerosol stream by a wall.
  • the further flow channel is in flow connection with the flow channel of the aerosol stream according to a preferred embodiment.
  • the EMC shielding is designed in such a way that the additional fluid flow guided over the EMC shielding flows laminarly along the EMC shielding. This can be ensured, for example, by the correspondingly rising or falling side wall, which here serves as guide elements for the additional fluid flow.
  • the particle sensor has a filter for cleaning the additional fluid flow upstream of the radiation detector and/or upstream of the radiation source. In other words, the fluid stream is first sucked through a filter so that it is free of particles. In this way, it can effectively prevent the radiation detector or the radiation source from becoming dusty and at the same time shield these components from the aerosol stream containing particles.
  • the radiation detector and/or the radiation source is or are arranged on a support plate.
  • the carrier board is a circuit board, in particular a printed circuit board.
  • the radiation source and the radiation detector are integrated into a single sensor unit, which is at least partially covered by the EMC shielding, in particular the radiation from the radiation source can now also be emitted through the opening of the top wall is.
  • the radiation can therefore be emitted and detected in a compact manner.
  • the carrier plate together with a housing part of the particle sensor, delimits the flow channel at least in sections.
  • the carrier plate has a through opening for passing through the additional fluid flow.
  • the side walls and the top wall of the EMC shield are formed from an electrically conductive material (in particular from a metal or from a metallized plastic).
  • the EMC shielding is fixed to the carrier plate.
  • the EMC shielding is preferably soldered to the carrier plate, with an electrically conductive connection being produced in particular between the EMC shielding and the circuit board.
  • the EMC shield has a first foot section which is connected to the first side wall and is soldered to the carrier plate or circuit board.
  • the EMC shield has a second foot section which is connected to the second side wall and is soldered to the carrier plate or circuit board.
  • the particle sensor according to the invention can be designed to detect different particle sizes, in particular PM1,0, PM2.5, PM4, or PM10.
  • PM2.5 refers to particulate substances with a diameter smaller than 2.5 micrometers.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an embodiment of a particle sensor according to the invention
  • Fig. 2 is a detail of Figure 1
  • FIG. 3 shows a perspective view of the particle sensor, in particular a carrier plate of the particle sensor with the EMC shielding arranged thereon,
  • Fig. 4 is a detail of Fig. 3, and
  • Fig. 5 is a top view of a housing part of the particle sensor, which delimits the flow channel and the further flow channel of the particle sensor.
  • FIGS. 2 to 5 show, in conjunction with FIGS. 2 to 5, an embodiment of a particle sensor 1 according to the invention for detecting and/or characterizing particulate substances in an aerosol stream A, which is passed through the particle sensor 1.
  • the particle sensor 1 has a housing 2 which has an inlet 20 for the aerosol stream A and an outlet 21 for the aerosol stream A, the housing 2 further forming a flow channel 3 communicating with the inlet 20 and the outlet 21.
  • the particle sensor 1 further has a radiation source 31 (for example in the form of a diode that emits light, in particular laser diode, for example surface emitter (VC SEL)), which is designed to emit radiation L into the flow channel 3 (see Fig. 2), for example in the wavelength range from 500nm to 1100nm, in particular 640nm to 950nm, so that the radiation L can interact with particulate substances of the aerosol stream A guided through the flow channel 3 in a flow direction R.
  • a radiation detector 30 eg optical sensor, in particular photodiode
  • the particle sensor 1 can have corresponding evaluation electronics.
  • the radiation source 31 and the radiation detector 30, as shown in FIGS. 1 to 5 are formed by a sensor unit 300 in which both components 30, 31 are integrated.
  • the radiation detector 30 or the sensor unit 300 is at least partially covered by an EMC shielding 4, which is arranged in the housing 2 along the flow channel 3.
  • the EMC shielding 4 is fixed on a carrier plate 7, on which the sensor unit 300 is also arranged, specifically below the EMC shielding 4, so that it extends over the sensor unit 300.
