JP2020533592A - 粒子状物質センサーデバイス - Google Patents

Abstract

流れ入口（１１）、流れ出口（１２）、及びそれらの間に延在する流路（２）を備えるエンクロージャ（２１）と、流路（２）を通って誘導されるときのエアロゾルサンプルの流れ（２０）内の粒子状物質と放射エネルギーとを相互作用させるように流路（２）に放射エネルギーを放射する放射源と、粒子状物質と相互作用した後の上記放射の少なくとも一部を検出する放射検出器（４）とを備える、粒子状物質センサーデバイス。センサーデバイスは、放射検出器（４）上への及び／又は放射源（３）上への及び／又は検出器（４）及び／又は放射源（３）に近接する流路壁部上への粒子状物質の沈殿を低減するように流れ（２０）を変更する、放射検出器（４）及び／又は放射源（３）の上流に配置された流れ変更デバイス（５１１）を備える。本発明は、同様に、そのような粒子状物質センサーデバイスを使用することによって、エアロゾルサンプル内の粒子状物質のパラメーターを求める方法に関する。【選択図】図１４

Description

本発明は、粒子状物質センサーデバイスに関し、特に、空気中の粒子状物質の個数濃度及び／又は質量濃度を確認するための光学的粒子状物質センサーデバイスに関する。

特許文献１は、粒子濃度を求めるための低コスト光学的粒子センサーを開示している。

特許文献２は、特性を明らかにするエアロゾル内の粒子の形状及びその光学特性に関する知識が全くない状態で、移動性及び／又は空気動力学径変換を実施するために、粒子の光学的径を使用して選択エアロゾル内の粒子のサイズを測定するシステム及び方法を開示している。特許文献２は、エアロゾル流を覆い隠す又は覆うガスの実質的にきれいな流れの使用を開示している。浄化されたシース流は、光学チャンバを通過するときに、エアロゾル流のコア内に粒子状物質を封じ込めるのに役立ち、それにより、光学チャンバ及び光学チャンバ内の付属品の粒子状物質汚染を軽減させる。

国際公開第２０１７／０５４０９８号 米国特許出願公開第２０１４／０２４７４５０号

改善された長期安定性を有する低コストの粒子状物質センサーデバイスを特定することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１の粒子状物質センサーデバイスによって達成される。請求項１によれば、粒子状物質センサーデバイスを通って誘導されるエアロゾルサンプル、例えば周囲空気の、流れ内の粒子状物質を検出する及び／又はその特性を明らかにする粒子状物質センサーデバイスが提案される。粒子状物質センサーデバイスは、エンクロージャを備え、エンクロージャは流れのための入口及び出口を備え、エンクロージャは入口から出口まで粒子状物質センサーデバイスを通るエアロゾルサンプルの流れを誘導する流路を画定するように配置され構成されている。流路は、好ましくは基本的に閉鎖されている。すなわち、以下で概説される流れ変更デバイスによって追加のガスが注入され得るが、入口に誘導される全てのエアロゾルは、出口から放出される。幾つかの実施形態において、エアロゾルサンプルの一部は、１つ以上の更なる出口を通して流路から引き出される。入口と出口との間における流路内への又は流路から出る全体の更なる流れは、入口への流れの、好ましくは３０％未満、より好ましくは２５％未満、特に好ましくは２０％未満である。さらに、粒子状物質センサーデバイスは、
放射エネルギーをエアロゾルサンプルの流れ内の粒子状物質の少なくとも一部と相互作用させるように、少なくとも部分的には流路内に放射エネルギーを放射するように配置され構成されている放射源であって、流動性粒子状物質の１０％以下の割合でさえも放射エネルギーに当たり、デバイスがモデル及び／又は較正データに基づいて測定値を再スケーリングすることが考えられ、好ましくは、放射源はレーザー又は発光ダイオード等の光源である、放射源と、
粒子状物質と相互作用した放射エネルギーの少なくとも一部を検出するように配置され構成されている放射検出器であって、この放射検出器、好ましくは、光検出器は、粒子状物質の特性又は存在を示す放射源の放射エネルギーを検出する構造体である、放射検出器と
を備える。検出される放射エネルギーは、散乱放射及び／又は屈折放射及び／又は光の非吸収部分であり得、その放射エネルギーから、粒子状物質に関する所望の情報が推定される。

上記で述べた目的は、流れ変更デバイスを流路内に含むことによって達成される。流れ変更デバイスは、放射検出器及び／又は放射源の上流に近接して配置され、また、放射検出器上への及び／又は放射源上への及び／又は放射検出器及び／又は放射源に近接する流路壁部上への粒子状物質の沈殿を低減させるように、放射検出器の領域内及び／又は放射源の領域内及び／又は放射源及び／又は放射検出器に近接する流路壁部の領域内で、エアロゾルサンプルの流れ、好ましくは、速度、方向、及び／又はエアロゾル密度を少なくとも局所的に変更するように構成されている。この変更デバイスは、流路の１つ以上の狭窄部、及び／又は、流路への又は流路からの更なるガス流を生成する１つ以上の更なるガス流開口であり得る。狭窄部は、流路壁の形状を変更することによって、又は、例えば傾斜部又は隆起部等の物を流路内に設置することによって実現することができる。

粒子状物質センサーデバイスの典型的な外形寸法は、長さ、幅、及び高さがそれぞれ１０センチメートルより小さく、好ましくは、長さ及び幅がそれぞれ５センチメートルより小さく、かつ高さが１．５センチメートルより小さい。高さは、流路の長さ進展方向に対して垂直な方向である。他の実施形態において、高さは、１．５センチメートル以上、例えば、１．５センチメートル〜３センチメートルであり得る。

本発明のコンテキストにおいて、用語「粒子状物質」は、ガス中に、好ましくは空気中に、浮遊する固体及び／又は液体粒子の集合体を指す。この混合物は、粉塵、花粉、すす、煙、及び液滴等の有機粒子と無機粒子との両方を含み得る。粒子状物質の亜型は、１０マイクロメートル以下の直径を有する粒子である「ＰＭ１０」、２．５マイクロメートル以下の直径を有する粒子である「ＰＭ２．５」、及び１マイクロメートル以下の直径を有する粒子である「ＰＭ１．０」を含む。

本発明のコンテキストにおいて、用語「エアロゾル」は、空気又は別のガス中の固体粒子及び／又は液滴のコロイドを指す。エアロゾルの例は、空気、煙、もや、粉塵、及び霧中の粒子状物質である。

本発明のコンテキストにおいて、用語「粒子状物質を検出すること及び／又はその特性を明らかにすること」は、粒子状物質個数濃度、平均粒子状物質質量、及び／又は粒子状物質質量濃度を導出することを含む。

本発明のコンテキストにおいて、用語「放射源」は、幾つかの実施形態について、レーザー、好ましくはレーザーダイオード、最も好ましくは可視光を放射するレーザーダイオードを指し得る。しかしながら、エミッターが発光ダイオードであることも考えられる。

本発明のコンテキストにおいて、用語「放射検出器」は、フォトダイオード、好ましくは表面実装デバイスフォトダイオードを指すことができる。概して、放射検出器は、放射源から放射エネルギーを受け、その放射エネルギーを電気信号に変換する。信号解析を通して、粒子状物質の粒子質量、サイズ分布、個数濃度、又は他の特性を、集積回路及び／又は１つ以上のマイクロプロセッサの動作によって得ることができる。放射エネルギーに対して感応性がある放射検出器のエリアは、検出エリア又は感応エリアと呼ばれる。しばしば、光が使用される場合、測定を妨害する粒子の沈殿に対して感応性がある光収集技法が使用され得る。幾つかの実施形態において、放射検出器は表面実装デバイスフォトダイオードである。

幾つかの実施形態において、検出エリアは放射検出器よりサイズが小さい。幾つかの実施形態において、放射検出器は、放射源の直接放射から遮られるように配置され構成されている。

本発明のコンテキストにおいて、用語「放射エネルギーと粒子状物質との相互作用」は、粒子状物質による放射エネルギーの散乱、屈折、及び吸収を包含することができる。

本発明のコンテキストにおいて、用語「エンクロージャ」は、少なくとも部分的に流路の境界を定めるケーシング構造体として理解される。エンクロージャは単一部品又は複数部品とすることができる。好ましくは、エンクロージャは成形品である。

本発明のコンテキストにおいて、用語「上流に近接して」は、流れ変更デバイスが、放射検出器上への及び／又は放射源上への及び／又は放射検出器及び／又は放射源に近接する流路壁部上への粒子の沈殿を低減させるように、放射検出器の領域内及び／又は放射源の領域内及び／又は放射検出器及び／又は放射源に近接する流路壁の領域内で流れを変更することの効果が得られる十分小さい上流距離にあるものと理解される。

通常、用語「上流に近接して」と呼ばれるこの距離は、流路直径の数分の一又は数倍の範囲内とすることができる。この距離は、最大３０ミリメートルまで、好ましくは最大１０ミリメートルまで、好ましくは最大８ミリメートルまで、特に好ましくは１ミリメートル〜６ミリメートルの範囲内とすることができる。

通常、用語「近接」と呼ばれるこの距離は、流路直径の数分の一又は数倍の範囲内とすることができる。この距離は、最大３０ミリメートルまで、好ましくは最大１０ミリメートルまで、好ましくは最大８ミリメートルまで、特に好ましくは最大１ミリメートル〜６ミリメートルの範囲内とすることができる。この用語は、検出器及び／又は放射源に隣接し、好ましくはそのような距離にわたって延在する壁部を含む。

換言すれば、上記で述べた目的は、流れ変更デバイスを流路内に含むことによって達成され、流れ変更デバイスは、粒子状物質センサーデバイスが使用されるときに放射エネルギーが粒子状物質と相互作用する測定領域の上流に近接して配置され、それにより、測定領域における粒子沈殿が低減される。測定領域は、放射エネルギーが粒子状物質と相互作用する流路の体積である。好ましくは、測定領域は、放射エネルギーが流路を通過する体積（すなわち、直接放射ビームの放射経路体積）、及び更に、例えば、放射経路体積から最大３０ミリメートルまでの距離、好ましくは最大１０ミリメートルまでの距離、より好ましくは最大８ミリメートルまでの距離、また特に好ましくは１ミリメートル〜６ミリメートルの範囲における測定領域の周りの体積を含む。測定領域内の粒子沈殿は、放射検出器上への及び／又は放射源上への及び／又は測定領域の任意の壁部上への汚れ層の堆積を徐々にもたらす場合がある。したがって、実際に、本発明による測定領域内の粒子沈殿の減少は、（測定領域内に配置される場合）放射源及び／又は検出器の劣化の防止をもたらし、及び／又は、例えば測定領域内の汚染された流路壁部上での拡散後方散乱等といった照射効果の妨害の防止をもたらす。したがって、全体的なセンサー劣化が最小になり、測定精度が向上する。

幾つかの実施形態において、放射検出器又はその感応エリアは、測定領域内に配置される。

幾つかの実施形態において、放射源又はその放射エリアは、測定領域内に配置される。

好ましくは、流れ変更デバイスは、特に、存在する場合、重力による沈殿効果に抗して作用するように配置される。すなわち、流れ変更デバイスがエアロゾルサンプル流内の障害物のような傾斜部又はバックルである場合、流れ内の粒子の偏向は、放射検出器及び／又は放射源に粒子軌道が当たることを回避するように粒子軌道が変更されるようなものである。

本発明のコンテキストにおいて、用語「入口」は、粒子状物質センサーデバイスに入るエアロゾルサンプルのための入口を指し、用語「出口」は、粒子状物質センサーデバイスから出るエアロゾルサンプルのための出口を指す。幾つかの実施形態において、入口及び／又は出口の前に更なるコンポーネント、例えば、ファン及び／又は流量計があってもよい。用語「更なる流れ開口／入口／出口」は、上記で規定した入口と出口との間の流路内の更なる開口を指す。

