TW201621295A - 顆粒計數器 - Google Patents

顆粒計數器 Download PDF

Info

Publication number
TW201621295A
TW201621295A TW104137145A TW104137145A TW201621295A TW 201621295 A TW201621295 A TW 201621295A TW 104137145 A TW104137145 A TW 104137145A TW 104137145 A TW104137145 A TW 104137145A TW 201621295 A TW201621295 A TW 201621295A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
particle counter
laser
photodetector
counter according
light
Prior art date
Application number
TW104137145A
Other languages
English (en)
Inventor
Reiner Schnitzer
Frank Fischer
Gael Pilard
Original Assignee
Bosch Gmbh Robert
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 Bosch Gmbh Robert filed Critical Bosch Gmbh Robert
Publication of TW201621295A publication Critical patent/TW201621295A/zh

Links

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
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
    • 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
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1434—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers using an analyser being characterised by its optical arrangement
    • G01N15/075—

Abstract

本發明基於一種具有雷射光源(10)及光電偵測器(20)之顆粒計數器。本發明之核心在於，該顆粒計數器具有雷射掃描儀(30)，該雷射掃描儀具有至少一可偏轉的面鏡，該面鏡可繞至少一旋轉軸偏轉。

Description

顆粒計數器
本發明基於一種具有雷射光源及光電偵測器的顆粒計數器。
顆粒計數器係為用於偵測液體或氣體中的顆粒之大小及數目的設備。
先前技術中揭露過用於顆粒測量及顆粒計數之不同的裝置。
散射光顆粒計數器之基礎在於雷射光源、光電偵測器及供氣流穿過之測量元件。此方法基於發射雷射束穿過氣流。當雷射束遇到顆粒而發生散射時，用偵測器測量此散射。
其中，重要之處在於偵測器具有較高的靈敏度，因為散射光強度小且視粒度而定。為此，測量元件內部必須較暗。此外，必須藉由氣流將顆粒導入測量元件。
本發明之目的在於，提供一種適於移動使用或作為用於網路化系統的感測器之具有較低功耗及較小結構尺寸的顆粒測量裝置。
本發明基於一種具有雷射光源及光電偵測器之顆粒計數器。
本發明之核心在於，該顆粒計數器具有雷射掃描儀，該雷射掃描儀具有至少一可偏轉之面鏡，該面鏡可繞至少一旋轉軸偏轉。
其有益之處在於，該雷射光可被導向該等顆粒，從而毋需採用測量元件及用於產生氣流之裝置。本發明之一種有益的技術方案在於，該光電偵測器為單光子突崩二極體(SPAD)或SPAD陣列。其優點在於靈敏度高且回應時間短，從而可對來自某個面段或空間段的散射光進行測量，該面段或空間段之長度取決於測量時間。本發明之一種有益的技術方案在於，該可偏轉面鏡為MEMS微鏡。因此，有益之處在於，可以特別緊密且低成本的方式製造該裝置。
本發明之一種有益的技術方案在於，該可偏轉面鏡可繞兩個特別是正交的旋轉軸偏轉。因此，可有益地在特定的空間段實施顆粒測量。
本發明之一種有益的技術方案在於，該顆粒計數器包括分析設備，該分析設備適於對顆粒進行計數及/或測量。有益之處在於，可根據射在光電偵測器上的光線之強度變化的次數測定顆粒數目。有益地，可根據射在光電偵測器上的光線之強度測定顆粒大小。
本發明之一種有益的技術方案在於，該顆粒計數器具有用於將來自該雷射光源的雷射束聚焦之聚焦光學系統，其中該聚焦光學系統適於產生<1mm(特別是<10μm)之焦點射束直徑。
本發明之一種有益的技術方案在於，藉由該聚焦光學系統所產生的焦距處於該光電偵測器之測量時窗所規定的測量距離之內。
本發明之一種有益的技術方案在於，該雷射光源適於發射波長<550nm之光線。有益之處在於，該雷射束被聚焦，使得該射束之腰部處於相當於該時間間隔所規定的測量窗之距離以內。其中，該焦點射束直徑應<1mm，較佳為<100μm，尤佳為<10μm。
