WO2013024167A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von charakteristischen eigenschaften eines transparenten teilchens - Google Patents

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Cameron Tropea
Walter Schäfer
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Definitions

  • Light source is illuminated, with a light source
  • Radiation detector under a predetermined scattering angle ⁇ 3 a time-resolved intensity profile of scattered on the particle light of the light source is measured, wherein in the intensity curve characteristic scattered light peaks are determined and wherein a size of the particle is determined based on a time difference between two scattered light peaks.
  • Properties to be determined are not only liquid droplets in a gas such as air, but depending on the application
  • optical measuring methods are known. In many cases, optical measuring methods are advantageous because they do not or not significantly affect the individual particles whose properties are to be determined.
  • optical measuring methods known from practice and from research include, for example, high-resolution imaging techniques, intensity measurements, interferometry or the evaluation of reflected and refracted or refracted light beams which are scattered by a particle to be measured.
  • a prerequisite that is necessary in many cases is the assumption that the individual particles have a spherical shape or surface.
  • Prerequisites and at known speed of Particle can be used to determine the size of the particle.
  • the velocity of the particle can be determined by another measurement method, such as with the aid of a laser Doppler system.
  • a laser Doppler system Such a method is described, for example, in N. Damaschke, H. Nobach, N. Semidetnov, C. Tropea (2002) Optical Particle Sizing in Backscatter, Applied Optics 41, 5713-5727 or A.
  • This object is achieved in that a first time difference between a first pair of scattered light peaks and a second time difference between a second pair of scattered light peaks is determined that a characteristic is determined as the ratio of the first time difference and the second time difference and that only for those particles a size determination is performed for which the characteristic is within a predefinable value range.
  • the scattered light angle is specified by the measuring apparatus and as a constant
  • incident light causes illuminated measuring volume.
  • the measuring volume could be monitored with additional detectors and in the case of several simultaneously crossing the measuring volume
  • the scattering angle ⁇ 3 is greater than 135 °.
  • refraction maxima of a higher order can occur, making it difficult to evaluate the scattered light intensities. If the light scattered on the particle is measured at a large backscatter angle ⁇ 3, and most preferably in a range ⁇ 3 > 150 °, the gauges required to perform the measurement may be used
  • Refraction peak are determined, wherein a characteristic ⁇ as a ratio of a first time difference between the
  • Reflection peak and the first refraction peak and a second time difference between the reflection peak and the second refraction peak is determined, and wherein a size determination is performed only for those particles for which the characteristic ⁇ corresponds to a predetermined value.
  • the first refraction peak is a
  • Second order refraction peak with a first mode and the second refraction peak has a second order refraction peak with a second mode.
  • predetermined backward scattering ⁇ 3 > 135 ° and in particular ⁇ 3 > 150 °
  • the largest intensities or the largest
  • Scattering light peaks such as higher-order refraction peaks have hardly appreciable or evaluable intensities.
  • the time difference between the reflection peak and a refraction peak can be used in a known manner to determine the size of the particle at which the incident light is scattered. The fact is exploited that the time difference between the measurement signals for the reflection peak and for a
  • Refraction peak of the path length and the spatial distance of the differently scattered light beams depends, in turn, in a known manner from the
  • angles of incidence are geometrical quantities which, assuming an ideal spherical shape of the particle, are exclusively dependent on the scattering angle ⁇ 3 and the relative refractive index m.
  • an approximately spherical shape are met, so that a meaningful size determination can be performed.
  • Measured values for which the parameter ⁇ deviates significantly from a predetermined value or from a predetermined value range are not used for a determination of the
  • Particle size used but discarded The number of particles which is carried out for a determination of the particle size is reduced by discarding those measurement results for which the parameter ⁇ does not correspond to the predetermined criterion.