本発明による粒子状物質検出器デバイスは、流れ変更デバイスを備え、流れ変更デバイスによって、粒子状物質の微視的粒子による放射検出器及び／又は放射源の汚染が低減される。これは、センサーデバイスの寿命及び精度を向上させる。概して、流れ変更デバイスにより、放射エネルギーを受信する及び／又は放射する部分上への粒子状物質の堆積層の蓄積にセンサーが曝されることが減少する。

好ましくは、放射源は、エアロゾルサンプルの流れ内で、粒子状物質全体ではなく、粒子状物質のほんの一部にだけ、例えば１０％未満にだけ、照射するように配置され構成されている。好ましくは、狭い放射ビームが使用され、放射ビームの径は、測定される流れ内の２つの粒子の間の典型的な距離以下である。

好ましくは、粒子状物質個数濃度、平均粒子状物質質量、及び／又は粒子状物質質量濃度等の粒子状物質の特性は、測定データを較正データと比較することによって導出される。

幾つかの実施形態において、放射検出器は回路基板上に取り付けられる。回路基板は、プリント回路基板（非可撓性形態又は可撓性形態）、セラミック回路基板、又は、保持される要素が電気的に相互接続されることを可能にするその他の種類の回路基板のうちの１つとすることができる。

幾つかの実施形態において、エンクロージャは、回路基板を収納するように配置され構成されている。回路基板は、流路の一部の境界を定めるものとすることができる。放射源は回路基板上に配置することができる。

幾つかの実施形態において、エンクロージャは、成形要素である第１のエンクロージャ要素を備えるか又はそれからなる。エンクロージャは単一ピース要素とすることができる。幾つかの実施形態において、エンクロージャは、ともに成形要素である第１のエンクロージャ要素及び第２のエンクロージャ要素を備えるか又はそれらからなる。成形は射出成形プロセスとすることができる。エンクロージャは３つ以上の要素を備えることもできる。

幾つかの実施形態において、エンクロージャは、基本的に、本体内で入口から出口まで延在する長手方向キャビティを有する大規模本体であり、キャビティは流路を形成する。他の実施形態において、流路は、長手方向キャビティを形成するように組み合わされるエンクロージャの２つ以上のシェルを備える本体によって画定される。この長手方向キャビティは、上記本体内で完全に延在することができる。あるいは、長手方向キャビティは、半径方向に外方に少なくとも部分的に開口状態とすることができ、開口領域は、カバー要素によって、例えば回路基板によって、カバーされ得る。しかしながら、回路基板は、任意の閉じた長手方向キャビティ内に一体化することもできる。

流路は、基本的に閉鎖状態とすることができる。すなわち、流路は、入口から出口まで粒子状物質センサーデバイスを通ってエアロゾルサンプルの流れを誘導するように配置され構成されており、また、流路は、例えば、作製公差のために必要であるところを除いて、流体連通状態において、デッド体積、すなわち、流れがない体積を、最小にするように配置され構成されている。

幾つかの実施形態において、流路は、測定領域の上流に及び／又は下流に、断面積が増加した部分を有する。この断面の増加は、流路の全体的な流れ抵抗の減少をもたらし、それによりエネルギー効率が増加する。さらに、これは、幾つかの実施形態において、流路を通る流れを確立及び／又は制御するためにデバイスに配置されるファンを小型化することを可能にする。

幾つかの実施形態において、断面は流路に沿って実質的に一定とすることができる。

幾つかの実施形態において、特定の分離チャンバ又は容積が、空気流から粒子状物質の一部を除去するために、特に測定領域の上流の流路内に配置され得る。

好ましくは、これらの分離チャンバ又は容積は、流路の長手方向に関して急峻な下流壁を有することができ、一部は、流路の長手方向に直角に延在する下流壁を有することができる。そのような急峻な下流壁は、流れから、粒子状物質を特に効率的に収集することを可能にする。

代替的に又は付加的に、これらの分離チャンバ又は容積は、重力方向に深さを有する窪み又はウェルを設けることによって粒子状物質を収集することができる。粒子状物質の一部は、重力によって窪み又はウェルに引き入れられ、そこで物質は、捕捉され、それにより、流れから効果的に除去される。

さらに、そのような分離チャンバ又は容積は、断面積を局所的に増加させることができ、それが、流速を局所的に減少させ、それが、このエリアにおける粒子状物質滞留時間を増加させ、それにより、重力が流路壁上で流れから物質の一部を分離するための時間をより長くすることになる。それにより、より多くの物質を流路壁上で捕捉することができる。

そのようなチャンバのサイズは、８×５×１０ｍｍ^３とすることができる。

そのような分離チャンバ又は容積は、三角形断面形状を有する実施形態において特に好ましい。

幾つかの実施形態において、粒子状物質センサーデバイスは、流れ入口から流れ出口まで粒子状物質センサーデバイスを通るエアゾロルサンプルの流速を生成する及び／又は制御するように配置され構成されているファンを備える。上記流速は、好ましくは、０．２メートル／秒〜１０メートル／秒の範囲内である。本発明のコンテキストにおいて、用語「ファン」は、流れを作るために使用されるデバイスを指す。ファンの例は、軸流ファン及び遠心ファンを含む。遠心ファンはブロワーとも呼ばれる。ファンは、入口に又は出口に又は入口と出口との間に配置することができる。

しかしながら、他の実施形態において、粒子状物質センサーは、ファンを備えず、エアロゾルサンプルの流れは、外部から提供される。

幾つかの実施形態において、粒子状物質センサーデバイスは、マイクロプロセッサ及び／又は集積回路を備え、マイクロプロセッサ及び／又は集積回路は、放射検出器の出力信号を処理して、粒子状物質個数濃度及び／又は粒子状物質平均質量及び／又は粒子状物質質量濃度を導出するように配置され構成されている。幾つかの実施形態において、放射検出器は、入射放射エネルギーに比例する電気信号を出力する。この電気信号は、その後、アナログ−デジタル変換器を介して伝達され、その出力は、所望のパラメーターを導出するためにマイクロプロセッサ及び／又は集積回路を備える信号解析ユニットによって解析され得る。

幾つかの実施形態において、マイクロプロセッサ及び／又は集積回路は回路基板上に取り付けられている。

幾つかの実施形態において、マイクロプロセッサ及び／又は集積回路は、放射検出器及び／又は放射源と一体化されている。

幾つかの好ましい実施形態において、粒子状物質センサーは、入口で、出口で、及び／又は入口と出口との間で、流路内の流量を求める、流量計を備える。

幾つかの実施形態において、流れ変更デバイスは、流路内への又は流路からの少なくとも１つの更なる流れを作る少なくとも１つの更なる流れ開口を備えるか又は少なくとも１つの更なる流れ開口からなる。好ましくは、開口は、１つの更なる流れがそこを通して流路に導入される入口である。

幾つかの実施形態において、流路は、第１の壁部、第２の壁部、及び少なくとも１つの第３の壁部によって半径方向に境界を定められている。上記少なくとも１つの更なる流れ開口は、（ｉ）流路内に第１の更なる流れを導入するように上記第１の壁部に、及び／又は、（ｉｉ）流路内に第２の更なる流れを導入するように上記第２の壁部に、及び／又は、（ｉｉｉ）流路内に第３の更なる流れを導入するように少なくとも１つの第３の壁部の少なくとも１つに、配置されている。

幾つかの実施形態において、上記少なくとも１つの更なる流れ開口のうちの少なくとも１つの断面は、好ましくは、（ｉ）絞られたジェット様の更なる流れを生成するために基本的に点様であるか、又は、（ｉｉ）シート様の更なる流れを生成するためにスリット様である。シート様の更なる流れを生成するように、複数のジェット様の更なる流れ開口を列状に配置することができる。

好ましくは、シート様の更なる流れ開口は、流路の断面に関して周方向に、また、好ましくは流路の断面の周りに部分的に又は全体的に延在する。

幾つかの好ましい実施形態において、流路は、流路の長さに沿って基本的に一定である断面を有する。

流路は、直線で構成され又は実質的に直線で構成され得る。流路は、Ｕ字形状等の、１つ、２つ又はそれ以上の屈曲部を有することができる。検出器及び／又は放射源は、屈曲部の下流に、好ましくは、流路径１つ分〜３つ分だけ屈曲部の下流に配置することができる。他の実施形態において、検出器及び／又は放射源は、流路径４つ分〜５つ分だけ屈曲部の下流に配置することができる。

流れの方向に垂直な流路の典型的な断面幅は、１ミリメートル〜１０ミリメートル、好ましくは２ミリメートル〜５ミリメートルの範囲内とすることができる。流路の断面幅及び／又は断面の形状は、流路に沿って変動してもよい。形状の例は、完全に又は部分的に、長方形、正方形、楕円形、丸形、及び三角形である形状を含む。角及び稜は丸みを帯びさせることができる。

したがって、壁部は、平面状又は湾曲状とすることができ、又は、流路の断面形状に応じて、１つ以上の稜を備えることができる。壁部は、単一の管部品の一部とすることができるし、あるいは、組み合わせられてもよい。第１の壁部は（例えば、重力に関して）底壁部とすることができ、第２の壁部は上壁部とすることができ、第３の壁部は側壁部とすることができる。角及び稜は丸みを帯びさせることができる。

幾つかの実施形態において、流路は、その全長の少なくとも５０％〜９５％又はその全長に亘って基本的に一定の断面積を有していてよい。

幾つかの好ましい実施形態において、流路の断面積は三角形であり、更なる流れ開口は、３つ全ての壁部に配置される。好ましくは、更なる流れ開口は、スリット様であり、好ましくは、流路の断面に関して周方向に延在し、好ましくは、流路の断面周り全体に延在する。流路の断面周りに部分的に又は全体的に延在するスリット様開口を有する三角形流路は、放射検出器上への、放射源上への、また、放射源及び検出器に近接する壁表面上への粒子状物質沈殿を低減でき、三角形流路が、１つだけの又は２つだけのエンクロージャ要素によって、更なる流れを供給するラインを含む型で、作製され得るという利点を有する。

幾つかの実施形態において、フィルターがセンサーデバイスに組み込まれている。フィルターは少なくとも１つの更なる流れ開口に設けられている。それにより、更なる流れは、フィルタリングされた流れとなる。フィルターは、空気フィルター、特に、ＨＥＰＡフィルター又はパスフィルターとすることができる。フィルタリングされた更なる流れを導入することは、検出器及び／又は放射源の領域内で粒子状物質密度を低減させることができ、これにより、沈殿が低減する。換言すれば、更なる流れは、幾つかの実施形態において、エアロゾルサンプルを少なくとも局所的に希釈することができる。

更なる流れの更なる態様は、その流れを導入することによって、放射検出器への及び／又は放射源上への及び／又は検出器及び／又は放射源に近接する流路壁部上への沈殿を回避することができるように、粒子状物質の軌道を再方向付けすることができることである。したがって、更なる流れが汚染物質を含んでいる場合でも、エアロゾルサンプル流と相互作用するその再方向付け効果は、センサー劣化を低減させることができる。流れ変更デバイスは、検出器及び／又は放射源上に粒子状物質を誘導する重力に抗して作用することが特に好ましい。したがって、変更デバイスは、好ましくは、（重力方向に関して）流れ領域の底部領域に配置される。

更なる流れのためのガスは、エアロゾルサンプルが引き出されるのと同じリザーバから引き出すことができるか、又は、別のリザーバから供給することができる。

幾つかの実施形態において、１つ以上の更なる流れ開口は、好ましくは、それぞれ、放射検出器及び／又は放射源の上流の、８ミリメートル未満、好ましくは１ミリメートル〜６ミリメートルの範囲内の第１の距離に配置される。

幾つかの実施形態において、少なくとも１つの更なる流れ開口は、流れ入口とは別の第２入口から粒子状物質センサーデバイスに引き込まれるガスが供給される入口である。他の実施形態において、更なる流れ開口は、流路からエアロゾルを引き出すように負圧に接続される。

