JP2019526037A - 空気中の粒子の質量濃度を計測するためのセンサシステム - Google Patents

Abstract

本出願は、空気流中の所定の閾値よりも小さい粒子の質量濃度を計測するためのセンサシステムであって、粒子を有する空気の総流量を受け入れるための入口であって、空気の総流量を主流と副流に分割するためであって、主流は所定の閾値よりも小さい粒子を含み、副流は所定の閾値よりも大きい粒子を含む、主流と副流に分離するための、主流を第１のダクトへ導くための、および副流を第２のダクトへ導くための第１のスプリッタに接続された入口と、第１のダクトと第２のダクトが一体になる接合部および接合部に結合された出口と、第１のダクト内に配置され、主流に含まれる所定の閾値よりも小さい粒子の量を測定するためのセンサと、を含む。センサシステムはさらに、総流量を引き込んでシステムに通すための第１のフローファンと、主流を引き込んで第１のダクトに通すための第２のフローファンとを含む。

Description

本発明は、空気中の粒子の質量濃度を計測するセンサシステム、センサユニット、および前記センサユニットを動作させる方法に関する。本発明はさらに、センサシステムおよびセンサユニットを備える車両に関する。

微粒子物質は、これらの粒子の増大した放出および健康に対する空気品質の有害作用に起因して、過去数十年間にますます注目されている。これらの粒子は、典型的には１０μｍ未満（すなわちＰＭ１０）の空気力学的直径を有しており、より小さい粒子（例えば、２．５μｍ以下またはＰＭ２．５、１．０μｍ以下またはＰＭ１．０および０．１μｍ以下またはＰＭ０．１）は、空気の品質に最も有害作用を有すると考えられる。一般的に交通において、特に交通渋滞、トンネルまたは信号機では、例えば排気量の増加および／または換気の制限に起因してこれらの環境における局所粒子濃度の増加のために、空気品質への影響がさらに悪化することがある。

固体および／または液体物質を含む粒子の質量濃度をリアルタイムで計測するためのセンサシステムは、当技術分野で知られている。既知のシステムの大部分は、移動する車両内またはその周りの様々な供与源からの空気（例えば、環境空気、ＨＶＡＣシステムからの空気または機室空気）のサンプリングなど、条件（例えば、振動、温度、湿度、圧力）が可変であり、他の制約（例えば、大きさ、重量、ノイズ）が当てはまる用途において使用するのに適していない。

例えば、国際公開第２００９／０２１１２３号は、粒度偏析した粒子の質量濃度を測定するセンサシステムを開示している。このセンサシステムは、パルス高さおよび／またはタイム・オブ・フライトを測定することにより計測された粒子流の質量濃度、光学的粒径分布および空気力学的粒径分布の同時およびリアルタイムの表示を提供することができる。従って、実験室やその他の試験環境に理想的に適している。しかしながら、ほとんどの状況において、粒径分布の完全なスペクトルを決定する必要はない。従って、そのようなセンサシステムは、特定の閾値よりも小さい粒子の凝集した質量濃度のみに関心がある場合、求められる以上に複雑である。結果として、典型的には、様々な状況（例えば、車両内）において要求される以上に、および適する以上に、より高価であり、より脆弱であり、より重く、より大きい。さらに、このセンサシステムは、一定の流れを生成するために高い圧力勾配を生成することができるポンプまたはブロワを使用しており、これらは典型的には、いくつかの状況において許容範囲以上に、よりかさばり、より雑音があり、より多くの電力を消費する。