  • the parameter ⁇ depends, in addition to the scattering angle ⁇ 3, only on the relative refractive index m, which for a known droplet material in a surrounding and
  • the value or range of values for the characteristic ⁇ can be specified so that the time-resolved measured under this scattering angle ⁇ 3
  • Material a second characteristic Y2 are determined, which differs significantly from the first characteristic ⁇ . All particles for which the parameter ⁇ is determined, can be assigned to the first material. All Particles for which the parameter Y 2 is determined can be assigned to the second material. All
  • Characteristics ⁇ and Y 2 are different, are discarded, since they do not allow reliable evaluation and are caused by an evaluation of intensity maxima that can not be assigned to any single particle or no suitable for evaluation particles.
  • the two intensity profiles can either be measured with the aid of two different radiation detectors or be generated by two light sources, which measure the particle to be measured from different directions
  • the same radiation detector is measured.
  • the two radiation detectors or, if only one
  • Radiation detector and two light sources can be used, the two light sources can each be arranged at an arbitrary angle to the optical axis, as long as the two radiation detectors, or the two light sources are arranged on both sides of the optical axis.
  • Intensity profile of light scattered on the particle of the light source is measured, or that the particle with two spaced in the particle flight direction and arranged on both sides of the radiation detector light sources
  • Light source and is decomposed into a second intensity profile, caused by the second light source, that of the first intensity profile and of the second
  • Parameter ⁇ corresponds to a predefinable value.
  • either the two radiation detectors are arranged symmetrically on both sides of the optical axis of the light source and in each case a first and a second time-resolved intensity profile of scattered at the particle
  • Scattered light of the light source is measured, or that the two light sources are arranged symmetrically on both sides of an optical axis of the radiation detector and the particle is illuminated with the two spaced apart in the particle flight direction and symmetrically arranged light sources. Due to the arrangement of the measuring devices, in particular the
  • Time interval of the respective refraction peaks of two intensity gradients is here as well as the time interval of refraction peaks and reflection peaks within an intensity curve only of geometric specifications and of the particle size d, the particle velocity v, the refractive index m and due to the symmetrical arrangement identical matching scattering angle dependent ,
  • the parameter ß which is the ratio of two such
  • Time differences is only dependent on the refractive index m and the scattering angle ⁇ 3 and is therefore suitable as well as the parameter ⁇ for a
  • Refraction peaks is as large as possible, which in turn is advantageous for the temporal resolution of the signal.
  • Radiation detectors (or both light sources) is measured, but the two radiation detectors (or the two light sources) one from the other
  • the parameter ß can therefore also for a
  • Particles is determined.
  • the relevant correlations can be clarified with the following formulas:
  • Refractive index m Refractive index
  • any suitable light source can be used as the light source, whose light is scattered by the particles to be measured with sufficient intensity and whose focused diameter is sufficiently small in relation to the particle size, so that between the individual Reflection and refraction peaks for a given scattering angle ⁇ 3 is a sufficient time difference.
  • Reflection or refraction peaks correspond to the spatial intensity distribution of the light source, which is scanned by the passing droplets.
  • a size determination is carried out only for those particles in which the reflection peak and / or the two refraction peaks have a temporal intensity distribution which correlates with the spatial intensity distribution of the light source.
  • Intensity distribution is a reliable indication that the measured temporal intensity distribution can not be assigned to a single particle, but was caused by a superposition of the scattering shares of several particles. It is also conceivable that the measured intensity distribution can be assigned to a single particle, but this particle, for example, has no spherical shape. In both cases, the meaningfulness would be one with these
  • the velocity of the particle is determined from a width of the temporal intensity distribution of the reflection peak and / or from a width of at least one refraction peak.
  • Particle velocity can be determined if the correlating spatial beam width of the light source is known or can be determined in advance by measurements. When the determination of the particle velocity is performed on a plurality of peaks and on the reflection peak and the two refraction peaks, respectively, the accuracy of determining the particle velocity can be improved.
  • Intensity profile of the particle scattered light of the light source must be measured, can be determined with the method described above, the particle size quickly, reliably and extremely cost.
  • the invention also relates to a device for determining the size and the velocity of a particle with a Light source, with a radiation detector for the
  • the light source does not emit coherent light.
  • the light source may be, for example, a light-emitting diode (LED).
  • Light source may also be formed of a plurality of LEDs arranged in a suitable manner. Of course it is also possible to use a light source for the measurement
  • the light source generates a light curtain.