幾つかの実施形態において、粒子状物質センサーデバイスは、少なくとも１つの更なる流れ開口を通る少なくとも１つの更なる流れが吸引ベースであるように構成されている。吸引ベースの実施形態において、流路内に更なる流れを導入するために、追加のファン、すなわち、ベンチレーターを設置する必要性はない。同様に、ガスは、他の手段によって入口を通して押し出される必要はない。

幾つかの実施形態において、粒子状物質センサーデバイスは、上記流路内に配置された少なくとも１つの第１の凹所を更に備え、第１の凹所は、放射源及び／又は放射検出器を収納するように構成されている。第１の凹所は、少なくとも放射エネルギーの通路に対して開口する。放射源及び／又は放射検出器を第１の凹所内に配置することは、感応要素を粒子の沈殿から保護する。なぜならば、凹所は、流れが減少した領域であり、感応要素が主要な流れからオフセットして設置されるからである。さらに、これらの又は他の実施形態のうちの幾つかの実施形態において、少なくとも放射エネルギーのための流路に対して開口する更なる凹所が、ビームストッパーを収納するように配置され構成されている。ビームストッパーのための凹所は、直線状に延在することができるし、あるいは、その凹所は、湾曲状又は角度付きであることができる。非直線の場合、放射ビームは反射してビームストッパーに当たる。後者の凹所形状によって、測定を妨害し得るビームストッパーの領域から反射する迷光放射が、流路に再入することが回避される。

検出器及び／又は放射源のためのこれらの凹所は、流路に対するそれらの開口によって、更なる流れがそこを通して流路に入る更なる流れ開口を構成することができる。この機能を実装するために、これらの凹所にはガスが供給され得るか、又は、ガスがその凹所から引き出され得る。そのような凹所を更なる流れ開口と組み合わせることによって、コンパクトな設計と上記凹所内に配置された感応要素の特に効率的な保護とが達成される。したがって、幾つかの実施形態において、上記少なくとも１つの更なる流れ開口のうちの少なくとも１つは、好ましくは、それぞれ第１の凹所及び／又は第２の凹所に配置され、それにより、上記少なくとも１つの更なる流れのうちの少なくとも１つは、それぞれ第１の凹所から及び／又は第２の凹所から流路に入る。したがって、第１の凹所内に配置される感応要素は、感応要素の周りを流れる更なる流れによって、流路内を流れるエアロゾルサンプル内の粒子状物質から更に保護される。

幾つかの実施形態において、放射検出器は回路基板上に取り付けられる。これはコンパクトな設計を可能にする。放射検出器は、幾つかの実施形態において、表面実装デバイスフォトダイオードである。

幾つかの実施形態において、センサーデバイスは、使用中に、少なくとも１つの更なる流れが、１つ以上の貫通穴を通して回路基板を横断するように構成されている。これは、特にコンパクトな設計を可能にする。

幾つかの実施形態において、上記少なくとも１つの更なる流れ開口のうちの少なくとも１つは、放射検出器及び／又は放射源を覆うような更なる流れを導入するように配置され構成されている。幾つかの実施形態において、この覆いは、物質を異なる軌道にそらせる局所流れ及び／又は局所希釈であり、この覆いによって保護される要素上への堆積を回避する。

幾つかの実施形態において、少なくとも１つの流れ変更デバイスは、上記少なくとも１つの更なる流れの大きさが、全体として、上記少なくとも１つの流れ変更デバイスの上流の流路を通るエアロゾルサンプルの流れの大きさの３０パーセント以下、好ましくは２５％以下、より好ましくは２０％以下であるように、上記少なくとも１つの更なる流れを流路に導入するように構成されている。

幾つかの実施形態において、流れ変更デバイスは、流路内の又は流路の狭窄部を備えるか又は狭窄部からなる。狭窄部は、流路の断面積を局所的に減少させる構造部である。狭窄部は流路の壁によって直接形成することができ、及び／又は、更なる構造部を流路内に配置することができる。狭窄部は、検出器の検出エリアから離れるように、及び／又は、放射源の放射エリアから離れるように、エアロゾルサンプルの流れの少なくとも一部を方向付けるように配置及び構成することができる。粒子状物質の慣性によって、粒子の軌道は、それにより、放射検出器及び／又は放射源からそらされる。

更なる流れ開口（複数の場合もある）及び狭窄部（複数の場合もある）を組み合わせることもできる。

幾つかの実施形態において、上記狭窄部は、上記狭窄部の狭窄最大部が、すなわち、狭窄部が流路径を最も減少させる位置が、放射検出器及び／又は放射源の上流の５ミリメートル未満、好ましくは３ミリメートル未満の第２の距離に位置するように配置され構成されている。

幾つかの実施形態において、上記狭窄部は、流路を、流れ方向において連続的に狭窄させる。換言すれば、狭窄最大部の前及び／又は後の、狭窄部領域内の流路の有効幅は、単調に又は狭義に単調に変化する。これは流れ内の不必要な乱流の発生を回避する。狭窄部は、流路の周方向に部分的又は全体的にわたって延在することができる。

狭窄最大部における狭窄有効最小幅と平均流路径との比は、０．２〜０．９５、好ましくは０．３〜０．６の範囲内である。

狭窄有効最小幅Ｄ_１は１ミリメートル〜５ミリメートルの範囲内とすることができ、及び／又は、上記平均流路径Ｄ_０は好ましくは１ミリメートル〜１５ミリメートル、好ましくは２ミリメートル〜８ミリメートルの範囲内である。

幾つかの実施形態において、上記狭窄部は、狭窄部領域にわたって延在し、下流に向かって、狭窄部は、その狭窄最大部まで盛り上がり、元通りに下がる。放射検出器及び／又は放射源は、上記狭窄部領域内に配置され、上記狭窄部内に半径方向に延在する、狭窄部凹所内に配置されている。上記狭窄部凹所は、好ましくは、ブラインド穴であり、及び／又は、流れ方向の直径Ｄ_ＰＤは、好ましくは０．５ミリメートル〜５ミリメートルである。放射エネルギーは、容易に凹所に入るか又は凹所から出ることができ、一方、凹所内への粒子沈殿は減少する。好ましくは、この凹所は、狭窄最大部の下流に配置される。

幾つかの実施形態において、放射検出器の検出エリアと狭窄最大部との間の距離は、狭窄部領域の下流側半分の長さの２／３未満である。

幾つかの実施形態において、上記狭窄部の１ミリメートルあたりの開き角変化βは、１°／ミリメートル〜１０°／ミリメートルの範囲内である。

幾つかの実施形態において、上記狭窄部の最大開き角Θ_ｍａｘは好ましくは１°〜失速角度ＳＡの範囲内であり、上記失速角度ＳＡは好ましくは５°〜１０°の範囲内である。失速角度は、より大きい角度に向かって、流れがそこで失速する角度である。しかしながら、最大開き角が失速角度より大きいことも考えられる。上記狭窄部中心と上記最大開き角Θ_ｍａｘの位置との間の距離Ｌ_０は、好ましくは式：

に従って選択される。

幾つかの実施形態において、上記狭窄有効最小幅Ｄ_１は式：

に従って選択される。

幾つかの実施形態において、上記狭窄部中心と上記失速角度ＳＡの位置との間の距離Ｌ_１は、好ましくは式：

に従って選択される。

上記狭窄部中心と直径Ｄ_ＰＤを有する上記狭窄部凹所の下流縁との間の距離Ｌ_２は、好ましくは式：

に従って選択される。

いくつかの実施形態において、流れ変更デバイスは、少なくとも１つの狭窄部及び少なくとも１つの更なる流れ開口を備え、少なくとも１つの更なる流れ開口は、好ましくは、狭窄部の狭窄最大部の上流又は下流に配置される少なくとも１つの流れ入口を備える。

幾つかの実施形態において、粒子状物質センサーデバイスは、互いから離れて延在する少なくとも２つの流路及び少なくとも２つの放射検出器を備え、少なくとも２つの放射検出器のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの流路のそれぞれの流路内に配置されている。したがって、センサーデバイスは、２つ以上の流路のデバイスである。

幾つかの実施形態において、エンクロージャは、好ましくは、回路基板を収納するように配置され構成されており、及び／又は、少なくとも２つの放射検出器は、好ましくは、同じ回路基板上に取り付けられている。

更なる態様において、本発明は、エアロゾルサンプルの流れ内の粒子状物質を検出する及び／又はその特性を明らかにするための方法に関し、その方法は、
好ましくは本発明による粒子状物質センサーデバイスの流路を通るエアロゾルサンプルの流れを誘導するステップと、
エアロゾルサンプルの流れ内の粒子状物質と相互作用するように放射源から流路内に放射エネルギーを放射するステップと、
粒子状物質と相互作用した放射エネルギーの少なくとも一部を、放射検出器によって、また、好ましくは集積回路及び／又は少なくとも１つのマイクロプロセッサの制御下で、検出するステップと、
放射検出器上への及び／又は放射源上への及び／又は放射源及び／又は放射検出器に近接する流路壁部上への粒子状物質の沈殿を低減させるように、それぞれ放射検出器又は放射源の上流に近接して配置された流れ変更デバイスによって、放射検出器の領域内及び／又は放射源の領域内及び／又は上記流路壁の領域内のエアロゾルサンプルの流れ、好ましくは、エアロゾルサンプルの速度、方向、及び／又はエアロゾル密度を少なくとも局所的に変更するステップと
を含む。

本発明による粒子状物質センサーデバイスは、エアロゾルサンプル内の、特に、周囲空気内の粒子状物質を検出する及び／又はその特性を明らかにするために使用することができる。粒子状物質個数濃度及び／又は粒子状物質平均質量及び／又は粒子状物質質量濃度を求めることができる。

したがって、本発明は、粒子状物質センサーデバイスに関し、粒子状物質センサーデバイスは、流れ入口、流れ出口、及びそれらの間に延在する流路を備える、エンクロージャと、流路を通して誘導されるときのエアロゾルサンプルの流れ内の粒子状物質と放射エネルギーとを相互作用させるように流路内に放射エネルギーを放射する放射源と、粒子状物質と相互作用した後の上記放射エネルギーの少なくとも一部を検出する放射検出器とを備える。センサーデバイスは、流れ変更デバイスを更に備え、流れ変更デバイスは、放射検出器及び／又は放射源の上流に配置され、また、放射検出器上への及び／又は放射源上への及び／又は検出器及び／又は放射源に近接する流路壁上への粒子状物質の沈殿を低減させるように、エアロゾルサンプルの流れを変更するように構成されている。本発明は、そのような流れ変更デバイスを有する粒子状物質センサーデバイスを使用することによってエアロゾルサンプル内の粒子状物質のパラメーターを求める方法にも関する。

本発明の態様によるセンサーの実施形態は、劣化を受けにくく、したがって、より長い寿命を有し、及び／又は、維持管理の必要をより少なくする。これらの特徴のおかげで、デバイスの実施形態は、例えば、個人が、粒子状物質に対する自分の曝露を測定することを可能にする個人モニターとして使用することができる。デバイスの実施形態は、同様に、限定はしないが、空調ユニット、空気清浄器、輸送車両、ＩｏＴ（Internet of Things）センサーノード、モバイルハンドセット、及びウェアラブルデバイスを含む広範囲の製品及びシステム内に埋め込まれ得る。デバイスの実施形態は、スタンドアローンモードで空気品質データを記録でき、あるいは、スマートフォン及び／又は任意の他の適したデバイス等の他のデバイスと有線又は無線でそのデータを通信できる。空気品質データは測定場所に関する情報と結合されて、高密度の空気品質マップを作成することができる。

粒子状物質センサーデバイスは、少なくとも１つの環境パラメーターを求める環境センサーを更に備え得る。流れ変更デバイスが、流路内に少なくとも１つの更なる流れを作るために少なくとも１つの更なる流れ開口を備えるか又はそれからなる実施形態において、環境センサーは、有利には、更なる流れ開口の上流で更なる流れの流れ経路内に配置され得る。