国際公開第２０１５／００８５１９号では、空気中の粒子の質量濃度を計測するためのより単純なセンサシステムが記載されている。このセンサシステムは、慣性に基づいた分離によって特定の閾値より大きい粒子が奪われた検出ボリューム内で共同して空気の流れの生成を担当している、単一のファン、バーチャルインパクタ、および２つのダクトを備えている。それにより、センサシステムは、流れの中で関心のある粒子を選択することができる。この流れにおいて組み合わされた全ての粒子の質量濃度は計測することができ、特定の閾値よりも小さい粒子（例えば、ＰＭ２．５）の凝集した質量濃度を示している。さらに、流れを生成するためにファンを使用するシステムは、高い圧力勾配を作り出すポンプ（例えば、＞１００．０００Ｐａ）またはブロワ（例えば、５００〜１０００Ｐａ）を使用するシステムと同じくらいにノイズを生成しないか、または電力を消費しない。しかしながら、開示されたセンサシステムの欠点は、バーチャルインパクタの幾何学的形状が固定されており、総流量を変化させることが結果的に、粒径の閾値を変化させるだけでなく、分離効率を変更することになるので、単一の（または小さな範囲の）閾値よりも小さい粒子の連続的なリアルタイム測定のために最適化されていることである。

国際公開第２００９／０２１１２３号 国際公開第２０１５／００８５１９号

従って、本発明の１つの目的は、環境、車両の機室または換気（例えば、ＨＶＡＣ）システムから抽出され得る周囲空気の試料流における粒子（例えば、ＰＭ２．５）の質量濃度をリアルタイムで計測するためのシステムを提供することである。この情報は、粒子の現在の質量濃度レベルに関して運転手に知らせるために使用されてもよい。さらに、車両の機室を換気するために使用され、それにより運転手に提供される空気のどの供与源を決定するか、または自動的に選択するために使用されてもよい。あるいは、フィルタ性能を示すか、メンテナンス要件を決定するために使用されてもよい。

本発明は、空気流中の所定の閾値よりも小さい粒子の質量濃度を計測するためのセンサシステムを提案しており、システムは、粒子を有する空気の総流量を受け入れるための入口であって、空気の総流量を主流および副流に分離するためであって、主流は所定の閾値よりも小さい粒子を含み、副流は所定の閾値よりも大きい粒子を含む、主流および副流に分離するための、主流を第１のダクトへ導くための、および副流を第２のダクトへ導くための第１のスプリッタに接続されている入口と、第１のダクトと第２のダクトとが一体となる接合部および接合部に結合された出口と、主流に含まれる所定の閾値よりも小さな粒子の量（例えば、質量）を測定するために第１のダクト内に配置されたセンサと、総流量を引き込んでシステムに通すための第１のフローファンとを含む。

センサによって計測される量は、計測されるべき質量濃度に相関され得る。センサは、有利には、主流に光ビームを照射するように構成された光学センサである。センサは、有利には、主流内を流れる粒子によって散乱された光を測定するように構成されている。

一態様によれば、センサシステムは、主流を引き込んで第１のダクトに通すための第２のフローファンを含む。

主流を引き込んで第１のダクトに通すための第２のフローファンを含むセンサシステムは、全ての流速（すなわち、総流量、副流および主流）を調整することができ、粒径のずっと広い範囲に対する分離効率の最適化を可能にするという利点を有している。例えば、１）主流と副流の比を一定に保ちながら総流量を増加させることができ（図６のＳ０→Ｓ１を参照）、より鋭いカットオフと粒径の閾値の低減をもたらすか、または２）主流の流量を低減させ、副流の流量を増加させながら、総流量を一定に保つことができ（図６のＳ０→Ｓ２を参照）、粒径の閾値の低減およびこの閾値よりも小さい粒子に対して第１のダクトにおける分離効率の低下をもたらす。これらの実施例から、多種多様な流量を達成することができるので、様々な粒径の閾値に対してフィルタ性能が強化され得ることは明らかである。

さらに、主流を引き込んで第１のダクトに通すための第２のフローファンを含むセンサシステムは、入口、第１のダクトおよび第２のダクト内の流量が非定常の環境条件に大きく独立しており、流量の制御をより正確にできるという利益を有している。従って、そのようなセンサシステムは、移動する車両内または車両のＨＶＡＣシステム内のように、サンプリングされた空気が定常でない環境において正確に質量濃度を計測するのに理想的に適している。本発明によるセンサシステムの驚くべき利点は、第１のダクトおよび第２のダクト内の流量を変化させることによって閾値粒径を調節できることである。さらに、第１のダクトにファンを装備することにより、センサの汚染を制限するシース流を生成し、それにより、ダクト内に従来技術で説明したようなシース流を提供する追加のファンを必要とせずにその寿命を延ばすことが可能である。