  • Fig. 1 is a schematic representation of one of a
  • Fig. 2 shows a schematic relationship between the spatial intensity distribution of a falling on the particle light beam of the light source and a so correlating temporal intensity distribution of the
  • Fig. 3 is a schematically illustrated temporal
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a device for determining the size of a particle according to the method described above
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a measuring device according to FIG. 5, wherein two radiation detectors are arranged symmetrically on both sides of a light source
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the temporal measured with the two radiation detectors
  • Fig. 8 is a comparable with FIG. 4 schematic
  • FIG. 9 a representation of an evaluation of determined refractive indices m for particles from different ones
  • FIG. 1 schematically shows the excellent beams relevant to the method according to the invention for determining the particle size during a scattering process in a scattering angle ⁇ 3 .
  • a light beam 1 falls with a schematically indicated spatial intensity distribution on a particle 2, which moves the light beam across the light beam 1 through.
  • the light beam 1 is from the outside at the interface 3 of the particle 2 for
  • predetermined scattering angle ⁇ 3 can be detected.
  • a first refraction beam 5 and a second refraction beam 6 are refracted into the interior of the particle 2, reflected from the inside at the interface 3 and refracted again upon exiting the particle 2.
  • Refraction beams 5 and 6 tangentially along the boundary surface 3 incident surface beams 7 and 8 are guided along a circumferential line around the interface 3 of the particle 2 and can also below the given
  • Reflection beam 4 as well as for the refraction beams 5 and 6 and for the surface beams 7 and 8 can be determined in advance, the individual beams produce time-spaced peaks that are not with one
  • Fig. 2 is only schematically the relationship between a spatial intensity distribution of the incident light beam 1 and the temporal
  • incident light beam 1 leads to a likewise approximately Gaussian time course of the
  • the intensity peak can be measured for all the above-described excellent beams.
  • Light beam 1 corresponds to the width ⁇ of the
  • the width b and the width ⁇ can be determined, for example, by determining the half-width of the respective peaks.
  • the spatial intensity distribution of the incident light beam 1 should therefore be determined in advance as precisely as possible.
  • Fig. 3 is a time-resolved schematically
  • the electrical measurement signal S generated in mV over time t in is plotted by a detector is plotted.
  • the intensity profile shows clearly separated and distinguishable peaks 9, 10, 11 and 12, which can be assigned to the individual beams 4, 5, 6, 7 and 8.
  • a surface peak 9 is generated by surface blasting 8 and is not relevant to particle size determination.
  • a reflection peak 10 a first one, can be spaced apart in time
  • Refraction peak 11 and a second refraction peak 12 are identified.
  • the time differences Atoi and At 0 2 can be calculated as the difference between the respective maxima of the
  • Reflection peaks 10 and the two refraction peaks 11, 12 are determined. In the schematically illustrated
  • Intensity curve corresponds to the first refraction peak 11 a second-order scattered light beam having a first mode, while the second refraction peak 12 corresponds to a second-order scattered light beam having a second mode.
  • the time differences Atoi and At 02 are each dependent on the size d of the particle 2.
  • a parameter ⁇ which is a quotient of the two time differences Atoi and At 02 according to the following relationship
  • the scattering angle ⁇ 3 can by the apparatus design of the measuring apparatus or by the arrangement and
  • Alignment of a detector relative to the light source can be specified.
  • the relative refractive index m can also be determined in advance for known particles 2 in a known medium.
  • the parameter ⁇ can also be determined in advance and a value, or a range of values can be specified, from which the measured
  • Intensity distribution must correspond to ⁇ , so that the relevant intensity distribution for the determination of a particle size considered and
  • Particle has no approximate spherical shape and therefore do not apply the assumed for the distances and maturities of the excellent beams 4, 5 and 6 geometric boundary conditions.
  • the value of the parameter ⁇ can be determined independently of the respective other relationships.