したがって、本発明はまた、
流路を画定するエンクロージャと、
流路内でエアロゾルサンプル内の粒子状物質と放射エネルギーとを相互作用させるように流路内に放射エネルギーを放射する放射源と、
粒子状物質と相互作用した後の上記放射エネルギーの少なくとも一部を検出する放射検出器と、
流路内に更なる流れを作る少なくとも１つの更なる流れ開口と、
更なる流れ開口の上流の更なる流れの流れ経路内に配設される、少なくとも１つの環境パラメーターを求める環境センサーと
を備える粒子状物質センサーデバイスを提供する。

環境センサーは、更なる流れ内の１つ以上のパラメーターを求めるように構成されている。更なる流れは、粒子状物質センサーデバイスの環境に由来するため、環境センサーの出力は、粒子状物質センサーデバイスの環境のそのようなパラメーター、すなわち、環境パラメーターを示すと解釈され得る。

環境センサーによって検知される環境パラメーターは、通常、センサーモジュールの環境の媒体の物理量を示し、その媒体は好ましくは空気である。環境パラメーターは、例えば、環境の相対湿度、センサーモジュールの環境の温度、又は環境の少なくとも１つのターゲットガス濃度とすることができる。特に、ターゲットガスは、揮発性有機化合物等のガスの混合物、又は、個々の揮発性有機化合物（例えば、エタノール、ホルムアルデヒド、イソプロパノール）、窒素酸化物、水素、オゾン、一酸化炭素、アンモニア、若しくは二酸化炭素等の個々のガスを含むことができる。特に、環境センサーは、
湿度センサー、
温度センサー、
組み合わせ式湿度及び温度センサー、
ガスセンサー、特に、
ＭＯＸベースガスセンサー、
光ガスセンサー、
光音響ガスセンサー、
熱ガスセンサー、
電気化学ガスセンサー、特に、
固体電気化学ガスセンサー、
室温有機液体電気化学ガスセンサー、
のうちの１つ以上であり得る。

環境センサーは半導体センサーであり得る。環境センサーは、集積化制御及び／又は読み出し回路を備え得る。特に、環境センサーは、ＣＭＯＳ技術で作製された層状半導体センサーであり得る。そのようなセンサーは、当技術分野でよく知られている。例えば、半導体湿度及び温度センサーは、Sensirion AG社（https://www.sensirion.com/en/environmental-sensors/humidity-sensors/）からＳＨＴ３ｘシリーズとして市販されている。ガスセンサーは、例えば、Sensirion AG社（https://www.sensirion.com/en/environmental-sensors/gas-sensors/）からＳＧＰ３ｘシリーズとして市販されている。

粒子状物質センサーデバイスは、更なる流れをフィルタリングするフィルターを備え得る。そのような実施形態において、環境センサーは、好ましくは、フィルターの下流に配置される。こうして、環境センサーは、粒子状物質による汚染から保護される。

更なる流れ開口から上流の更なる流れの流れ経路は、エンクロージャによって、特に、エアロゾルのための（主要な）流路の境界も定める同じエンクロージャによって境界を定められ得る。エンクロージャは、流路を通るエアロゾルの主要な流れのための、及び、更なる流れのための、別個の入口を画定し得る。すなわち、エンクロージャは、流路への第１流れ入口、及び更なる流れを形成するためのガスを受ける第２流れ入口を画定し得る。第２流れ入口は、第１流れ入口と別である。

粒子状物質センサーデバイスは、第２流れ入口において負圧を作るように構成され得る。例えば、これは、流路内のエアロゾルサンプルの流れを加速させることによって、例えば、当技術分野でよく知られているように、流路内に狭窄部を設け、ベルヌーイ効果を利用することによって達成され得る。圧力差を作る他の手段もよく知られている。

幾つかの実施形態において、粒子状物質センサーデバイスは、更なる流れが放射検出器を通過して、粒子状物質の好ましくない堆積から放射検出器を保護するように構成される。そのため、放射検出器は、環境センサーの下流の更なる流れの流れ経路内に配置され得る。

幾つかの実施形態において、放射検出器及び環境センサーは共通の回路基板上に取り付けられる。これは、放射検出器が表面実装デバイス光検出器、例えば、表面実装フォトダイオードである場合に、特に有利である。

更なる流れが回路基板を横断することを可能にするために、回路基板は、更なる流れが回路基板を横断することを可能にするように構成されている１つ以上の貫通穴を備え得る。他の実施形態において、更なる流れの流れ経路は、回路基板の少なくとも１つの縁の周りを通る。

粒子状物質センサーデバイスは、環境センサーを、回路基板の少なくとも１つの部分から熱的に切り離すように構成され得る。これは、環境センサーが更なる流れの温度を求めるように構成されている場合に特に有利である。特に、回路基板は、環境センサーがその上に取り付けられる回路基板の第１の部分を、第１の部分から所定距離だけ離れたある部分から熱的に切り離すように構成され得る。多くの異なる対策が、環境センサーを回路基板の或る特定の部分から熱的に切り離すためにとられ得る。そのような対策について記載されている独国実用新案第２０１７１０６４１３号が参照される。例えば、回路基板は、環境センサーがその上に取り付けられる回路基板の第１の部分と第１の部分から所定距離だけ離れているある別の部分との間に１つ以上のスロットを有し得る。

いくつかの実施形態において、放射検出器と環境センサーとは、回路基板の反対の面に配置されている。これは、環境センサーについての空間の可用性に応じて有利である場合があるが、それは、環境センサーを、回路基板の或る部分から及び／又は放射検出から熱的に切り離すのにも役立ち得る。更なる流れは、好ましくは最初に回路基板の第１の側で環境センサーを通過し、その後に回路基板の反対の面に方向付けられ、そこで、放射検出器を通過する。他の実施形態において、放射検出器及び環境センサーは、回路基板の同じ側に配置され得る。

粒子状物質センサーデバイスは、環境センサーから読み出し、粒子状物質センサーデバイスに入る前の更なる流れのガスのパラメーターを示す補正された出力パラメーターを導出するように構成されている、補正デバイスを備えることができる。こうして、粒子状物質センサーデバイスの外の環境パラメーターのより正確な値が得られ得る。例えば、環境センサーが更なる流れの温度を求めるように構成されている場合、補正デバイスは、更なる流れが環境センサーに達する前の、環境センサーへの熱侵入の量及び／又は更なる流れのガスへの熱侵入の量を示す情報を受信し、熱侵入を補正するように構成され得る。そのような熱侵入は、放射源、放射検出器、ファン（存在する場合）、及び／又は、粒子状物質センサーデバイス内の任意の他の電気又は電子デバイスにおける熱散逸から生じ得る。単純な実施形態において、補正デバイスは、放射源、放射検出器、ファン等のうちの少なくとも１つの散逸電力に関する情報を受信することができ、例えば、散逸電力と環境センサーによる測定温度の上昇との相関を示す経験的に求められたルックアップテーブルを使用することによって、結果として生じる熱侵入を補正することができる。こうして、粒子状物質センサーデバイスの環境の温度の信頼性の高い値が得られ得る。同様の対策が、他の環境パラメーターについても取られ得る。補正デバイスは、環境センサーと、特に、その制御及び読み出し回路と一体化され得るし、あるいは、補正デバイスは、別個に実装され得る。

図１（ａ）は、粒子状物質センサーデバイスの一実施形態の概略的な縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す粒子状物質センサーデバイスの実施形態の概略的な上面断面図である。 図２（ａ）−（ｃ）は、流路の実施形態の概略的な横断面図である。 更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイスの一実施形態の概略的な縦断面図である。 更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイスの別の実施形態の概略的な縦断面図である。 更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイスの更に別の実施形態の概略的な縦断面図である。 図６（ａ）は、更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイスの更に別の実施形態の概略縦断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイスの実施形態の概略的な上面断面図である。 狭窄部を有する粒子状物質センサーデバイスの一実施形態の概略的な縦断面図である。 狭窄部を有する粒子状物質センサーデバイスの別の実施形態の概略的な縦断面図である。 狭窄部を有する粒子状物質センサーデバイスの別の実施形態の上面からの写真である。 狭窄部デバイスを有する粒子状物質センサーデバイスの更に別の実施形態の概略的な横方向縦断面図である。 狭窄部及び更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイスの更なる実施形態の概略的な横方向縦断面図である。 図１２（ａ）は、狭窄部及び更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイスの別の実施形態の概略的な縦断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す粒子状物質センサーデバイスの実施形態の概略的な上面断面図である。 部分的に組み立てられた粒子状物質センサーデバイスの一実施形態の分解斜視図であり、このデバイスは、上部から下部に向かって、第２のエンクロージャ（上下逆さに示す）、第１のエンクロージャ、回路基板、フィルター、及びカバーを有する。 図１３に示す粒子状物質センサーデバイスの第１のエンクロージャの拡大詳細図である。 ２つの流路を有する粒子状物質センサーデバイスの一実施形態の概略的な上面図である。 部分的に組み立てられた粒子状物質センサーデバイスの更なる実施形態の分解斜視図である。

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して以下で説明する。図面は、本発明の好ましい実施形態を示すためのものであり、それを制限するためのものではない。

ここで、本発明の好ましい実施形態が図を参照して述べられる。

図のコンテキストにおいて、エアロゾルサンプル内の粒子状物質濃度を確認する粒子状物質センサーデバイス１は、例示的に述べられ、可視光が放射エネルギーとして使用される。

図１（ａ）は、粒子状物質センサーデバイス１の第１の実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。図１（ｂ）は、この粒子状物質センサーデバイス１の概略的な上面断面図を示す。デバイス１は、長手軸Ｌに沿って入口１１と出口１２との間に延在して直径Ｄ_０を有する流路２の境界を定めるエンクロージャ２１を備える。センサーデバイス１によって測定されるエアロゾルサンプルの流れ２０は、流路２を通して誘導される。ファン２２０、すなわち、換気デバイスが、流れ２０を制御するために流路２内に配置される。

プリント回路基板２３はエンクロージャ２１の底部に取り付けられている。

放射検出器４が、流路２においてエンクロージャ２１の底部内の第１の凹所２２内に収容されている。検出器４は表面実装フォトダイオードとすることができる。検出器４はプリント回路基板２３上に又はその中に配置されている。フォトダイオード４は、感応エリア４０を有し、感応エリア４０は、流路２に向かって方向付けられ、また、表面が、流路２の境界を定めるエンクロージャの壁と実質的に同一平面上になるように実質的に長手軸Ｌに沿って延在する。これは、エアロゾル流２０に対する抵抗又は妨害を最小にする。

図１ｂを見てわかるように、ここではレーザーである放射源３が、エンクロージャ２１に設けられ、側壁部の更なる第１の凹所２２内に配置されている。ここではレーザー光経路である放射経路Ｘは、流路２の長手軸Ｌに実質的に垂直に延在する。さらに、放射経路Ｘは、感応エリア４０のすぐ上に、好ましくは感応エリアに対してＤ_０の何分の１かだけ距離をおいて延在するように選択され、好ましくは、放射経路Ｘは流路２の中心を通って延在する。これは、センサーデバイス１の感度を増加させる。なぜならば、検出器４が、エアロゾルサンプル内の粒子状物質と放射エネルギーとが相互作用する反応ゾーンに近いからである。

レーザーデバイス３は、流路２を通してレーザービーム３２を放射し、レーザー光はエアロゾルサンプル流２０内の粒子状物質と相互作用し、これにより、例えば、検出器４によって検出される散乱光３０が生じる。相互作用しないレーザービームの一部は、その後、水平凹所２２ａ内に、そしてビームストッパー３１上に導かれる。