  • the carrier plate 7 is designed as a circuit board 7, with sensor unit 300 and EMC shielding 4 each preferably being soldered to the circuit board 7.
  • the housing 2 surrounds a further flow channel 3a for guiding an additional fluid stream A', such that the additional fluid stream A' flows between the radiation detector 30 or the radiation source 31 and the aerosol stream A.
  • the further flow channel 3a can in turn communicate with the inlet 20 and/or the outlet 21.
  • the further flow channel 3a is designed to guide the additional fluid flow A 'so that it flows against the EMC shielding 4.
  • the further flow channel 3a is separated from the flow channel 3 by a wall 60.
  • the carrier plate 7 can have a through opening 7a for passing through the additional fluid flow A ', so that it is then guided between the wall 60 and the carrier plate 7 to the EMC shielding 4.
  • the EMC shield 4 preferably has a first side wall 40 and a second side wall 41 arranged behind it in the flow direction R, the first side wall 40 rising in the flow direction R and the second side wall 41 is designed to slope down in the flow direction R.
  • the two side walls 40, 41 are in particular connected to a top wall 42 of the EMC shielding tied together.
  • the top wall 42 preferably has an opening 43 through which the radiation source 31 can emit light L into the flow channel 3 and the radiation detector 30 can receive radiation from the flow channel.
  • the side walls 40, 41 and the top wall 42 as well as possibly other components of the EMC shielding 4 are preferably formed from a material that is electrically conductive or has an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material can be, for example, a metal.
  • the EMC shielding 4 is particularly preferably designed in such a way that the fluid flow A', which is guided in the further flow channel 3a to the EMC shielding 4 and which shields the radiation detector 30 or the radiation source 31 from the aerosol flow A, flows laminarly over the EMC shielding 4 . This is ensured by the rising or falling side walls 40, 41. The risk of contamination of the radiation detector 30 or the radiation source 31 is significantly reduced by the fluid flow A′.
  • the particle sensor 1 can further have a filter (not shown) which serves to clean the additional fluid flow A upstream of the radiation detector 30 or the radiation source 31.
  • the EMC shielding on the carrier or printed circuit board 7 it is preferably provided that it has two foot sections 400, 401, the first foot section 400 extending from the first side wall 40 and being soldered to the carrier or printed circuit board 7.
  • the second foot section 401 extends from the second side wall 41 and is also soldered to the carrier or circuit board 7.
  • the particle sensor 1 can further have a flow generating means 5, preferably in the form of a fan 5, which is designed to allow the aerosol stream A to flow through the flow channel 3 via the inlet 20 and from the outlet 21, so that the aerosol stream A is guided past the radiation detector 30 or the sensor unit 300.
  • the particle sensor 1 can use a flow generating means 5 of another unit, which supplies the aerosol stream A to the particle sensor 1.
  • the flow generating means 5 therefore does not necessarily have to represent a component of the particle sensor 1.
  • the additional fluid flow A' can be sucked through the opening 7a of the carrier plate 7 in the direction of the EMC shielding 4. As can be seen from FIG.
  • the flow channel 3 or the further flow channel 3a is preferably delimited at least in sections by a housing part 6 and the carrier or circuit board 7.
  • the housing part 6 can have a wall 60 which separates the further flow channel 3a from the flow channel 3.
  • the carrier plate 7 forms a bottom of the further flow channel 3a, with the radiation detector 30 and the radiation source 31, preferably in the form of the sensor unit 300, being arranged on the carrier plate 7 so that they come to rest along the flow channel 3.
  • the radiation L is emitted here normal to the carrier plate 7 into the flow channel 3 and light backscattered on the particulate substances of the aerosol stream A can be detected by the radiation detector 30.
  • the particle sensor 1 preferably also has a temperature sensor 32 which is arranged at the inlet 20 of the flow channel 3.