従って、本発明は、自動車に使用するのに特に適したセンサシステムを提供する。ここでは、エアロゾルの質量濃度を計測することが特に関連している。

第１のフローファンは、様々な位置、例えば入口と第１のスプリッタとの間、または接合部と出口との間、または第２のダクト内、すなわち第１のスプリッタと接合部との間に配置することができる。第２のフローファンは、有利には、第１のダクト内、すなわち第１のスプリッタと接合部との間に配置され、センサの上流または下流に配置され得る。

ファンを使用して空気の流れを生成する利点は、高い圧力勾配を生成するポンプまたはブロワよりも、それらは、より小さく、より少ないエネルギーを消費し、より少ないノイズを生成することである。全ての種類のファン（例えば、軸、径）は、第１のファンまたは第２のファンとして使用することができる。好ましくは、径方向ファンは一般的に軸方向ファンよりも高い圧力勾配（例えば、≦１５０Ｐａ）を生成し、それにより、より安定した流れを生成するので、径方向ファンを使用することが好ましい。典型的には、適切なフォームファクタを有しており、他の要件（例えば、ノイズ生成）を満たす径方向ファンは、６０から１２０Ｐａの圧力勾配を生成する。具体的には、１００Ｐａを生成する径方向ファンが十分に適している。

総流量は、任意の直径などの未知の物理的特性を有する粒子を含む。その目的は、例えばＰＭ２．５であり得る所定の閾値未満の空気力学的直径を有する粒子を測定することである。これは、第１に、第１のスプリッタを用いて総流量を副流および主流に分離することにより達成される。第１のスプリッタは、有利には、閾値より大きい総流量内の粒子が実質的に全て副流に向けられ、閾値よりも小さい総流量内の粒子は実質的に全て主流に向けられるように、総流量を分割するように構成されている。続いて、主流内の粒子は、例えば、ＰＭ２．５の濃度を決定するために測定される。

第１のスプリッタの使用は、粒子の粒径分布に関する追加の情報を必要とすることなく組み合わされた主流に含まれる全ての粒子の質量濃度の計測を可能にするので、センサに達し、粒子の質量濃度が測定される主流は、粒子の一部としてすでに奪われ、測定を単純化するという利点を有している。さらに、センサのようなセンサシステムの構成要素を、その寿命が制限され得る主流中の汚染粒子へ暴露することを低減する。