レーザーデバイス３に対向して、更なる凹所２２ａが設けられ、更なる凹所２２ａの奥に、エアロゾルサンプルによって方向を変えられ又は吸収されなかった（又は、十分にそうされなかった）レーザー光を受けるために、ビームストッパー３１が配置されている。凹所２２ａ内にビームストッパー３１を設けることは、測定を妨害する場合がある迷光又はスプリアス光を低減する。さらに、凹所２２ａは、反射要素がストッパー３１上に放射エネルギーを誘導するために湾曲部又は屈曲部内に配置されるのであれば、湾曲状又は屈曲状とすることができる。それにより、ストッパー３１からの後方反射が低減される。

感応エリア４０から上流距離ｄ_１に、ここでは底部入口開口である第１の更なる流れ開口５１１が、エンクロージャ２１の底壁部に配置されている。底部入口５１１に給送するラインは、プリント回路基板２３内の貫通穴２３１を通り底部入口５１１まで延在し、底部入口５１１に、例えばここでは底部の更なる流れである第１の更なる流れ５１１０を生じさせるように、ガスを供給する。

感応エリア４０から実質的に同じ上流距離ｄ_１に、ここでは上部入口開口である第２の更なる流れ開口５１２が、エンクロージャ２１の上壁部に配置されている。上部流れ入口５１２には、例えばここでは上部の更なる流れである第２の更なる流れ５１２０を生じさせるように、ガスが供給される。

更なる底部流れ５１１０及び更なる上部流れ５１２０は、長手軸Ｌに関して実質的に直角に流路２に入るように方向付けられる。

２つの第３の流れ開口５１３である側部流れ開口は、エンクロージャ２１の側壁部に設けられている。側部流れ入口５１３は、互いに対向して配置され、例えばここでは側部の更なる流れである第３の更なる流れ５１３０を生じさせるように、側部流れ入口５１３にはガスが供給される。

互いに対向して配置される開口は、互いに直接対向して配置することができ、又は、互いに対して流れ方向にＤ_０の何分の１かだけオフセットすることができる。

図１（ｂ）に見られるように、側部開口５１３は、長手軸Ｌと、側部入口５１３に給送する供給ラインの最終セクションの延長線との間の角度が約３０°〜６０°であるように、長手軸Ｌに対して角度が付けられている。側方流のこの傾斜注入は、もたらされるエアロゾル流２０の乱れを小さくする。側方流５１３０がＬに対して実質的に直角に注入されることも考えられる。さらに、上部流５１２０及び／又は底部流５１１０等の任意の更なる流れが、側方流５１３０に関して説明したのと同様に、傾斜して注入されることが考えられる。

少なくとも一部又は全ての更なる流れ開口５１１、５１２、５１３は、フィルター要素を備えることができるか、又は、好ましくは開口の上流に設けられる関連するフィルター要素を有することができる。フィルターは、例えば、空気フィルター、特にＨＥＰＡフィルター、又は、フィルタリングされた更なる流れを作るためのパスフィルターである。さらに、少なくとも一部又は全ての更なる流れ５１１０、５１２０、５１３０は、流れ２０がそれぞれの入口５１１、５１２、及び５１３でそれぞれ負圧を作ることで、作られてもよい。

デバイス１は、ここでは検出器４に対して一体化されているものとして示す、集積回路６０及び／又はマイクロプロセッサ６を更に装備する。マイクロプロセッサ（複数の場合もある）６及び集積回路６０は、放射源３又はファン２２０等の他の要素上に又はその中に配置することもできる。デバイス１は、集積回路６０及び／又はマイクロプロセッサ６の制御下で、また、放射源３及び検出器４によって、測定を実施するように構成されている。

センサーデバイス１は、ＰＭ１．０センサー又はＰＭ２．５センサーとすることができる。すなわち、センサーデバイス１は、それぞれ１マイクロメートル及び２．５マイクロメートルの又はそれより小さいサイズを有する粒子を測定することができる。あるいは、センサーデバイス１は、１０マイクロメートル以下の粒子サイズを有するエアロゾルサンプル内の粒子状物質を測定するＰＭ１０デバイスとすることができる。

更なる流れ５１１０、５１２０、５１３０は、放射検出器４上への及び／又は放射源３上への及び／又は放射源及び検出器に近接する壁表面上への粒子状物質の沈殿が低減されるように流れ２０を補正する。

結果として得られる補正された流れの実施形態は、図１ａ及び図１ｂの中心における３つの矢印Ｂで概略的に示される。ここで、より低いエアロゾル密度の周辺流（細矢印Ｂで示す）は、中心流（中央の太矢印で示す）と比較して、放射検出器４上への及び／又は放射源３上への及び／又は放射源３及び検出器４に近接する流路壁部表面上への粒子状物質の沈殿を低減する。ここでは、長手軸に近接する流路２の中心における流れる粒子状物質の１０％以下の一部のみに放射エネルギーが当てられる。測定が行われる流路の中心におけるエアロゾルの密度は、本質的に不変のままであり、その流速のみが、入口と比較して増加し得る。更なる流れが測定に影響を及ぼす場合、この影響は、粒子状物質センサーデバイスの較正及び／又はモデリングによって補正される。

更なる流れ開口５１１、５１２、５１３は、更なる流れ５１１０、５１２０、５１３０を合わせて、上記更なる流れ５１１０、５１２０、５１３０のうちの任意の更なる流れ以前のエアロゾルサンプル流２０の１％〜３０％（好ましくは１％〜２５％、より好ましくは１％〜２０％）となるように形作られ構成され得る。

好ましくは、更なる流れは、フィルターによってではなく、更なる流れを給送するラインの寸法によって制限されることで、フィルターの詰まりの増加に抗してより頑健になり、また、長期安定性が増す。フィードラインは、図１３における開口２３１を含む。

更なる流れ開口５１１、５１２、５１３の典型的な形状は、０．１ミリメートル〜１ミリメートルの範囲内の典型的な幅／直径を有する長方形スリット又は丸い穴である。スリット様開口は、その開口が設けられる流路の全幅にわたって延在することが好ましい。スリット様開口は、幾つかの実施形態において、全ての流路壁上に配置することができ、幾つかの実施形態において、流れ方向に沿って配向することができ、幾つかの実施形態において、流れ方向に直角に又は他の角度で配置することができる。幾つかの実施形態において、スリット様開口は、流路全周の外周開口として設けることができ、外周開口は、流路の周りに閉環状に又は螺旋状に延在する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、流路２の異なる実施形態並びに放射検出器４の位置及び検出エリア４０のサイズの一実施形態を示す概略断面図である。この実施形態において、検出エリア４０の幅は、流路２の幅ａ_２に基本的に対応する。面積Ａを有する異なる断面形状が示されている。

図２（ａ）は、辺ａ_１及びａ_２を有する直線で囲まれた断面を示す。ここで、上壁部２１５の２つの角は丸みを帯びている。さらに、側壁部２１６、上壁部２１５、及び底壁部２１７が示されている。

図２（ｂ）は、底辺ａ_２及び辺ａ_１を有する三角形状の断面を示す。三角形は、二等辺三角形又は正三角形とすることができる。さらに、側壁部２１６及び底壁部２１７が示されている。ここで、２つの側壁部２１６の間の角は丸みを帯びている。

図２（ｃ）は、軸ａ_１及びａ_２を有する丸い断面を示す。軸ａ_１及びａ_２は同じ長さを有し、形状は好ましくは円形とすることができる。また、軸ａ_１及びａ_２は、異なる長さを有し、形状は好ましくは楕円とすることができる。さらに、側壁部２１６、上壁部２１５、及び底壁部２１７が示されている。ここで、丸い断面の下側半分の形状は、放射検出器４の位置において調整されて、検出エリア４０に対する幅広のアクセス角度が可能になる。

図３は、更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイス１の更なる実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。図１による前の実施形態に対する差が述べられる。図３によれば、プリント回路基板２３は、流路２の底部の境界を定める。回路基板２３はエンクロージャ２１内に配置されるか、又は、エンクロージャ２１は回路基板２３上に嵌められる。この実施形態において、検出器４は、エンクロージャ２１内の凹所内に配置されるのではなく、検出器４が取り付けられる回路基板２３から流路２内に突出する。したがって、平均流路径Ｄ_０は、この実施形態ではより大きいものとなり、検出器４の領域で狭くなり得る。この狭窄部は、例えば生成される粒子状物質の沈殿を少なくするように、流れ２０を変更し得る。あるいは、検出器４は、平均流路壁と同一平面上になるように回路基板２３内に配置され、これにより、流れ２０に対する流れ抵抗が低くなる。

この実施形態において、底部の更なる流れ５１１０及び側部の更なる流れ５１３０が供給される。

この実施形態において、スリット様入口５１４を、シート様の更なる流れ５１４０を提供するために設けることもできる。ここで、シート様の更なる流れは、検出器４を保護するためのシースを生成する側方流である。特に好ましいのは壁部上のスリット様流れ開口であり、壁部上で、保護されなければならない要素、すなわち、検出器４及び／又は放射源３は、この要素が、シート様流れによって粒子状物質の堆積から守られるように配置されている。

図４は、更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイス１の別の実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。この実施形態において、上部の更なる流れ５１２０が、使用中、第２の更なる流れ入口５１２を通して流路２に導入される。

図５は、更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイス１の更に別の実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。この実施形態は、図１による実施形態と同様であるが、検出器４が深い第１の凹所２２内に設けられるという差を有する。したがって、感応表面４０は、もはや平均流路底壁と同一平面上にあるのではなく、流路中心に対して凹所２２内にオフセットしている。凹所２２内へのエントランス領域は、更なるエンクロージャ要素２４によって狭くすることができ、更なるエンクロージャ要素２４は、エンクロージャ２１に一体化することができる、又は、エントランス領域に締結された追加の要素とすることができる。エントランス領域の狭窄部２４は、凹所２２内への粒子状物質の侵入が狭窄部によって低減されるとともに、放射エネルギーが妨げられることなく凹所２２を出ることができるようになっている。

図１による実施形態の場合と同様に、上部流れ開口５１２、底部流れ開口５１１、及び側部流れ開口５１３は、検出器４及び／又は放射源３を保護するための流路２内への上部の更なる流れ５１２０、底部の更なる流れ５１１０、及び側部の更なる流れ５１３０を確立するために図３のように設けられる。やはり、これらの更なる流れの一部は、なくすことができ、例えば、１つの更なる流れ開口のみ、例えば、底部流れ入口５１１のみを設けることもできる。

ここで、本発明の好ましい実施形態を、図６及び図７を参照して述べる。

図６（ａ）は、この実施形態による更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイス１の概略的な横方向縦断面図を示す。図６（ｂ）は、この実施形態の概略的な上面断面図を示す。

図５による実施形態の場合と同様に、検出器４は第１の凹所２２内に配置され、凹所エントランス領域は更なるエンクロージャ要素２４によって狭窄され、第１の凹所２２内に、回路基板２３を通して（貫通穴２３１を通して）流路２に入るガス流路を確立する１つ以上の底部の更なる流れ開口５１１、５１１ａが設けられている。好ましくは、流れ５１１０がそこから出て流路２に入る狭窄領域は放射経路Ｘの真下にある。

さらに、図６（ｂ）を見てわかるように、レーザー３及びビームストッパー３１がそれぞれ収容される第１の凹所２２及び２２ａは、側部の更なる流れ５１３０がそこを通して確立される入口として働く。これは、放射源３を粒子状物質の堆積から特に効率的に保護する。なぜならば、粒子状物質が、更なる流れ入口として働く凹所２２、２２ａのうちの一方に入る可能性がずっと少ないからである。

上記で概説したように、更なる流れ開口は、流路２内への又は流路２からの流れを作り、更なる流れ開口は、エアロゾル流２０を変更し、検出器４及び／又は放射源３上への堆積を回避する軌道上に粒子状物質の向きを変更し、又は、サンプルを局所的に希釈する。流路内へのガスの導入又は流路からのガスの引き抜きを通して追加の流れを作る代わりに、構造要素を、粒子状物質軌道内に設置することができ、それにより、粒子状物は、保護される対象物からそらされる。これは、狭窄部によって達成され、狭窄部は、流路２内の隆起又は流路内２に設置される更なる要素とすることができ、また、基本的に傾斜部として働く。