  • electrical contacts 70 are provided on the carrier or circuit board 7, for example to establish a connection to the evaluation electronics of the particle sensor, so that an output signal of the particle sensor can be read out via the contacts 70.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelsensor (1) zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen in einem Aerosolstrom (A), mit einem Strahlungsdetektor (30), der dazu ausgebildet ist, Strahlung nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms (A) zu erfassen, wobei der Strahlungsdetektor (30) zumindest abschnittsweise durch eine EMV-Abschirmung (4) überdeckt ist, die in einem Innenraum (2a) eines Gehäuses des Partikelsensors angeordnet ist.

Description

Partikelsensor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor (auch Feinstaubsensor genannt) zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen (z.B. Feinstaubpartikeln) in einem Aerosolstrom, der durch den Partikelsensor geleitet wird.
Derartige Partikelsensoren sind z.B. aus der EP3491362B sowie CN209946101 bekannt.
Bei derartigen Sensoren ist es oftmals erforderlich, die eigentliche Sensoreinheit, bei einem Partikelsensor z.B. einen Strahlungsdetektor, gegen den übermäßigen Einfluss elektromagnetischer Felder mittels einer sogenannten EMV-Abschirmung zu schützen. Die in verschiedenen Normen festgelegte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) für elektronische Geräte fordert entsprechend insbesondere Maßnahmen zum Schutz derartiger elektronischer Bauteile vor elektromagnetischer Fremdeinstrahlung. Bekannte Partikelsensoren weisen daher regelmäßig ein äußeres Gehäuse auf, das die gesamte Elektronik des Partikelsensors umgibt und die besagte elektromagnetische Strahlung abschirmt.
Nachteilig an derartigen EMV-Abschirmungen sind deren Größe sowie das verhältnismäßig hohe Gewicht.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen Partikelsensor bereitzustellen, der hinsichtlich der oben genannten Problematik verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Partikelsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Partikelsensor (auch Feinstaubsensor genannt) offenbart, zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen (z.B. Feinstaubpartikeln) in einem Aerosolstrom, der durch den Partikelsensor geleitet wird, aufweisend:
- ein Gehäuse, das einen Einlass für den Aerosolstrom und einen Auslass für den Aerosolstrom aufweist, wobei das Gehäuse weiterhin einen mit dem Einlass und dem Auslass kommunizierenden Strömungskanal umgibt, durch den der Aerosolstrom in einer Strömungsrichtung führbar ist, - eine Strahlungsquelle, die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung in den Strömungskanal zu emittieren, so dass die Strahlung mit partikelförmigen Stoffen des durch den Strömungskanal geleiteten Aerosolstroms in Wechselwirkung tritt, und
- einen im Strömungskanal angeordneten Strahlungsdetektor, der dazu ausgebildet ist, Strahlung nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms zu erfassen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Strahlungsdetektor zumindest abschnittsweise durch eine EMV-Abschirmung überdeckt ist, die in einem vom Gehäuse umgebenen Innenraum angeordnet ist. Die EMV-Abschirmung kann dabei zumindest abschnittsweise in dem Strömungskanal angeordnet bzw. diesem zugewandt sein.
Es liegt somit insbesondere eine verhältnismäßig kleine EMV-Abschirmung vor, die bevorzugt direkt um den Strahlungsdetektor (und insbesondere auch die Strahlungsquelle, siehe unten) platziert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die EMV-Abschirmung so ausgerichtet und geformt, dass die Aerosol- bzw. Luftströmung über dem Strahlungsdetektor weniger Turbulenzen aufweist, so dass mit Vorteil ein geringeres Risiko der Ablagerung von Partikeln und der Verschmutzung des Strahlungsdetektors vorliegt. Die Seitenwände der EMV-Abschirmung sind dabei vorzugsweise abgeschrägt ausgeführt und weisen keinen 90°-Winkel zu einer Träger- bzw. Leiterplatte auf, auf dem der Strahlungsdetektor bzw. die EMV-Abschirmung angeordnet sein können.
