JP2021113820A - 自動車のための光学式の煤粒子センサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1の上位概念に記載の煤粒子センサに関する。そのような煤粒子センサは、レーザを有するレーザモジュールと、温度放射を検出するように構成された検出器とを有する。
本発明は、煤粒子センサが、レーザモジュールのレーザのビーム経路上に配置された光学素子を有し、光学素子が、レーザモジュールから発せられたレーザ光を1つのスポットに集束させるように構成されており、検出器が、スポットから発せられた放射を検出するように、煤粒子センサ内に配置されているという点で、上記の高出力ナノ秒レーザによって動作する従来技術とは異なっている。放射は、温度放射であり得る、又は、スポット内で進行する煤の酸化のような化学反応によって放たれる放射であり得る。
z0=πw0 2/λ
1/fmin=2z0/vexh
とを計算することができる。例えば、ビームウエストが2w0=10μmであり、波長が1μmであり、排気ガス速度が約1m/sである場合には、最小周波数は、約6kHzになる。煤粒子12がスポット22を複数回通過することを可能にするために、典型的な動作周波数を少なくとも10倍高く選択すべきである。これによって、LII信号は、周波数fで周期的に変調され、相関技術(ロックイン、擬似ランダムシーケンス)による検出が可能となる。このことにより、例えば、ビーム経路上の光学素子によって後方散乱された光によって引き起こされるような背景信号96を、強力に抑制することが可能となる。同様にして、相関技術を使用することにより、一般的な信号対雑音比が改善される。
Claims (17)
- レーザを有するレーザモジュール(18)と、温度放射(14)を検出するように構成された検出器(26)とを備える煤粒子センサ(16)において、
前記煤粒子センサ(16)は、前記レーザモジュール(18)の前記レーザのビーム経路上に配置された光学素子(20)を有し、前記光学素子(20)は、前記レーザモジュール(18)から発せられたレーザ光(10)を1つのスポット(22)に集束させるように構成されており、
前記検出器(26)は、前記スポット(22)から発せられた放射(14)を検出するように、前記煤粒子センサ(16)内に配置されている、
ことを特徴とする、煤粒子センサ(16)。 - 前記レーザモジュール(18)は、平行なレーザ光(10)を生成するように構成されており、
前記光学素子(20)は、前記レーザモジュール(18)から発せられた前記平行なレーザ光(10)を前記スポット(22)に集束させるように構成されている、
請求項1に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記レーザモジュール(18)の前記レーザは、CWレーザである、
請求項1又は2に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記レーザは、半導体レーザ素子、特にレーザダイオード(36)である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記検出器(26)は、少なくとも1つのフォトダイオード(26.1)を有する、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の煤粒子センサ(16)。 - ビームスプリッタ(34)が設けられており、
前記ビームスプリッタ(34)は、前記レーザモジュール(18)から入射した前記レーザ光(10)の少なくとも一部を、前記光学素子(20)に向けるように、かつ、前記スポット(22)から入射した前記放射(14)の少なくとも一部を、前記検出器(26)に向けるように、前記平行なレーザ光(10)の前記ビーム経路上に配置されている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記ビームスプリッタ(34)は、偏光ビームスプリッタ(134)であり、
前記偏光ビームスプリッタ(134)は、入射してきた所定の偏光方向を有する前記レーザ光(10)に対して最大の透過性を有するように方向決めされている、
請求項6に記載の煤粒子センサ(16)。 - 光学フィルタ(42)が設けられており、
前記光学フィルタ(42)は、前記ビームスプリッタ(34)と前記検出器(26)との間の前記ビーム経路上に配置されており、前記スポット(22)から発せられる温度放射(14)に対する透過性よりも、前記レーザ光(10)に対する透過性の方が低くなっている、
請求項6又は7に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記レーザは、500nm未満の波長、特に405nm、450nm又は465nmの波長を有するレーザ光(10)を放出するように構成されており、
前記光学フィルタ(42)は、500nm未満の波長を有する光を減衰させるように又はそれどころか遮断するように構成されている、
請求項8に記載の煤粒子センサ(16)。 - 測定ガスに曝されるように構成された第1の部分(16.1)と、
前記煤粒子センサ(16)の光学部品を含む、前記測定ガスに曝されない第2の部分(16.2)と、
が設けられており、
両方の部分は、前記測定ガスに対して非透過性である分離壁(16.3)を介して分離されている、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記レーザ光(10)の前記ビーム経路上で、前記分離壁に窓(40)が取り付けられており、
前記窓(40)は、前記レーザ光(10)と、前記スポット(22)から発せられた放射(14)との両方に対して透過性を有する、
請求項10に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記煤粒子センサ(16)は、外側保護管(28)及び内側保護管(30)からなる配列を有し、前記外側保護管(28)及び前記内側保護管(30)は、両方とも一般的な円筒形状又は角柱形状を有し、
前記外側保護管(28)と前記内側保護管(30)とは、同軸上に配置されており、前記円筒形状又は前記角柱形状の軸線は、前記レーザ光(10)の入射方向に対して平行に方向決めされており、前記スポット(2)は、前記内側保護管(30)の内部に位置しており、
前記外側保護管(28)の、前記レーザの方を向いた端部は、前記内側保護管(30)を越えて突出しており、
前記内側保護管(28)の、反対側の端部は、前記外側保護管(30)を越えて突出している、
請求項10又は11に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記煤粒子センサ(16)は、シェーカーモジュール(68)を有し、
前記シェーカーモジュール(68)は、前記レーザモジュール(18)に機械的に堅固に結合された振動する可動の要素を有し、これによって、前記シェーカーモジュール(68)の前記可動の部分の振動が、前記レーザモジュール(18)に伝達される、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記シェーカーモジュール(68)は、前記可動の要素を有する圧電アクチュエータを有する、又は、
前記シェーカーモジュール(68)は、前記可動の要素を有する電磁アクチュエータを有する若しくは前記可動の要素を有する、磁歪によって動作するアクチュエータを有する、
請求項13に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記煤粒子センサ(16)は、前記煤粒子センサ(16)において前記スポット(22)の相異なる両側に配置された一対の電極(84,86)を有する、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記煤粒子センサ(16)は、前記内側保護管(30)の内部に配置された一対の音波励振器(98,100)を有する、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の煤粒子センサ(16)。 - 前記音波励振器(98,100)は、電気トランスデューサであり、
前記電気トランスデューサは、圧電又は磁歪に基づいて動作する、又は、電磁的に操作され、定在超音波を生成する、
請求項16に記載の煤粒子センサ(16)。
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