選択された閾値よりも大きな粒子が主に奪われた主流を生成することができる全ての既知の種類のスプリッタは、第１のスプリッタとして適している。好ましくは、第１のスプリッタは、サイクロンフィルタまたはバーチャルインパクタのような慣性に基づいて選択された閾値よりも大きい粒子を主に分離する。これらの種類のスプリッタは、粒子を流れから除去するために粒子が使用の間に堆積されるインパクタまたは埋込表面を使用するフィルタなどのような分離デバイスと比較して、それらが改善された寿命を有するという利点を有している。一実施形態では、フォームファクタ（例えば、長さと幅の比）が適切な場合にサイクロンフィルタが使用されてもよい。好ましい実施形態では、第１のスプリッタはバーチャルインパクタを含む。バーチャルインパクタの利点は、それがサイクロンフィルタよりも柔軟なフォームファクタを有していることである。さらに、第１のスプリッタ性能は、粒子の再飛散または粒子の跳ね返りに悩まされることはなく、サイクロンフィルタのように大きな粒子が堆積する表面を有していない。第１のスプリッタとしてのバーチャルインパクタの主な構成要素は、総流量の方向を規定する軸を有する第１のスプリッタ入口（総流量）、並びに少なくとも第１のダクトに接続された第１の分岐部（主流）および第２のダクトに接続された第２の分岐部（副流）への分岐点を含む第１のスプリッタ出口を含む。第１および第２の分岐部は有利的に、総流量から第１の分岐部への流れ方向の角度変化が、総流量から第２の分岐部への流れ方向の角度変化より大きくなるように方向付けられている。例えば、第１の分岐部は、第１のスプリッタ入口の軸に垂直であってもよく、第２の分岐部は、第１のスプリッタ入口の軸に平行であってもよい。第１のスプリッタは、粒子の主流および副流への良好な分離を達成するために、第１のスプリッタ出口で総流量の流速を加速するためのノズルを備えていてもよい。この加速ノズルは、第１のスプリッタ出口に及ぶように配置されてもよい。さらに、第１のスプリッタ出口は、粒子の分離効率を改善するように、ファンによって消費されるエネルギーの量を低減するように、および前記分岐部または連結ダクトの側壁の汚染を低減するように、加速ノズルから下流に、例えば一つまたは複数の分岐部において実装され得る減速または減圧ノズルを含み得る。

１つの実施形態では、センサシステムの総流量は、総流量の平均速度を増加させるために減少した直径（例えば直径約６ｍｍから直径約３ｍｍまで）を有する加速ジェットまたはノズルを介して加速される。以後、総流量はスプリッタによって、空気の平行な流れ（副流、例えば直径約６ｍｍまで）および垂直な流れ（主流、例えば直径１．５ｍｍまで）に分割される。空気チャネルの配置は、粒子の慣性が支配的であるときに、粒子がその初期の軌道を継続する傾向があるようにおかれる。この効果は、流れの加速および分割が流速の突然の減速によって続いて起こるときにより強くなる。より小さい慣性を有する粒子は、流れの平均方向を規定する流線に従う傾向がある。従って、スプリッタは有利的に、総流量を、第２ダクトを経て出口に導く副流と、第１のダクトを経て出口に導く主流に分割するために、平行分岐部および垂直分岐部を含む。

一実施形態では、システムは、第１および第２のファン速度を制御するコントローラを備え、コントローラは、第１および第２のファン速度を制御して、主流と副流との間で所定の比が得られるように主流および副流における流量を制御するように構成されている。閾値粒径が固定されている状況において、第１および第２のファン速度は一定になるように選択してもよい。典型的には、総流量の大部分は主流に通され、総流量の実質的により小さい部分（例えば１０〜２０％）は副流に通される。これは、関心のある粒子の大部分が測定するために主流に通され、ごく少数しか副流に入らないことを確かにする。本発明による実施形態では、主流の流量は、副流の流量よりも小さく（例えば、１：５から１：２０）、好ましくは１：１０である。絶対的な意味での主流における流量は、例えば０．１から１Ｌ／分の範囲であり、好ましくはおおよそ３Ｌ／分であり、絶対的な意味での総流量は、例えば１から１０Ｌ／分の範囲であり、好ましくはおおよそ０．３Ｌ／分であり得る。副流の流量よりも小さい主流の流量を有する利点は、より大きい粒子はより小さい粒子よりも質量濃度においてより大きな効果を有しているので、主流に入る閾値よりも大きい粒子の量を低減させ、それにより測定を相当にゆがめることである。さらに、より少ない粒子がこのセンサに供給されるので、センサの汚染を制限する。さらに、より小さな圧力勾配を必要とし、それにより、より少ない電力を消費し、並びにより高価で、より容積が大きく、より雑音の多いポンプまたはブロワの代わりにファンの使用を可能にしている。バーチャルインパクタの近くの流れは、この実施形態において良好な分離効果を達成するために、乱流とする必要がないので、後者はさらに低減されさえする。