Aufgrund der kleinbauenden EMV-Abschirmung sinken die Kosten entsprechend. Dies gilt auch für die Montagekosten. Durch den optimierten Aerosolstrom wird das Risiko einer Sensorverschmutzung mit Vorteil herabgesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle ein Laser oder eine Leuchtdiode. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Strahlungsdetektor eine Fotodiode.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die EMV-Abschirmung eine erste Seitenwand und eine in der Strömungsrichtung dahinter angeordnete zweite Seitenwand aufweist, wobei die erste Seitenwand in der Strömungsrichtung vorzugsweise kontinuierlich ansteigend und die zweite Seitenwand in der Strömungsrichtung vorzugsweise kontinuierlich abfallend ausgebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die EMV- Abschirmung eine Deckwand auf, die die beiden Seitenwände miteinander verbindet, und zwar vorzugsweise einstückig bzw. integral.
Die Deckwand weist dabei gemäß einer Ausführungsform bevorzugt eine Öffnung auf, durch die hindurch Strahlung zum Strahlungsdetektor gelangen kann bzw. Strahlung von der Strahlungsquelle abgegeben werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen weiteren Strömungskanal zum Führen eines zusätzlichen Fluidstroms umgibt, derart dass der zusätzliche Fluidstrom zwischen dem Strahlungsdetektor und/oder zwischen der Strahlungsquelle und dem Aerosolstrom strömt. Der zusätzliche Fluidstrom strömt zwischen dem Aerosolstrom und dem Strahlungsdetektor bzw. der Strahlungsquelle und schirmt somit den Strahlungsdetektor/Strahlungsquelle ab und schützt diese Komponenten vor einer Verunreinigung durch Partikel des Aerosolstroms. Insbesondere kann der zusätzliche Fluidstrom ein Mantelstrom sein, der den Aerosolstrom umgibt. Der weitere Strömungskanal kann wiederum mit dem besagten Einlass und/oder dem besagten Auslass kommunizieren. Bei dem zusätzlichen Fluidstrom kann es sich z.B. um einen Luftstrom, insbesondere einen gefilterten Luftstrom handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der weitere Strömungskanal dazu ausgebildet ist, den zusätzlichen Fluidstrom auf die erste ansteigende Seitenwand der EMV-Abschirmung zu richten, so dass der zusätzliche Fluidstrom über die EMV-Abschirmung hinweg führbar ist.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der weitere Strömungskanal durch eine Wandung von dem Strömungskanal des Aerosolstroms getrennt ist. Im Bereich der EMV-Abschirmung steht der weitere Strömungskanal gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit dem Strömungskanal des Aerosolstroms im Strömungsverbindung.
Ganz besonders bevorzugt ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die EMV-Abschirmung so ausgestaltet ist, dass der über die EMV- Abschirmung hinweg geführte zusätzliche Fluidstrom entlang der EMV-Abschirmung laminar strömt. Dies kann z.B. durch die entsprechend ansteigende bzw. abfallende Seitenwand sichergestellt werden, die hier als Leitelemente für den zusätzlichen Fluidstrom dienen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelsensor einen Filter aufweist, zum Reinigen des zusätzlichen Fluidstroms stromaufwärts des Strahlungsdetektors und/oder stromaufwärts der Strahlungsquelle. Der Fluidstrom wird also mit anderen Worten erst durch einen Filter gesaugt, so dass er frei von Partikeln ist. So kann er eine Verstaubung des Strahlungsdetektors bzw. der Strahlungsquelle wirksam verhindern und gleichzeitig diese Komponenten von dem mit Partikeln versehenen Aerosolstrom abschirmen.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Strahlungsdetektor und/oder die Strahlungsquelle auf einer Trägerplatte angeordnet ist bzw. sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Trägerplatte um eine Leiterplatte, insbesondere um eine gedruckte Leiterplatte.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor in eine einzelne Sensoreinheit integriert sind, die zumindest abschnittsweise durch die EMV-Abschirmung überdeckt ist, wobei insbesondere nunmehr auch die Strahlung von der Strahlungsquelle durch die Öffnung der Deckwand hindurch emittierbar ist. Die Strahlung kann daher kompakt emittiert und detektiert werden.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Trägerplatte zusammen mit einem Gehäuseteil des Partikelsensors den Strömungskanal zumindest abschnittsweise begrenzt.