図７は、狭窄デバイス５２を有する粒子状物質センサーデバイス１の好ましい実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。図７において、エンクロージャ２１は流路２を形成し、一方、流路２は、図７の中央領域において、エンクロージャ２１によって設けられる流路壁の配置構成によって狭窄される。

図８は、狭窄デバイス５２を有する粒子状物質センサーデバイス１の別の実施形態の概略的な横方向縦断面図を示し、狭窄部５２は、プリント回路基板２３上に更なる要素として配置される。

いずれの場合も、狭窄部５２１は、流れ方向に狭窄エリア５２４にわたって延在し、また、流路径がＤ_０である位置の流路壁から流路２の軸の方向に滑らかに上昇し、狭窄部５２１は、流れ方向にその狭窄最大部５２５に達する。すなわち、狭窄部５２１は、流路２の最小有効幅Ｄ_１が位置する場所に達する。その後、狭窄部５２１は、流路径がその元の径Ｄ_０に達するまで元通りに下がる。ここで示す狭窄部５２１は、ガウス曲線に似た滑らかな隆起である。狭窄部５２１において、下流側半分の幅ｃ_０を上流側半分の幅より小さくすることができる。換言すれば、曲線は正のスキューを有することができる。しかしながら、曲線が負のスキューを有するか又は対称であることも考えられる。

狭窄最大部５２５の下流距離ｄ_３において、狭窄部５２１には、凹所５２３が設けられている。凹所５２３は、基本的に前の実施形態の説明で述べた第１の凹所２２と同じ機能を有する。凹所５２３は、長手方向Ｌに実質的に直角に、下方にプリント回路基板２３まで延在する。しかしながら、凹所５２３がより浅い及び／又は傾斜している又は湾曲していることが概して考えられる。凹所５２３は、検出器４を収容し、検出器４は、図７、図８に示すように、プリント回路基板２３上に配置される。

図７に示す実施形態において、狭窄部５２１の曲率は、狭窄最大部５２５の下流距離Ｌ_１において、失速角度ＳＡに達するようなものである。ここで、Ｌ_１は、失速角度が凹所５２３の下流にあるように、ｄ_３より大きい。したがって、流れ２０は凹所５２３の背後でのみ失速する。その後、狭窄最大部５２５からＬ_０の下流距離において最大角度Θ_ｍａｘに達する。ここで、Ｌ_１はＬ_０より小さい。

図７／図８による狭窄状況は、幾つかの実施形態について、また、狭窄部及び流路２に関して、狭窄部５２１寸法と流路２寸法との間の真の相対的関係を示す。

図９は、狭窄部５２１を有する粒子状物質センサーデバイス１の別の実施形態の写真を上面図で示す。検出器４は、狭窄最大部５２５の下流に配置され、狭窄部５２１は流路径Ｄ_０を流路径Ｄ_１まで狭窄させる。この実施形態において、狭窄部５２１は、流路２の周りに円周方向に延在する。図９に示す物体の他の部分の幾何学的関係を、写真から測定することができる。

図１０は、狭窄デバイス５２１を有する粒子状物質センサーデバイス１の更に別の実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。この実施形態において、狭窄デバイス５２１は、検出器４の上流に設置される傾斜部様要素である。好ましくは、この図に示すように、傾斜部５２１は、検出器４の高さより高い。すなわち、傾斜部５２１の先端（これは狭窄最大部５２５とすることができる）は、感応エリア４０より高い。示すように、流路径Ｄ_０は流路２の狭窄有効最小幅Ｄ_１より大きい。狭窄部の先端と感応エリアとの間の上流距離ｄ_４は１ミリメートル〜５ミリメートルとすることができる。傾斜部５２１及び検出器４はともに、回路基板２３上に配置することができる。傾斜部５２１は、直線状傾斜を有することができるか、又は、少なくとも部分的に湾曲した傾斜に従うことができる（例えば図８参照）ことが理解される。

図１１は、狭窄部５２１及び更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイス１の更なる実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。この実施形態は、図１０による実施形態と本質的に同じであるが、加えて、流れ開口５１１が、傾斜部５２１と検出器４との間に配置されている。好ましくは、この流れ開口は、上記で概説した底部流れ入口である。加えて、上部流れ入口５１２を、上部の更なる流れ５１２０を導入するために設けることができる。上部の更なる流れ入口５１２は、底部の更なる流れ入口５１１に対向して配置することができる。傾斜部先端５２５と感応エリア４０との間の上流距離ｄ_４は２ミリメートル〜２５ミリメートルの範囲内とすることができる。底部の更なる入口５１１と感応エリア４０との間の上流距離ｄ_１は１ミリメートル〜５ミリメートルの範囲内とすることができる。

図１２（ａ）は、狭窄部及び更なる流れを有する粒子状物質センサーデバイス１の別の実施形態の概略的な横方向縦断面図を示す。図１２（ｂ）はこの実施形態の概略的な上面断面図を示す。図１１による実施形態の場合と同様に、傾斜部狭窄デバイス５２１、底部の更なる流れ５１１０が、流路２内に配置される。しかしながら、この場合、底部の更なる入口５１１は、傾斜部５２１と検出器４との間にはなく、傾斜部５２１は、底部の更なる入口５１１と検出器４との間にある。換言すれば、底部の更なる流れ入口５１１は傾斜部５２１の上流に配置されている（図１１の場合のように下流ではない）。傾斜部先端５２５と感応エリア４０との間の上流距離ｄ_４は１ミリメートル〜５ミリメートルの範囲内とすることができる。底部の更なる入口５１１と感応エリア４０との間の上流距離ｄ_１は２ミリメートル〜２５ミリメートルの範囲内、又はそれより大きくすることができる。

図１３は、部分的に組み立てられた粒子状物質センサーデバイス１の一実施形態の分解斜視上面図を示し、このデバイスは、上部から下部に向かって、第２のエンクロージャ２１２（上下逆さに示す）、第１のエンクロージャ２１１、回路基板２３、フィルター２１３、及びカバー２１４を有する。

第１のエンクロージャ２１１及び第２のエンクロージャ２１２はともに、エンクロージャ２１を形成する。第２のエンクロージャ２１２は、流路２の上側半分の境界を定める上部を形成する。第１のエンクロージャ２１１は流路２の下側半分の境界を定める下部を形成する。この実施形態において、流路２は、基本的にＵ字形状であり、実質的に長方形の断面形状を有する。検出器４は、流路２に向けられ、プリント回路基板２３に取り付けられた状態で、第１のエンクロージャ２１１内の第１の凹所２２ｂ内に配置される（図１４参照）。検出器４は、流れ方向において第１のＵ字屈曲部のすぐ下流に配置される。レーザーデバイス３は、検出器４の感応エリア４０の真上にレーザー光を放射するように配置される。コネクタ２３２が、粒子状物質センサーデバイス１に電力供給し、制御し、読み出すための電気接続部を提供する。

エアロゾルサンプル流２０は、入口１１を通って流路２に引き込まれ、流路２を通して吸引され、遠心ファン２２０を介して出口１２を通って排出される。

カバー２１４内に、切れ目のない一枚のカバープレートを有するカバー２１４の外周壁の周りに一定間隔で配置された複数の更なる入口１３が存在する。周囲空気又は別のエアロゾル若しくはガスは、上記で概説したように、これらの更なる入口１３を通してデバイス１に吸引され、フィルター２１３、次に、貫通開口２３１を通過して、更なる流れ開口５１１及び５１３を通り、流路２内に誘導され、それにより、エアロゾルサンプル流２０を変更するためのフィルタリングされた更なる流れを作る。

幾つかの実施形態において、任意選択の環境センサー７が、フィルター２１３の下流で更なる流れの流れ経路内に配置される。環境センサー７は、フィルタリングされた更なる流れ内の分析物の温度、湿度、又は濃度等の環境パラメーターを求める。フィルター２１３の下流に環境センサー７を配置することによって、環境センサー７は、粒子状物質による汚染から十分に保護される。そのような粒子状物質は、環境センサー７に達する前に、フィルター２１３によって除去される。

環境センサー７は、補正デバイスを備えるか又は補正デバイスに接続されることができ、補正デバイスは、環境センサーを読み出し、環境センサーのセンサー信号に基づいて、補正された出力パラメーターを導出する。補正デバイスによって導出される出力パラメーターは、フィルタリングされた流れのガスが、粒子状物質センサーデバイス１に入る前に持っていた特性、例えば、粒子状物質センサーデバイス１の環境内の１つ以上の分析物の温度、湿度、又は濃度を示すことができる。そのため、補正デバイスは、環境センサーによって測定されるパラメーターと、粒子状物質センサーデバイス１の外のこのパラメーターの実際の値との間の予想される差を補正し得る。例えば、環境センサーが温度センサーである場合、補正デバイスは、レーザーデバイス３、放射検出器４、及びファン２２０による熱散逸による、ハウジング２１の内部と外部との間の予想される温度差を補正することができる。こうして、粒子状物質センサーデバイス１の環境内の測定パラメーターのより正確な値が得られる。

図１３の実施形態において、環境センサー７は、検出器４と同じ回路基板２３上に取り付けられる。実際には、環境センサー７は、回路基板２３の検出器４と同じ側に取り付けられ、側方には検出器４から中間壁部７１のみによって分離される。対応する壁部も、検出器４と、貫通開口２３１を通って環境センサー７を通過する、フィルタリングされた流れの流れ経路との間にシールを提供するように第１のエンクロージャ２１１の底部に存在する。他の実施形態において、環境センサー７は、回路基板２３の、検出器４に対して反対の面に配置することができる。

図１４は、図１３に示す粒子状物質センサーデバイス１の第１のエンクロージャ２１１の拡大詳細図である。レーザーデバイス３は、流路２を通るレーザービーム３２を放射する。レーザー光は、エアロゾルサンプル流２０内の粒子状物質と相互作用し、それにより、例えば、検出器４によって検出される散乱光３０が生じる。相互作用しないレーザービームの一部は、水平凹所２２ａ内に、そして、ビームストッパー３１上に導かれる。この実施形態において、ビームストッパー３１が、元のビーム経路Ｘに対してオフセットして配置され得ることが示されている。換言すれば、レーザー光は、流路２を出た後、Ｌ字形状の屈折部において反射してビームストッパー３１に当たるようにＬ字形状経路を通る。この考えは、任意の実施形態に統合することができ、検出器４上の妨害迷光を低減するのに役立つ。

検出器４は鉛直に延在する別の第１の凹所２２ａ内に配置される。

両方の第１の凹所２２ａは、レーザービーム３２とサンプル流２０内の粒子状物質との相互作用エリア内において流れ方向に実質的に直角に延在する。

検出器４の上流に近接して、粒子状物質の検出器４及び／又は放射源３上への堆積をより少なくするように流れ２０を変更するための更なる流れ開口５１１及び５１３が配置される。

上記で述べた実施形態が例示に過ぎないことが理解される。狭窄部、更なる流れ開口、及び／又は、凹所内に感応アイテムを据えることの異なる考えを組み合わせて、更なる実施形態を作成することができる。

更なる流れの全て又は一部は、吸引ベースの方法で作ることができる。すなわち、流路圧力状況は、更なる流れ状況を作り維持する。一方、更なる流れの全て又は一部は、入口開口に関連する更なる流路にガスを押し込むことによって、又は、上記更なる流路内に配置されたファン若しくは換気手段によって作られ得る。

また、幾つかの実施形態の場合、流れ開口５１１、５１２、５１３、及び／又は５１４は出口とすることができる。すなわち、流れ開口は流路２からガスを引き出す。例えば、底部の更なる流れ入口が、エアロゾル流２０を上方の上壁部にそらす（それにより、粒子状物質を底部から離す）ことができるという基本原理は、上部の更なる開口は出口であり、かつ、ガス流からガスを引き出すという上部の更なる開口によって達成することができる。