本発明によるシステムは、センサの寿命を制限し得る、センサの粒子への露出を低減するために、試料空気を少なくとも部分的に取り囲むシース空気を生成する第２のスプリッタユニットをさらに備え得る。そのような第２のスプリッタユニットは、センサから上流に第１のダクト内に配置されてもよく、第２のスプリッタユニットは、中心流（例えば、円筒状）である試料流と、同軸ジャケット（例えば菅状）であるシース流とを生成するように構成されている。それに加えて、このシステムは、第１の中空ダクト（例えば管状）と、第１の中空ダクトの少なくとも一部を取り囲む第２の中空ダクト（例えば管状）と、入ってくる空気に第１の中空ダクトへの本質的に妨げられない入口を提供し、および入ってくる空気にフィルタ（例えば、繊維状フィルタ）を介した第２の中空ダクトへの平行な入口を提供する、第２のスプリッタ入口とを含み得る。第１の中空菅は、シース空気と試料空気との間の所望の流量比を得るために設計された流量制御（例えば断面）を有していてもよい。

第２のスプリッタユニットによって達成されるこのシース流の概念は、光学室内の試料流およびシース流の混合の量が無視できる場合、試料流中の粒子は実質的に試料流中に残るという原理に基づいている。この目的のために、試料流は、粒子が試料流からシース流に逃げるのを防ぐ圧力勾配を提供している清浄な空気のシース流によって取り囲まれている。

シース流の清浄な空気は、例えば、フィルタに提供される主流の部分に含まれる粒子を濾過することによって生成される。試料流の静圧を犠牲にして試料流の動圧が増加するように、シース流の速度は試料流よりも低い（例えば、３倍から７倍低い、好ましくは約５倍低い）。これは、試料流の静圧よりも大きいシース流の静圧をもたらす。圧力勾配は、試料流中に存在する粒子が試料流の外に広がるのを避けることを目的とし、それにより、本発明によるシステムの動作中にセンサ構成要素の汚染を防止する。

システムにおいて、センサは、空気流が侵入することを可能にする光学室と、侵入する空気に対して光学室の領域を通る光ビームを生成するための電磁放射源、空気流を侵入させた後に放射源から光を受け入れおよび吸収するための光トラップ、侵入した空気流における粒子によって散乱された光を収集するための光子コレクタを含み、これは従来技術によれば、粒子の質量濃度に対して良好な測定となることが知られている。任意の光源（例えば、ＬＥＤ）を使用することができるが、好ましくはレーザが使用される。レーザは、粒子の質量濃度を確実に決定するために必要である小さなスペクトルを有している。さらに、安定性は温度変動の影響をより小さく受ける程度である。典型的には、可視領域、好ましくはより長い波長領域（例えば、赤、６５５ｎｍまで）、または赤外線領域の光が使用される。

さらなる態様によれば、少なくとも２つの上述したようなシステムが一体化されたハウジングを備えたセンサユニットが提供され、それぞれ少なくとも２つの電磁放射源は全く同一の装置によって形成され、ユニットは、光源からの光ビームを受け入れ、それをそれぞれのシステムで使用される少なくとも２つのビームに分割するためのビームスプリッタを備えている。これは、少なくとも２つのビームの強度が常に相関されており、従って補償のための任意の追加の手段を必要とせずに即座に比較することができるので有利である。これは特に、例えば外部（例えば、車両の環境）および内部（例えば車両の機室）の両方のＰＭ２．５濃度が測定され、後で比較される場合に有利である。ビームスプリッタは、例えば、受光領域と、受光領域に対向して配置された本質的にＶ字形のビーム分割ミラー面とを有するプリズムを含むことができる。

上述のようなセンサユニットは、有利には、二重光ビーム発生器を備える。二重光ビーム発生器は、レーザビームを発生させるためのダイオードレーザなどの電磁放射源と、レーザビームを少なくとも二つのビームに分割するように構成されたプリズムとを含む。プリズムは、例えば、共通のハウジング内に配置された、受光領域と、受光領域に対向して配置されたビーム分割ミラー面とを備えてもよい。ビーム分割ミラー面は、本質的にＶ字形であり得る。