Gemäß einer weitern Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägerplatte eine Durchgangsöffnung zum Durchführen des zusätzlichen Fluidstroms aufweist.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Seitenwände und die Deckwand der EMV-Abschirmung aus einem elektrisch leitfähigen Material (insbesondere aus einem Metall oder aus einem metallisierten Kunststoff) gebildet sind.
Die EMV-Abschirmung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an der Trägerplatte festgelegt. Hierbei ist bevorzugt die EMV-Abschirmung an der Trägerplatte festgelötet, wobei insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung mit der zwischen der EMV-Abschirmung und der Leiterplatte hergestellt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die EMV-Abschirmung einen ersten Fußabschnitt aufweist, der mit der ersten Seitenwand verbunden ist und mit der Trägerplatte bzw. Leiterplatte verlötet ist.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die EMV- Abschirmung einen zweiten Fußabschnitt aufweist, der mit der zweiten Seitenwand verbunden ist und mit der Trägerplatte bzw. Leiterplatte verlötet ist.
Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann zur Detektion von verschiedenen Partikelgrößen ausgelegt sein, insbesondere PM1 ,0, PM2,5, PM4, oder PM10. So bezeichnet z.B. PM2,5 partikelförmige Stoffe mit einem Durchmesser kleiner als 2,5 Mikrometer.
Im Folgenden sollen Ausführungsformen der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors,
Fig. 2 ein Detail der Figur 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Partikelsensors, insbesondere einer Trägerplatte des Partikelsensors mit der darauf angeordneten EMV- Abschirmung,
Fig. 4 ein Detail der Fig. 3, und
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Gehäuseteil des Partikelsensors, das den Strömungskanal sowie den weiteren Strömungskanal des Partikelsensors begrenzt.
Fig. 1 zeigt im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 1 zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen in einem Aerosolstrom A, der durch den Partikelsensor 1 geleitet wird. Der Partikelsensor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen Einlass 20 für den Aerosolstrom A und einen Auslass 21 für den Aerosolstrom A aufweist, wobei das Gehäuse 2 weiterhin einen mit dem Einlass 20 und dem Auslass 21 kommunizierenden Strömungskanal 3 bildet.
Der Partikelsensor 1 weist weiterhin eine Strahlungsquelle 31 auf (z.B. in Form einer Diode, die Licht emittiert, insbesondere Laserdiode, z.B. Oberflächenemitter (VC SEL)), die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung L in den Strömungskanal 3 zu emittieren (vgl. Fig. 2), die z.B. im Wellenlängenbereich von 500nm bis 1100nm, insbesondere 640nm bis 950nm, liegt, so dass die Strahlung L mit partikelförmigen Stoffen des durch den Strömungskanal 3 in einer Strömungsrichtung R geleiteten Aerosolstroms A in Wechselwirkung treten kann. Weiterhin ist im Strömungskanal 3 ein Strahlungsdetektor 30 (z.B. optischer Sensor, insbesondere Fotodiode) angeordnet, der dazu ausgebildet ist, Strahlung der Strahlungsquelle 31 nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms A zu erfassen, um z.B. deren Konzentration zu ermitteln. Hierzu kann der Partikelsensor 1 eine entsprechende Auswertungselektronik aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Strahlungsquelle 31 und der Strahlungsdetektor 30, wie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt, durch eine Sensoreinheit 300 gebildet, in der beide Komponenten 30, 31 integriert sind.