本發明之一種有益的技術方案在於，以能實現可靠運行之功率操作該雷射束。其中，根據該波長及脈衝波形如此選擇該雷射功率，以便可根據工業標準“IEC 60825-1：2007,Auflage 2-Sicherheit von Laserprodukten-Teil 1：Geräteklassifizierung und Anforderungen(IEC 60825-1：2007，第2版-雷射產品的安全性-第1部分：設備分類及要求)”分類成I類或II類。
本發明基於散射光原理，使以下態樣得到解決並經改良： 測量散射光時使用具有高靈敏度的SPAD二極體或SPAD二極體陣列。其間使得雷射(波長為350-950nm，較佳為<660nm，尤佳為<470nm，特別是405nm)發生脈衝，並且僅在某一時窗內在各脈衝後對該散射光進行分析並將其與該暗計數率進行比較。由此，僅測定到設備的距離相當於該時窗之顆粒的散射光。較佳的測量段與光電偵測器間隔0.5-100cm，較佳為1-25cm，尤佳為3-10cm。此相當於射出光線後180ps至600ps之偵測用時窗。藉此，同樣在設備前方的掃描空間中散射光線之物體所反射的雷射光忽略不計。為了減少背景光，可在集光系統前面使用窄帶過濾器，或者在對外遮暗的空間中進行測量。用於移動使用時亦可降低背景光位準，具體做法係將測試雷射以小於100cm、但不近於最大值之間距對準較暗的對象；例如在測試段為3-10cm時，以大約20cm之間距對準使用者之遮暗的手掌。
因此，用於行動電話或智慧型手機中的投影儀之積體組件如光源、微鏡及SPAD偵測器(例如用於距離測量此一輔助用途)可用於其他用途，以便實施顆粒測量並進而例如測定空氣品質。
根據本發明之用於偵測顆粒之裝置，毋需吸入介質。其結構可設計得極為緊密(體積<1cm3)。製造成本可遠低於10美元。
10‧‧‧雷射光源，雷射器
15‧‧‧雷射束
20‧‧‧光電偵測器
30‧‧‧掃描儀
40‧‧‧測量元件
50‧‧‧氣流
60‧‧‧顆粒
70‧‧‧觀測角
80‧‧‧觀測長度
90‧‧‧過濾器
100‧‧‧聚焦光學系統
110‧‧‧測量段
120‧‧‧集光系統
130‧‧‧反射光分量
200‧‧‧測量窗
300‧‧‧基準測量
圖1a為先前技術中具有雷射光源、測量元件及光電偵測器之散射光顆粒計數器。
圖1b為本發明之具有雷射光源、1D或2D掃描儀及SPAD偵測器的散射光計數器。
圖2為包含本發明之散射光計數器的顆粒測量設備。
圖3為藉由本發明之散射光計數器進行測量的時間表。
圖1a為先前技術中具有雷射光源、測量元件及光電偵測器之散射光顆粒計數器。該圖顯示雷射光源10、光電偵測器20及測量元件40。氣流50穿過測量元件40。該氣流包含待計數或待測量之顆粒60。雷射光源10為靜態照射。用光電偵測器20測量散射光。
圖1b為本發明之具有雷射光源、1D或2D掃描儀及SPAD偵測器的散射光計數器。該圖顯示雷射光源10、1D或2D掃描儀30及SPAD偵測器20。1D或2D掃描儀30具有沿一或兩個方向振動之面鏡，特別是MEMS微鏡。在測量操作中，雷射光源10發射波長在1100nm與400nm間(較佳為<700nm)且脈衝長度為0.1-10ns的脈衝雷射束15並將其對準掃描儀30。1D或2D掃描儀30用該沿一或兩個方向振動之面鏡將雷射束15拉成二維的扇形或三維的漏斗體。藉由該掃描雷射束照射本發明之顆粒計數 器前方的區域，即展開的觀測角70內部之區域。若顆粒60位於該掃描區域內部，該雷射輻射之一小部分被散射並且被導引至偵測器20。該散射光可通過過濾器90，該過濾器採用關於該雷射波長的窄帶設計。該偵測器較佳為SPAD(Single Photon Avalanche Diode，單光子突崩二極體)。SPAD之優點在於靈敏度高且回應時間短。在相應較短的時窗中進行的光測量，其僅考慮處於3-10cm或0-100cm的觀測長度之內的測量信號。其實現方式如下：僅在0-10000ps，較佳為180-600ps之時間間隔內實施該散射光測量。
圖2為包含本發明之散射光計數器的顆粒測量設備。該圖為沿光學路徑的原理圖(圖1b之橫截面)。本發明使用直徑特別小的雷射束15，該直徑為0.001mm-1mm，較佳為1μm-200μm，尤佳為<10μm。此點例如可透過以下方式實現：如此這般設置雷射器10之聚焦光學系統100，使得射束15聚焦於測量段110中間的一點上，從而在整個測量段110範圍內獲得較小直徑。如此便能產生提高之亮度並且改良反射光之信號。信噪比相對環境光亦有所改良。其中，圖2中示例性顯示顆粒60所引發之散射中的反射光分量130，該反射光分量被集光系統120導向偵測器20(SPAD或SPAD陣列)。
圖3為藉由本發明之散射光計數器進行測量的時間表。根據本發明，例如藉由以下方式將測量時間限制於該測量段：該SPAD二極體僅在測量窗200內被主動接通。具體做法如下：先將該SPAD的偏壓保持在擊穿電壓或齊納電壓以下，並且在測量時方將其拉到齊納電壓以上的工作值(作用)。在該測量窗之後，該電壓重新回到非作用值。在測量窗200內測量散射光及背景光。在與該散射光測量所選用之測量間隔一致的測量間 隔中進行基準測量300，但此測量不使用前述之雷射脈衝。因此，基準測量300僅測量背景光。針對將測量段110限制於遠<1m之值，重要之處在於，該雷射脈衝之長度同樣較小。該脈衝之長度不應以>10之係數超出用於測量段110之相應的持續時間(例如脈衝長度為500ps，測量窗在180ps與600ps之間)。
亦可使用先前技術中其他的習知光電偵測器。
15‧‧‧雷射束
20‧‧‧光電偵測器
60‧‧‧顆粒
70‧‧‧觀測角
80‧‧‧觀測長度
90‧‧‧過濾器