好ましくは、センサユニットは、２つのシステムの各々において測定された粒子の量を比較するために構成された処理ユニットを含む。この情報は、換気のために使用される空気の供与源を選択するために使用され得る。本発明によるセンサユニットを備えた車両は、例えば、機室が環境から、または機室内から取り出された空気で換気されるか否かを自動的に選択することができる。また、換気またはＨＶＡＣシステムの空気源から小さな粒子を除去することができる装置（例えば、フィルタ、バーチャルインパクタ、サイクロンフィルタ）をトリガするために使用することもできる。

本発明は、以下の図面を参照してより詳細に説明される。

本発明によるシステムの概略図を示している。 第１のスプリッタを詳細に示している。 第２のスプリッタを詳細に示している。 光学室を示している。 光源およびビームスプリッタを示している。 さまざまな流速に対する第１のスプリッタの特性を示している。

図１は、本発明によるシステム１の概略図を示す。システム１は、粒子を有する空気の総流量４を受け入れるための入口２を備えており、入口２は、空気の総流量を主流５と副流６に分離するために、並びに主流を第１のダクト７へ導くために、および副流６を第２のダクト８へ導くために第１のスプリッタ３に接続されており、主流５は所定の閾値よりも小さい粒子を含み、副流６は所定の閾値よりも大きな粒子を含む。両ダクト７、８は、出口１０に結合された接合部９で一体になる。システム１はまた、主流５に含まれる所定の閾値よりも小さい粒子の量を測定するために第１のダクト７に配置されたセンサ１１と、総流量４を引き込んでシステム１に通すための第１のフローファン１２とを含む。システム１は、主流を引き込んで第１のダクト７に通すための第２のフローファン１３をさらに含む。第１のフローファン１２および第２のフローファン１３は、主流と副流との間で所定の比が得られるように第１および第２のファン速度を制御するためのコントローラ１４に結合されている。さらに、システムは、第１のダクト７内で、センサ１１の上流に配置された第２のスプリッタユニット１５を備える。

図２は、第１のスプリッタ３を詳細に示している。第１のスプリッタ３は、いわゆるバーチャルインパクタである。スプリッタ３は、流速を

総流量４を加速するための加速ジェット（ノズル）１５１と、総流量を、第１のダクト７を経て出口へ導く、流速

を有する主流５および第２のダクト８を経て出口へ導く副流６に分割するための平行分岐部１６および垂直分岐部１７とを含む。あるいは、副流６の流速を

まで低減させるために減速ノズルが平行分岐部内に配置されてもよい。流れの線の数は、流量と相関している。主流内の流量は、有利的に副流内の流量より小さい。

図３は、第２のスプリッタ１５を詳細に示している。第２のスプリッタは、第１の中空管１８と、第１の中空管１８の少なくとも一部を包囲する第２の中空管１９と、入ってくる空気に第１の中空管１８への本質的に妨げられない入口を提供し、および入ってくる空気にフィルタ２１を経て第２の中空管１９への平行な入口を提供する第２のスプリッタ入口とを含む。第２のスプリッタ１５は、円筒形状の中心流である試料流２２および同軸の円筒形ジャケットであるシース流２３を作り出すために配置されている。第１の中空管１８および第２の中空管１９は、シース空気と試料空気との間の所望の流量比を得るように設計された断面を有している。

図４は、空気流が侵入することを可能にする光学室を含むセンサ１１を示している。チャンバは、光ビーム３０を生成するための電磁放射源２４と、侵入する空気２６に対して光学チャンバの領域を通る光ビーム３１を形成するための光学素子２５と、空気流を侵入させた後に放射源から光を受け入れおよび吸収するための光トラップ２７と、侵入する空気流２６によって散乱された光を集める光子コレクタ２８とを含む。光源２４によって送られた光の量をコレクタ２８によって受け入れられた光の量と比較することにより、粒子の量を決定することができる。