Der Strahlungsdetektor 30 bzw. die Sensoreinheit 300 ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise durch eine EMV-Abschirmung 4 überdeckt, die im Gehäuse 2 entlang des Strömungskanals 3 angeordnet ist. Die EMV-Abschirmung 4 ist dabei auf einer Trägerplatte 7 festgelegt, auf der auch die Sensoreinheit 300 angeordnet ist, und zwar unterhalb der EMV-Abschirmung 4, so dass sich diese über die Sensoreinheit 300 hinweg erstreckt. Die Trägerplatte 7 ist dabei als Leiterplatte 7 ausgestaltet, wobei Sensoreinheit 300 und EMV-Abschirmung 4 jeweils vorzugsweise mit der Leiterplatte 7 verlötet sind.
Das Gehäuse 2 umgibt einen weiteren Strömungskanal 3a zum Führen eines zusätzlichen Fluidstroms A‘, derart, dass der zusätzliche Fluidstrom A‘ zwischen dem Strahlungsdetektor 30 bzw. der Strahlungsquelle 31 und dem Aerosolstrom A strömt. Der weitere Strömungskanal 3a kann wiederum mit dem Einlass 20 und/oder dem Auslass 21 kommunizieren. Der weitere Strömungskanal 3a ist dazu ausgebildet, den zusätzlichen Fluidstrom A‘ so zu leiten, dass dieser die EMV-Abschirmung 4 anströmt. Hierbei ist der weitere Strömungskanal 3a durch eine Wandung 60 von dem Strömungskanal 3 getrennt. Die Trägerplatte 7 kann eine Durchgangsöffnung 7a zum Durchführen des zusätzlichen Fluidstroms A‘ aufweisen, so dass dieser anschließend zwischen der Wandung 60 und der Trägerplatte 7 zur EMV-Abschirmung 4 geleitet wird. Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich ist, weist die EMV- Abschirmung 4 bevorzugt eine erste Seitenwand 40 und eine in der Strömungsrichtung R dahinter angeordnete zweite Seitenwand 41 auf, wobei die erste Seitenwand 40 in der Strömungsrichtung R ansteigend und die zweite Seitenwand 41 in der Strömungsrichtung R abfallend ausgebildet ist. Die beiden Seitenwände 40, 41 sind dabei insbesondere mit einer Deckwand 42 der EMV-Abschirmung miteinander verbunden. Die Deckwand 42 weist bevorzugt eine Öffnung 43 auf, durch die hindurch die Strahlungsquelle 31 Licht L in den Strömungskanal 3 aussenden kann und der Strahlungsdetektor 30 Strahlung aus dem Strömungskanal empfangen kann.
Die Seitenwände 40, 41 und die Deckwand 42 sowie ggf. weitere Komponenten der EMV-Abschirmung 4 (z.B. die weiter unten beschriebenen Fußabschnitte 400, 401) sind bevorzug aus einem Material gebildet, das elektrisch leitfähig ist oder ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Bei dem elektrisch leitfähigen Material kann es sich z.B. um ein Metall handeln.
Besonders bevorzugt ist die EMV-Abschirmung 4 so ausgestaltet, dass der im weiteren Strömungskanal 3a zur EMV-Abschirmung 4 geführte Fluidstrom A‘, der den Strahlungsdetektor 30 bzw. die Strahlungsquelle 31 vom Aerosolstrom A abschirmt, über die EMV-Abschirmung 4 hinweg laminar strömt. Dies wird durch die ansteigende bzw. abfallende Seitenwand 40, 41 sichergestellt. Durch den Fluidstrom A‘ wird das Risiko einer Verunreinigung des Strahlungsdetektors 30 bzw. der Strahlungsquelle 31 signifikant herabgesetzt. Der Partikelsensor 1 kann weiterhin einen Filter aufweisen (nicht gezeigt), der zum Reinigen des zusätzlichen Fluidstroms A stromaufwärts des Strahlungsdetektors 30 bzw. der Strahlungsquelle 31 dient.