Claims (9)

  1. 一種具有雷射光源(10)及光電偵測器(20)的顆粒計數器，其特徵在於，該顆粒計數器具有雷射掃描儀(30)，該掃描儀具有至少一可偏轉的面鏡，該面鏡可繞至少一旋轉軸偏轉。
  2. 如申請專利範圍第1項之顆粒計數器，其特徵在於，該光電偵測器(20)為SPAD或SPAD陣列。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之顆粒計數器，其特徵在於，該可偏轉之面鏡為MEMS微鏡。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之顆粒計數器，其特徵在於，該可偏轉之面鏡可繞兩個特別是正交的旋轉軸偏轉。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之顆粒計數器，其特徵在於，該顆粒計數器包括分析設備，其適於對顆粒進行計數及/或測量。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之顆粒計數器，其特徵在於，該顆粒計數器具有用於將來自該雷射光源(10)的雷射束(15)聚焦之聚焦光學系統(100)，其中該聚焦光學系統(100)適於產生<1mm，特別是<10μm之射束直徑。
  7. 如申請專利範圍第6項之顆粒計數器，其特徵在於，藉由該聚焦光學系統(100)所產生的焦距處於該光電偵測器(20)之測量時窗所規定的測量距離之內。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之顆粒計數器，其特徵在於，該雷射光源(10)適於發射波長<550nm之光線。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之顆粒計數器，其特徵在於，該雷射光 源(10)為I類或II類雷射器。
TW104137145A 2014-11-13 2015-11-11 顆粒計數器 TW201621295A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014223151.5A DE102014223151A1 (de) 2014-11-13 2014-11-13 Partikelzähler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201621295A true TW201621295A (zh) 2016-06-16