図５は、光源２４およびビームスプリッタ２９を詳細に示している。本発明は、上述したようなシステム１の２つが一体化されたハウジングを備えるセンサユニットにも関しているので、それぞれの２つの電磁放射源２４は全く同一の装置であり、ビームスプリッタ２９は、放射源２４から光ビーム３０を受け入れるために、およびそれぞれのシステムで使用される２つのビーム３１、３２に分割するために適用される。ビームスプリッタ２９は、受光領域３４および受光領域に対向して配置された本質的にＶ字形のビーム分割ミラー面３５を有するプリズム３３を備えている。分割されたビーム３１、３２は、反対方向に反射されて、統合されたシステム１の一つにおいて使用される。

図６は、第１のダクト内の様々な空気力学的直径を有する粒子の第１のスプリッタの第１のダクト内の分離効率に対する基準状態Ｓ０と、Ｓ０と比較して主流と副流との間の比を一定に保ちながら、総流量を増加して、より鋭いカットオフおよび粒径の閾値の低減をもたらしている状態Ｓ１と、Ｓ０と比較して主流における流量は低減され、従って副流における流量は増大されながら、総流量を一定に維持して、粒径の閾値の低減およびこの閾値より小さい粒子に対する第１のダクト内の分離効率の低下をもたらしている状態Ｓ２を示している。

上記の実施例は単なる例示であり、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を限定するものではないことに留意されたい。

１ システム
２ 入口
３ 第１のスプリッタ
４ 総流量
５ 主流
６ 副流
７ 第１のダクト
８ 第２のダクト
９ 接合部
１０ 出口
１１ センサ
１２ 第１のフローファン
１３ 第２のフローファン
１４ コントローラ
１５ 第２のスプリッタ
１６ 平行分岐部
１７ 垂直分岐部
１８ 第１の中空管
１９ 第２の中空管
２０ 第２のスプリッタ入口
２１ フィルタ
２２ 試料流
２３ シース流
２４ 電磁放射源
２５ 光学素子
２６ 空気流
２７ 光トラップ
２８ 光子コレクタ
２９ ビームスプリッタ
３０ 光ビーム
３１ 光ビーム
３２ 分割ビーム
３３ プリズム
３４ 受光領域
３５ ビーム分割ミラー面

Claims (21)