図１５は、粒子状物質センサーデバイスの一実施形態の概略上面図を示し、粒子状物質センサーデバイス１は、互いから離れて延在する２つの流路２を備える。ここで、粒子状物質デバイスは、２つの放射源及び２つの放射検出器（図示せず）を備え、１つの放射源及び１つの放射検出器が、２つの流路のそれぞれの流路内に配置される。エンクロージャ２１は、回路基板２３を収納するように、又は、回路基板２３が接続されるように配置され構成される。２つの放射検出器は同じ回路基板２３上に取り付けられる。

幾つかの実施形態において、基板２３は、流路２の少なくとも一部の境界を定めるようにエンクロージャ２１に取り付けられる。

２つの流路は、１つのエアロゾルサンプルの、又は、２つの異なるエアロゾルサンプルの、例えば、室内空気サンプル及び室外空気サンプルの粒子状物質を検出する及び／又は特性を示すために使用することができる。代替的に又は付加的に、２つの流路はそれぞれ、ＰＭ１０、ＰＭ２．５、又はＰＭ１．０等の特定の粒子状物質サイズ、及び／又は、重い粉塵、降下粉塵、又は浮遊大気粉塵等の特定のタイプの粉塵を検出する及び／又は特性を示すために、特に配置及び構成することができる。

図１６は、粒子状物質センサーデバイス１の更なる実施形態を示す。図１３の実施形態の場合と同様に、センサーデバイスは、下部から上部に向かって、第２のエンクロージャ２１２、第１のエンクロージャ２１１、回路基板２３、フィルター２１３、及びカバー２１４を有する。これらのコンポーネントは、とりわけ回路基板２３の貫通穴２３３を通過する幾つかのねじ（図１６には示さず）によって互いに取り付けられる。コネクタ２３２が回路基板２３の底部に取り付けられる。

図１３の実施形態の場合と同様に、略Ｕ字形状の流路２は、第１のエンクロージャ２１１及び第２のエンクロージャ２１２によって境界を定められている。エアロゾルサンプルは、ファン２２０によって入口１１を通じて流路２内に吸引される。レーザーデバイス３は、水平に、流れ方向に直角に流路２に交差するレーザー光を放射する。レーザー光はエアロゾルサンプルによって散乱される。流路の上で鉛直に、光検出器（図１６では見えない）が、散乱光を検出するために、第１のエンクロージャ２１１の凹所２２ｂ内に配置される。光検出器は、図１６のほぼ点線長方形の領域４１内で回路基板２３の底部側に取り付けられる。

光検出器上への粒子状物質の堆積を低減するために、更なるガス流が作られる。そのため、更なる入口１３がカバー２１４内に設けられ、ガスが、カバー２１４の内部に入り、シート様フィルター２１３を通過することを可能にし、それにより、フィルタリングされた流れが作られる。フィルタリングされた流れは、回路基板２３の上部に沿って通過し、回路基板２３内の更なる貫通穴２３１を通って回路基板２３の下部に達する。これに関連して、全ての他の貫通穴２３３がねじによってエンクロージャ２１１、２１２とカバー２１４とでシールされるため、更なる貫通穴２３１が、フィルタリングされた流れが通過できる回路基板２３内の唯一の開口であることに留意する。フィルタリングされた流れは、回路基板２３の下部に達すると、鉛直に凹所２２ｂを通り、光検出器（図１６では見えない）を通過して、最終的に流路２に入る。光検出器を、フィルタリングされた流れの流れ経路内に配設することによって、光検出器は、粒子状物質による過剰の汚染から保護される。

環境センサー７は、回路基板２３の、光検出器とは反対の面に取り付けられる。図１３の実施形態の場合と同様に、環境センサーは、分析物の温度、湿度、又は濃度等の、フィルタリングされた流れの環境パラメーターを求めるように構成されている。図１３の実施形態の場合と同様に、環境センサーは、フィルター２１３の背後でフィルタリングされた流れの流れ経路内に配置されることによって、粒子状物質による好ましくない汚染から十分に保護される。環境センサー７を、回路基板の光検出器とは反対の面に取り付けることによって、光検出器と環境センサー７との間の熱結合が低減される。

環境センサー７は集積補正デバイス７２を備える。補正デバイス７２は、フィルタリングされた流れのガスが、粒子状物質センサーデバイス１に入る前に持っていた特性を示す出力パラメーター、すなわち、環境パラメーターを、粒子状物質センサーデバイスのハウジングの外部の条件と内部の条件との間の任意の予想される差を考慮することによって導出する。

上記で述べた実施形態が例示に過ぎないことが理解される。全ての実施形態において、粒子状物質センサーデバイスは、フィルタリングされた流れの流れ経路内に必ずしも配設される必要がない、温度センサー、湿度センサー、ガスセンサー、及び／又はガス流量センサー等の１つ以上の更なるセンサーを備えることができる。

１ 粒子状物質センサーデバイス
１１ 入口
１２ 出口
１３ 第２入口
２ 流路
２０ エアロゾルサンプルの流れ
２１ エンクロージャ
２１１ 第１のエンクロージャ要素
２１２ 第２のエンクロージャ要素
２１３ フィルター
２１４ カバー
２１５ ２１の第１の壁部
２１６ ２１の第２の壁部
２１７ ２１の第３の壁部
２２ 第１の凹所
２２ａ、２２ｂ 第２の凹所
２２０ ファン
２３ 回路基板
２３１ ２３の貫通穴
２３２ コネクタ
２３３ 取付用の貫通穴
２４ 更なるエンクロージャ要素
３ 放射源、レーザーデバイス
３０ 散乱放射
３００ ３の放射エリア
３１ ビームストッパー
３２ レーザービーム
４ 放射検出器
４０ 検出エリア／感応エリア
４１ 点線長方形
５１１ 第１の更なる流れ開口（底部）
５１１ａ 第１の更なる流れ開口（後底部）
５１２ 第２の更なる流れ開口（上部）
５１３ 第３の更なる流れ開口（側部）
５１４ スリット様流れ入口
５１１０ 第１の更なる流れ（底部）
５１２０ 第２の更なる流れ（上部）
５１３０ 第３の更なる流れ（側部）
５１４０ シート様の更なる流れ
５２１ 狭窄部デバイス
５２３ 狭窄部凹所
５２４ 狭窄部領域
５２５ 狭窄最大部
６ マイクロプロセッサ
６０ 集積回路
７ 環境センサー
７１ 側壁部
７２ センサーコントローラ
Ａ ２の断面積
ａ_１ Ａの第１の長さ
ａ_２ Ａの第２の長さ
Ｂ 矢印
Ｄ_０ 流路２の直径
Ｄ_１ 狭窄有効最小幅
ｄ_１ ４０と５１１／５１２との距離
ｄ_１ａ ４０と５１１との距離
ｄ_２ ４０と５１３との距離
ｄ_３ ４０と５２１との距離
ｄ_４ ４０と５２１との距離
ｃ_０ ５２１の下流側半分の長さ
Ｌ ２の長手軸
Ｌ_０ ５２５とΘ_ｍａｘとの距離
Ｌ_１ ５２５とＳＡとの距離
Ｌ_２ ５２５と５２３との距離
ＳＡ ５２１の失速角度
Ｘ 放射経路
Θ_ｍａｘ ５２１の最大開き角

Claims (30)