Family

ID=54150410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104137145A TW201621295A (zh) 2014-11-13 2015-11-11 顆粒計數器

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE102014223151A1 (zh)
TW (1) TW201621295A (zh)
WO (1) WO2016074832A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI650547B (zh) * 2017-12-22 2019-02-11 財團法人工業技術研究院 粒子計數方法及裝置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018216527A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren, Vorrichtung und Computerprogramm zum Betreiben eines Partikelzählers eines mobilen Endgeräts

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH574117A5 (zh) * 1973-10-24 1976-03-31 Sick Erwin Fa
DE3641716A1 (de) * 1986-12-06 1988-06-16 Palas Gmbh Verfahren und vorrichtung zum untersuchen einer partikel enthaltenden stroemung
ATE335998T1 (de) * 1999-05-04 2006-09-15 Mettler Toledo Autochem Inc Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von teilchen unter benutzung der reflexion eines mehrfachabtastenden strahls
US6723975B2 (en) * 2001-02-07 2004-04-20 Honeywell International Inc. Scanner for airborne laser system
GB0323055D0 (en) * 2003-10-02 2003-11-05 Unidata Europ Ltd Particulate detector
GB0500687D0 (en) * 2005-01-14 2005-02-23 Unidata Europ Ltd Particulate detector
CN105185026B (zh) * 2007-11-15 2018-09-11 爱克斯崔里斯科技有限公司 颗粒探测

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI650547B (zh) * 2017-12-22 2019-02-11 財團法人工業技術研究院 粒子計數方法及裝置
US10782219B2 (en) 2017-12-22 2020-09-22 Industrial Technology Research Institute Particle counting method and device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016074832A1 (de) 2016-05-19
DE102014223151A1 (de) 2016-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9857287B2 (en) Particulate sensor device
RU2690083C1 (ru) Лазерный датчик для определения размеров частиц
CN108291863B (zh) 用于使用光散射技术进行个体颗粒尺寸测量的系统和方法
JP4871868B2 (ja) 病原体および微粒子検出システム及び検出方法
KR20170046706A (ko) 입자 검출을 위한 장치, 시스템 및 방법
US9689788B2 (en) Method for measuring fine particulates and fine particulate sensor for determining the particle size of fine particulates
KR101574435B1 (ko) 미세먼지 및 미생물 검출 장치
US10295408B2 (en) Raman spectroscopy system
US20160146732A1 (en) Particle Detector And Method For Detecting Particles
EP3225977B1 (en) Method and sensor system for detecting particles
WO2017060105A1 (en) Particle sensor for particle detection
KR20180000015A (ko) 고정확 실시간 미세 입자 크기 및 개수 측정 장치
KR20120013297A (ko) 매질 내의 고체 입자를 분석하는 방법 및 시스템
CN108603825A (zh) 用于对单独流体承载颗粒进行检测和/或形态分析的方法和设备
US9671325B2 (en) Particle measuring device
JP2020514762A5 (zh)
CN109313119B (zh) 用于检测和/或表征流体携带的颗粒的装置和方法
CN110243729A (zh) 粒子计数器
TW201621295A (zh) 顆粒計數器
JP2007333409A (ja) 浮遊粒子測定装置
WO2017060164A1 (en) Optical sensor for particle detection
JP5299241B2 (ja) パーティクル計数装置
JP2017173229A (ja) 粒子検出センサ、ダストセンサ、煙感知器、空調装置、及び、粒子検出方法
US10371641B2 (en) Method and apparatus for measuring inelastic scattering
CN205449805U (zh) 一种表面增强拉曼光谱测试系统