1. 空気流内の所定の閾値よりも小さい粒子の質量濃度を計測するためのセンサシステム（１）であって、
   粒子を有する空気の総流量（４）を受け入れるための入口（２）であって、
   空気の前記総流量を主流（５）および副流（６）に分離するためであって、
   前記主流は前記所定の閾値よりも小さい粒子を含み、
   前記副流は前記所定の閾値よりも大きい粒子を含む、主流（５）および副流（６）に分離するための、
   前記主流を第１のダクト（７）に導くための、および
   前記副流を第２のダクト（８）に導くための第１のスプリッタ（３）、に接続されている入口と、
   前記第１のダクトと前記第２のダクトとが一体となる接合部（９）および前記接合部に結合された出口（１０）と、
   前記主流に含まれる前記所定の閾値よりも小さい粒子の量を測定するために、前記第１のダクト内に配置されたセンサ（１１）と、
   前記総流量を引き込んで前記システムに通すための第１のフローファン（１２）とを含み、
   前記主流を引き込んで前記第１のダクトに通すための第２のフローファン（１３）によって特徴付けられる、センサシステム。
2. 前記第２のフローファンは、前記第１のダクト内に配置されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１および第２のファン速度を制御するためのコントローラ（１４）を含む、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記主流の流量および前記副流の流量が一定である、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記第１のフローファンおよび前記第２のフローファンは、前記主流の流量の前記副流の流量に対する比が１未満、好ましくは１：５から１：２０、さらにより好ましくは１：１０となるように、前記総流量および前記主流を引き込むように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記第１のスプリッタは、バーチャルインパクタまたはサイクロンフィルタである、請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記第１のスプリッタは、バーチャルインパクタであり、前記総流量の第１の方向を規定する第１のスプリッタ入口と、少なくとも前記第１のダクトに接続された第１の分岐部および前記第２のダクトに接続された第２の分岐部への分岐を含む第１のスプリッタ出口とを含み、前記第１の方向から前記第１の分岐部への流れの方向における角度変化が前記第１の方向から前記第２の分岐部への流れの方向における角度変化よりも大きくなるように前記第１の分岐部および前記第２の分岐部が配向されている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記第１のスプリッタは、平行分岐部（１６）および垂直分岐部（１７）であって、前記総流量を、前記垂直分岐部を経て前記第１のダクトに導く前記主流と、前記平行分岐部を経て前記第２のダクトに導く前記副流に分割するための平行分岐部（１６）および垂直分岐部（１７）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記第１のスプリッタは、前記第１のスプリッタの入口に配置された、前記総流量を加速するための加速ノズル（１５１）を含む、請求項６から８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記第１のスプリッタの出口は、少なくとも１つの減速ノズルを含む、請求項６から９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記センサ（１１）は、
    − 空気流（２６）が侵入することを可能にする光学室と、
    − 侵入する空気に対する前記光学室の領域を通る光束（３１）を生成するための電磁放射源（２４）と、
    − 前記侵入する空気流中の粒子によって散乱された光を集めるための光子コレクタ（２８）とを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記センサは、前記空気流を侵入させた後に前記放射源からの光を受け入れ、および吸収するための光トラップ（２７）を含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記センサの上流で、前記第１のダクト内に配置された第２のスプリッタユニット（１５）を含み、前記第２のスプリッタユニットは、
    − 中心流である試料流、および
    − 同軸ジャケットであるシース流
    を作り出すように配置されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記中心流および／または前記同軸ジャケットが円筒形状である、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記第２のスプリッタは、
    − 第１の中空管（１８）と、
    − 前記第１の中空管の少なくとも一部を包囲する第２の中空管（１９）と、
    − 入ってくる空気に前記第１の中空管への本質的に妨げられない入口を提供し、および入ってくる空気にフィルタ（２１）を経て前記第２の中空管への平行な入口を提供する第２のスプリッタ入口（２０）とを含む、請求項１３または１４に記載のシステム。
16. 請求項１１または１２に記載のシステムの２つが一体化されたハウジングを含むセンサユニットであって、それぞれの前記電磁放射源は全く同一の装置であり、前記ユニットは、前記放射源から光ビームを受け入れるための、および光ビームをそれぞれの前記システム内で使用する二つのビームに分割するためのビームスプリッタを備えている、センサユニット。
17. ２つの前記システムの各々において測定された粒子の量を比較するために構成された処理ユニットを含む、請求項１６に記載のセンサユニット。
18. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のセンサシステムまたは請求項１６または１７に記載のセンサユニットを含む車両。
19. 請求項１６または１７に記載のセンサユニットを備え、２つの前記システムの一方の入口が前記車両の外側に接続され、２つの前記システムの他方の入口が前記車両の内側に接続されている、請求項１８に記載の車両。
20. ２つの前記システムのうちの第１のシステムの入口において車両の外側からの空気流を受け入れるステップと、
    ２つの前記システムのうちの第２のシステムの入口において前記車両の内側からの空気流を受け入れるステップと、
    ２つの前記システムの前記空気流において測定された粒子の量を比較するステップとを含む、請求項１６または１７に記載のセンサユニットを動作させる方法。
21. 請求項１９に記載の車両を換気するために、２つの前記システムのうちの前記第１のシステムの前記入口において前記車両の外側から空気流を受け入れるステップと、２つの前記システムのうちの前記第２のシステムの前記入口において前記車両の内側から空気流を受け入れるステップと、２つの前記システムの前記空気流において測定された粒子の量を比較するステップと、前記車両を換気するために前記空気流の１つを選択するステップとを含む、請求項２０に記載の方法。