1. 粒子状物質センサーデバイス（１）を通って誘導されるエアロゾルサンプルの流れ（２０）内の粒子状物質を検出する及び／又はその特性を明らかにする該粒子状物質センサーデバイス（１）であって、
   流れ入口（１１）及び流れ出口（１２）を備え、前記流れ入口（１１）から前記流れ出口（１２）まで該粒子状物質センサーデバイス（１）を通る前記エアロゾルサンプルの前記流れ（２０）を誘導する流路（２）を画定するように配置され構成されている、エンクロージャ（２１）と、
   放射エネルギーを前記エアロゾルサンプルの前記流れ（２０）内の前記粒子状物質の少なくとも一部と相互作用させるように、少なくとも部分的には前記流路（２）内に前記放射エネルギーを放射するように配置され構成されている放射源（３）と、
   前記粒子状物質と相互作用した後の前記放射エネルギーの少なくとも一部を検出するように配置され構成されている放射検出器（４）と、
   前記放射検出器（４）及び／又は前記放射源（３）の上流に近接して配置され、前記放射検出器（４）上への及び／又は前記放射源（３）上への及び／又は前記放射源（３）及び／又は前記放射検出器（４）に近接する流路壁部上への粒子状物質の沈殿を低減させるように、前記放射検出器（４）の領域内及び／又は前記放射源（３）の領域内及び／又は前記放射源（３）及び／又は前記放射検出器（４）に近接する流路壁の領域内で、前記エアロゾルサンプルの前記流れ、好ましくは、前記エアロゾルサンプルの流速、前記エアロゾルサンプルの方向、及び／又はエアロゾル密度を、少なくとも局所的に変更するように構成されている、流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４；５２１）と
   を備える粒子状物質センサーデバイス（１）。
2. 前記放射検出器（４）は回路基板（２３）上に取り付けられ、
   前記放射検出器（４）は、好ましくは表面実装デバイスフォトダイオードであり、及び／又は、
   前記エンクロージャ（２１）は、好ましくは前記回路基板（２３）を収納するように又は前記回路基板（２３）に接続されるように配置され構成されており、前記回路基板（２３）は、好ましくは前記流路（２）の一部の境界を定め、及び／又は、
   前記エンクロージャ（２１）は、好ましくは、成形要素である第１のエンクロージャ要素（２１１）を備え又は前記第１のエンクロージャ要素（２１１）からなり、前記エンクロージャ（２１）は、好ましくは、成形要素である第２のエンクロージャ要素（２１２）を備える、
   請求項１に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
3. 前記流れ入口（１１）から前記流れ出口（１２）まで前記粒子状物質センサーデバイス（１）を通る前記エアロゾルサンプルの前記流れ（２０）を発生させる及び／又は制御するように配置され構成されているファン（２２０）であって、流速は、好ましくは０．２メートル／秒〜１０メートル／秒の範囲にある、ファン（２２０）を備える、及び／又は、
   流量及び／又は流速を測定する流量計を備える、
   請求項１又は２に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
4. 粒子状物質個数濃度及び／又は粒子状物質平均質量及び／又は粒子状物質質量濃度を導出するために、前記放射検出器（４）の出力信号を処理するように配置され構成されているマイクロプロセッサ（６）及び／又は集積回路（６０）を備え、
   前記マイクロプロセッサ（６）は、好ましくは、回路基板（２３）上に取り付けられ、及び／又は、前記マイクロプロセッサ（６）及び／又は前記集積回路（６０）は、好ましくは、前記放射検出器（４）と一体化されている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
5. 前記流路（２）の断面は、
   前記流路（２）の長さに沿って面積及び／又は形状が基本的に一定であり、及び／又は、
   基本的に多角形、特に、基本的に三角形又は基本的に四角形、好ましくは基本的に直線で構成された、又は、丸、特に少なくとも部分的に円又は少なくとも部分的に楕円である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
6. 前記流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４；５２１）は、前記流路（２）内への又は前記流路（２）からの少なくとも１つの更なる流れを作る少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）を備え又は前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）からなり、前記少なくとも１つの更なる流れ開口は好ましくは流れ入口であり、
   前記流路（２）は、第１の壁部（２１５）、第２の壁部（２１６）、及び少なくとも１つの第３の壁部（２１７）によって半径方向に境界を定められ、前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）は、
   第１の更なる流れを前記流路（２）内に導入するように前記第１の壁部（２１５）内に、及び／又は、
   第２の更なる流れを前記流路（２）内に導入するように前記第２の壁部（２１６）内に、及び／又は、
   第３の更なる流れを前記流路（２）内に導入するように前記少なくとも１つの第３の壁部（２１７）の少なくとも１つに、
   配置され、
   前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）の少なくとも１つの断面は、好ましくは、
   （ｉ）絞られたジェット様の更なる流れを生成するために基本的に点様であり、又は、
   （ｉｉ）シート様の更なる流れを生成するためにスリット様であり、好ましくは、前記スリット様の更なる流れ開口（５１４）は、前記流路（２）の断面に関して周方向に延在し、好ましくは部分的に又は全体的に前記流路（２）の前記断面の周りに延在し、
   好ましくは、フィルター（２１３）が、前記更なる流れがフィルタリングされた流れであるように前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）に設けられ、前記フィルター（２１３）は、好ましくは空気フィルター又はパスフィルターであり、及び／又は、
   前記更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）は、好ましくは、前記放射検出器（４）及び／又は前記放射源（３）の上流、８ミリメートル未満、好ましくは１ミリメートル〜６ミリメートルの範囲内の第１の距離（ｄ_１，ｄ_１ａ，ｄ_２）に配置されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
7. 前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）には、前記流れ入口（１１）とは別の第２の入口（１３）から粒子状物質センサーデバイス（１）に引き込まれたガスが供給され、
   前記粒子状物質センサーデバイス（１）は、前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）を通る前記少なくとも１つの更なる流れが吸引ベースであるように構成されている、
   請求項６に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
8. 前記流路（２）内に配置され、前記放射源（３）及び／又は前記放射検出器（４）を収納するように構成されている少なくとも１つの第１の凹所（２２）、及び／又は、
   ビームストッパー（３１）を収納するように配置され構成されている第２の凹所（２２ａ）、
   を更に備え、
   前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１３，５１４）の少なくとも１つは、好ましくは、前記少なくとも１つの更なる流れの少なくとも１つが、前記第１の凹所（２２）から及び／又は前記第２の凹所（２２ａ）から前記流路（２）にそれぞれ入るように、前記第１の凹所（２２）内に及び／又は前記第２の凹所（２２ａ）内にそれぞれ配置されている、
   請求項６又は７に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
9. 前記放射検出器（４）は、回路基板（２３）上に取り付けられ、前記放射検出器（４）は、好ましくは表面実装デバイスフォトダイオードであり、及び／又は、
   前記粒子状物質センサーデバイスは、前記少なくとも１つの更なる流れが、使用中に、１つ以上の貫通穴（２３１）を通って前記回路基板（２３）を横断するように構成されており、及び／又は、
   前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ）の少なくとも１つは、前記放射検出器（４）及び／又は前記放射源（３）を被覆するように前記少なくとも１つの更なる流れを作るように配置され構成されている、
   請求項６〜８のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
10. 前記少なくとも１つの流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）は、前記流路（２）内に前記少なくとも１つの更なる流れを導入するように構成されており、それにより、前記少なくとも１つの更なる流れの大きさは、全体として、前記少なくとも１つの流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）の上流での前記流路（２）を通る前記エアロゾルサンプルの前記流れ（２０）の大きさの３０パーセント以下である、請求項６〜９のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
11. 前記少なくとも１つの流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）は、前記流路（２）内に前記少なくとも１つの更なる流れを導入するように構成されており、それにより、前記少なくとも１つの更なる流れの大きさは、全体として、前記少なくとも１つの流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）の上流での前記流路（２）を通る前記エアロゾルサンプルの前記流れ（２０）の大きさの２０パーセント以下である、請求項６〜９のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
12. 前記流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４，５２１）は、前記流路（２）内の又は前記流路（２）の狭窄部（５２１）を含み又は前記狭窄部（５２１）からなり、前記狭窄部（５２１）は、前記エアロゾルサンプルの前記流れの少なくとも一部を、前記放射検出器（４）の検出エリア（４０）から離れる方向に及び／又は前記放射源（３）の放射エリア（３００）から離れる方向に方向付けるように構成されており、
    前記狭窄部（５２１）は、好ましくは、前記狭窄部（５２１）の狭窄最大部（５２５）が、前記放射検出器（４）及び／又は前記放射源（３）の上流、５ミリメートル未満、好ましくは３ミリメートル未満の第２の距離（ｄ_３，ｄ_４）に位置するように配置され構成されている、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
13. 前記狭窄部（５２１）は、好ましくは連続的に、前記流路（２）を狭窄させ、それにより、狭窄最大部（５２５）における狭窄有効最小幅（Ｄ_１）と平均流路径（Ｄ_０）との比は、０．２〜０．９５、好ましくは０．３〜０．６の範囲内であり、前記狭窄有効最小幅（Ｄ_１）は好ましくは１ミリメートル〜５ミリメートルの範囲内であり、及び／又は、前記平均流路径（Ｄ_０）は好ましくは１ミリメートル〜１５ミリメートル、好ましくは２ミリメートル〜８ミリメートルの範囲内である、請求項１２に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
14. 前記狭窄部（５２１）は、狭窄部領域（５２４）にわたって延在し、前記放射検出器（４）及び／又は前記放射源（３）は、前記狭窄部領域（５２４）内に配置されかつ前記狭窄部（５２１）内に半径方向に延在する狭窄部凹所（５２３）内に配置され、前記狭窄部凹所（５２３）は、好ましくはブラインド穴である及び／又は好ましくは０．５ミリメートル〜５ミリメートルの直径（Ｄ_ＰＤ）を有する、請求項１２又は１３に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
15. 前記検出エリア（４０）と前記狭窄最大部（５２５）との間の前記距離（ｄ_３）は前記狭窄部（５２１）の下流側半分の長さ（ｃ_０）の２／３未満であり、及び／又は、
    前記狭窄部（５２１）の１ミリメートルあたりの開き角変化（β）は１°／ミリメートル〜１０°／ミリメートルの範囲内であり、
    前記狭窄部（５２１）の最大開き角（Θ_ｍａｘ）は好ましくは１°〜失速角度（ＳＡ）の範囲内であり、前記失速角度（ＳＡ）は好ましくは５°〜１０°の範囲内であり、前記狭窄最大部（５２５）と前記最大開き角（Θ_ｍａｘ）の位置との間の距離（Ｌ_０）は、好ましくは式：
    

    

    に従って選択され、
    狭窄有効最小幅（Ｄ_１）は、好ましくは式：
    

    

    に従って選択され、
    前記狭窄最大部（５２５）と前記失速角度（ＳＡ）の位置との間の距離（Ｌ_１）は、好ましくは式：
    

    

    に従って選択され、
    前記狭窄最大部（５２５）と直径（Ｄ_ＰＤ）を有する狭窄部凹所（５２３）の下流縁との間の距離（Ｌ_２）は、好ましくは式：
    

    

    に従って選択される、
    請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
16. 前記流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４，５２１）は、少なくとも１つの狭窄部（５２１）及び少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）を備え、前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）は、好ましくは、前記狭窄部（５２１）の狭窄最大部（５２５）の上流又は下流に配置されている少なくとも１つの更なる流れ開口を備える、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
17. 前記粒子状物質センサーデバイス（１）は、互いから離れて延在する少なくとも２つの流路（２）及び少なくとも２つの放射源（３）及び少なくとも２つの放射検出器（４）を備え、前記少なくとも２つの放射源（３）の少なくとも１つ及び前記少なくとも２つの放射検出器（４）の少なくとも１つは、前記少なくとも２つの流路（２）のそれぞれの流路に配置され、
    前記エンクロージャ（２１）は、好ましくは、回路基板（２３）を収納するように配置され構成されおり、及び／又は、前記少なくとも２つの放射検出器（４）は、好ましくは、同じ前記回路基板（２３）上に取り付けられている、
    請求項１〜１６のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
18. 前記流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４；５２１）は、前記流路（２）内に更なる流れを作る少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）を備え又は前記少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）からなり、
    前記粒子状物質センサーデバイス（１）は少なくとも１つの環境パラメーターを求める環境センサー（７）を備え、前記環境センサー（７）は、前記更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）の上流の前記更なる流れの流れ経路に配設されている、
    請求項１〜１７のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
19. 流路（２）を画定するエンクロージャ（２１）と、
    放射エネルギーを前記流路（２）のエアロゾルサンプルの粒子状物質と相互作用させるように、前記流路（２）に前記放射エネルギーを放射する、放射源（３）と、
    前記粒子状物質と相互作用した後の前記放射エネルギーの少なくとも一部を検出する放射検出器（４）と、
    前記流路（２）内に更なる流れを作る少なくとも１つの更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）と、
    少なくとも１つの環境パラメーターを求める環境センサー（７）であって、前記更なる流れ開口（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４）の上流の前記更なる流れの流れ経路に配設される前記環境センサー（７）と
    を備える粒子状物質センサーデバイス（１）。
20. 前記環境センサー（７）は、
    温度と、
    湿度と、
    １つ以上のターゲットガスの濃度、特に、複数のガスの混合ガスの濃度又は１つ以上の個々のガスの濃度と
    のうちの少なくとも１つを求めるように構成されている、
    請求項１８又は１９に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
21. 前記更なる流れをフィルタリングするフィルター（２１３）を備え、前記環境センサー（７）は、前記フィルター（２１３）の下流の前記更なる流れの前記流れ経路に配設されている、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
22. 前記更なる流れの前記流れ経路は、前記エンクロージャ（２１）によって境界を定められている、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
23. 前記エンクロージャ（２１）は、前記流路（２）への第一流れ入口（１１）と、前記更なる流れを作るためのガスを受け入れる第二流れ入口（１３）を画定し、前記第二流れ入口（１３）は前記第一流れ入口（１１）から離れている、請求項２２に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
24. 粒子状物質センサーデバイスは、前記第二流れ入口（１３）において負圧を作るように構成されている、請求項２３に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
25. 前記放射検出器（４）は、前記環境センサー（７）の下流の前記更なる流れの流れ経路に配置されている、請求項１８〜２４のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
26. 前記放射検出器（４）及び前記環境センサー（７）は、共通の回路基板（２３）上に取り付けられ、前記放射検出器（４）は好ましくは表面実装光検出器である、請求項１８〜２５のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
27. 前記回路基板（２３）は、前記更なる流れが前記回路基板（２３）を横断することを可能にする、１つ以上の貫通穴（２３１）を備える、請求項２６に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
28. 前記放射検出器（４）と前記環境センサー（７）とは、前記回路基板（２３）の反対の面に配置されている、請求項２６又は２７に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
29. 前記環境センサー（７）から読み出し、粒子状物質センサーデバイス（１）に入る前の前記更なる流れ内のガスの特性を示す出力パラメーターを導出するように構成されている補正デバイス（７２）を備える、請求項１８〜２８のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）。
30. エアロゾルサンプルの流れ（２０）内の粒子状物質を検出する及び／又はその特性を明らかにする方法であって、
    好ましくは請求項１〜１６のいずれか１項に記載の粒子状物質センサーデバイス（１）の流路（２）を通る前記エアロゾルサンプルの前記流れ（２０）を誘導するステップと、
    前記エアロゾルサンプルの前記流れ（２０）内の前記粒子状物質と相互作用させるために放射源（３）から前記流路（２）内に放射エネルギーを放射するステップと、
    前記粒子状物質と相互作用した後の前記放射エネルギーの少なくとも一部を、放射検出器（４）によって検出するステップと、
    前記放射検出器（４）上への及び／又は前記放射源（３）上への及び／又は前記放射源（３）及び／又は前記放射検出器（４）に近接する流路壁部上への粒子状物質の沈殿を低減させるように、前記放射検出器（４）及び／又は前記放射源（３）及び／又は前記放射源（３）及び／又は前記放射検出器（４）に近接する前記流路壁の上流に近接して配置された流れ変更デバイス（５１１，５１１ａ，５１２，５１３，５１４，５２１）によって、前記放射検出器（４）及び／又は前記放射源（３）の領域内の前記エアロゾルサンプルの前記流れ、好ましくは、前記エアロゾルサンプルの速度、方向、及び／又はエアロゾル密度を、少なくとも局所的に変更するステップと、
    を含む方法。

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