Zum Festlegen der EMV-Abschirmung an der Träger- bzw. Leiterplatte 7 ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese zwei Fußabschnitte 400, 401 aufweist, wobei der erste Fußabschnitt 400 von der ersten Seitenwand 40 abgeht und mit der Träger- bzw. Leiterplatte 7 verlötet ist. In analoger Weise geht der zweite Fußabschnitt 401 von der zweiten Seitenwand 41 ab und ist ebenfalls mit der Träger- bzw. Leiterplatte 7 verlötet.
Zum Erzeugen des Aerosolstroms A bzw. des zusätzlichen Fluidstroms A‘ kann der Partikelsensor 1 weiterhin ein Strömungserzeugungsmittel 5, vorzugsweise in Form eines Ventilators 5, aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Aerosolstrom A über den Einlass 20 durch den Strömungskanal 3 strömen zu lassen und aus dem Auslass 21 auszugeben, so dass der Aerosolstrom A am Strahlungsdetektor 30 bzw. an der Sensoreinheit 300 vorbeigeführt wird. Alternativ hierzu kann der Partikelsensor 1 ein Strömungserzeugungsmittel 5 einer anderen Einheit verwenden, die dem Partikelsensor 1 den Aerosolstrom A zuleitet. Das Strömungserzeugungsmittel 5 muss daher nicht notwendigerweise eine Komponente des Partikelsensors 1 darstellen. Der zusätzliche Fluidstrom A‘ kann über die Öffnung 7a der Trägerplatte 7 in Richtung auf die EMV-Abschirmung 4 gesaugt werden. Wie anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, wird der Strömungskanal 3 bzw. der weitere Strömungskanal 3a vorzugsweise durch ein Gehäuseteil 6 und die Träger- bzw. Leiterplatte 7 zumindest abschnittsweise begrenzt. Das Gehäuseteil 6 kann eine Wandung 60 aufweisen, die den weiteren Strömungskanal 3a vom Strömungskanal 3 trennt. Die Trägerplatte 7 bildet dabei einen Boden des weiteren Strömungskanals 3a, wobei der Strahlungsdetektor 30 sowie die Strahlungsquelle 31 , vorzugsweise in Form der Sensoreinheit 300, auf der Trägerplatte 7 angeordnet sind, so dass diese entlang des Strömungskanals 3 zu liegen kommen. Die Strahlung L wird hier normal zur Trägerplatte 7 in den Strömungskanal 3 emittiert und an den partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms A zurückgestreutes Licht kann vom Strahlungsdetektor 30 detektiert werden.
Bevorzugt weist der Partikelsensor 1 weiterhin einen Temperatursensor 32 auf, der am Einlass 20 des Strömungskanals 3 angeordnet ist.
Zum elektrischen Kontaktieren des Partikelsensors 1 sind auf der Träger- bzw. Leiterplatte 7 elektrische Kontakte 70 vorgesehen, z.B. zum Herstellen einer Verbindung zur Auswertelektronik des Partikelsensors, so dass ein Ausgangssignal des Partikelsensors über die Kontakte 70 auslesbar ist.

Claims

Ansprüche
1. Partikelsensor (1) zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen in einem Aerosolstrom (A), der durch den Partikelsensor (1) geleitet wird, aufweisend: ein Gehäuse (2), das einen Einlass (20) für den Aerosolstrom (A) und einen Auslass (21) für den Aerosolstrom (A) aufweist, wobei das Gehäuse (2) weiterhin einen mit dem Einlass (20) und dem Auslass (21) kommunizierenden Strömungskanal (3) umgibt, durch den der Aerosolstrom (A) in einer Strömungsrichtung (R) führbar ist, eine Strahlungsquelle (31), die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung in den Strömungskanal (3) zu emittieren, so dass die Strahlung mit partikelförmigen Stoffen des durch den Strömungskanal (3) geleiteten Aerosolstroms (A) in Wechselwirkung tritt, und einen Strahlungsdetektor (30), der dazu ausgebildet ist, Strahlung nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms (A) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (30) zumindest abschnittsweise durch eine EMV- Abschirmung (4) überdeckt ist, die in einem vom Gehäuse (2) umgebenen Innenraum (2a) angeordnet ist.
2. Partikelsensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die EMV- Abschirmung (4) eine erste Seitenwand (40) und eine in der Strömungsrichtung (R) dahinter angeordnete zweite Seitenwand (41) aufweist, wobei die erste Seitenwand (40) in der Strömungsrichtung (R) ansteigend und die zweite Seitenwand (41) in der Strömungsrichtung (R) abfallend ausgebildet ist.
3. Partikelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die EMV- Abschirmung (4) eine Deckwand (42) aufweist, die die beiden Seitenwände (40, 41) miteinander verbindet.
4. Partikelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckwand (42) eine Öffnung (43) aufweist durch die hindurch Strahlung zum Strahlungsdetektor (30) gelangen kann. Partikelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen weiteren Strömungskanal (3a) zum Führen eines zusätzlichen Fluidstroms (A‘) umgibt, derart, dass der zusätzliche Fluidstrom (A‘) zwischen dem Strahlungsdetektor (30) und/oder der Strahlungsquelle (31) und dem Aerosolstrom (A) strömt. Partikelsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Strömungskanal (3a) dazu ausgebildet ist, den zusätzlichen Fluidstrom (A‘) auf die erste Seitenwand (40) der EMV-Abschirmung (4) zu richten. Partikelsensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Strömungskanal (3a) durch eine Wandung (60) von dem Strömungskanal (3) getrennt ist. Partikelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die EMV-Abschirmung (4) so ausgestaltet ist, dass der über die EMV-Abschirmung (4) hinweg geführte zusätzliche Fluidstrom (A‘) entlang der EMV-Abschirmung (4) laminar strömt. Partikelsensor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor (1) einen Filter aufweist, zum Reinigen des zusätzlichen Fluidstroms (A‘) stromaufwärts des Strahlungsdetektors (30) und/oder stromaufwärts der Strahlungsquelle (31). Partikelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (30) und/oder die Strahlungsquelle (31) auf einer Trägerplatte (7) angeordnet ist. Partikelsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (7) eine Leiterplatte (7) ist. Partikelsensor nach 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (7) zusammen mit einem Gehäuseteil (6) des Partikelsensors (1) den Strömungskanal (3) zumindest abschnittsweise begrenzt. Partikelsensor nach Anspruch 5 und nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (7) eine Durchgangsöffnung (7a) zum Durchführen des zusätzlichen Fluidstroms (A‘) aufweist. Partikelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (31) und der Strahlungsdetektor (30) in eine Sensoreinheit (300) integriert sind, die zumindest abschnittsweise durch die EMV-Abschirmung (4) überdeckt ist. Partikelsensor nach Anspruch 2 oder 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 14 soweit rückbezogen auf Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (40, 41) und die Deckwand (42) der EMV-Abschirmung (4) aus einem elektrisch leifähigen Material gebildet sind. Partikelsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die EMV-Abschirmung (4) an der Trägerplatte (7) festgelegt ist. Partikelsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 15 oder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die EMV-Abschirmung (4) an der Trägerplatte (7) festgelötet ist. Partikelsensor nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die EMV-Abschirmung (4) einen ersten Fußabschnitt (400) aufweist, der mit der ersten Seitenwand (40) verbunden ist und mit der Trägerplatte (7) verlötet ist. Partikelsensor nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die EMV-Abschirmung (4) einen zweiten Fußabschnitt (401) aufweist, der mit der zweiten Seitenwand (41) verbunden ist und mit der Trägerplatte (7) verlötet ist.
*****
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