  • a light source 13 and a photodetector 14 must be arranged and aligned relative to one another such that the scattered light scattered by a particle 2 passing by can be detected at the scattering angle ⁇ 3 . Since no
  • Particle size d must be exploited, it may be at the light source 13 to any, sufficiently bright and appropriately focusable light source.
  • the light source 13 does not have to emit coherent light, so that, for example, LEDs can also be used.
  • the light source 13 may also be configured as a light curtain or the like.
  • Evaluation device 15 on a suitable memory device for the measured values.
  • Fig. 6 is a differently designed
  • Measuring device in which two photodetectors 14 are used for the measurement of two different time-resolved intensity distributions simultaneously can.
  • a photodetector 14 On both sides of the light source 13, a photodetector 14 is arranged in each case.
  • the orientation of the two photodetectors 14 relative to the light source corresponds to the probable direction of flight of them
  • the two photodetectors 14 are aligned symmetrically to the light source 13 to each other so that both photodetectors 14 from an identical identical measuring volume 16 in the
  • the intensity profiles measured with the two photodetectors 14 therefore correspond, under otherwise ideal conditions, to the true light intensity profile of the same particle measured at the same scattering angle ⁇ 3 .
  • the two photodetectors 14 it is also possible for the two photodetectors 14 to be at a different angle to the optical axis
  • Deviating scattering angles 0s (1) and 0s (2) can be measured and the parameter ⁇ (0s (1) , 0s (2) , m) then depends on the two scattering angles.
  • the temporal intensity profiles appear due to the arrangement of the two photodetectors 14 relative to the light source 13 in the direction of flight, or after
  • Refractive peaks 12 of second order and second mode depend on the properties of particle 2 according to the following formulas:
  • Characteristics ⁇ satisfy the corresponding criterion.
  • the two parameters ⁇ should match identically, since the two intensity curves are identical to those of the same
  • Light source 13 generated scattered light of the same particle 2 correspond.
  • angles of incidence ⁇ of the respective second-order refracted or reflected beams are - like
  • these incidence angles ⁇ can be determined according to the following formulas:
  • the refractive index m can be calculated according to
  • Intensity curves not only the size, but also the refractive index m of the particle 2 detected by the measurement can be determined.
  • FIG. 9 shows the experimentally determined measurement results for the refractive index m of particles 2 made of different materials.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Größe d eines Teilchens, wobei das Teilchen mit Licht aus einer Lichtquelle beleuchtet wird, wobei mit einem Strahlungsdetektor ein zeitaufgelöster Intensitätsverlauf von an dem Teilchen gestreuten Licht der Lichtquelle gemessen wird, wobei in dem Intensitätsverlauf ein Reflexionspeak (10) und ein Refraktionspeak bestimmt werden und wobei anhand der Zeitdifferenz zwischen dem Reflexionspeak (10) und dem Refraktionspeak die Größe d des Teilchens ermittelt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zeitaufgelöste Intensitätsverlauf bei einem vorgebbaren Streuwinkel θs gemessen wird, wobei ein erster Refraktionspeak (11) zweiter Ordnung und ein zweiter Refraktionspeak (12) zweiter Ordnung mit einer anderen Mode als der erste Refraktionspeak (11) bestimmt werden, wobei eine Kenngröße γ als Verhältnis einer ersten Zeitdifferenz Δt01 zwischen dem Reflexionspeak (10) und dem ersten Refraktionspeak (11) und einer zweiten Zeitdifferenz Δt02 Zwischen dem Reflexionspeak (10) und dem zweiten Refraktionspeak (11) ermittelt wird und wobei nur für diejenigen Teilchen eine Größenbestimmung durchgeführt wird, für welche die Kenngröße γ einem vorgebbaren Wert entspricht.

Description

Technische Universität Darmstadt
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von
charakteristischen Eigenschaften eines transparenten
Teilchens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen Eigenschaften eines transparenten
Teilchens, wobei das Teilchen mit Licht aus einer
Lichtquelle beleuchtet wird, wobei mit einem
Strahlungsdetektor unter einem vorgebbaren Streuwinkel θ3 ein zeitaufgelöster Intensitätsverlauf von an dem Teilchen gestreuten Licht der Lichtquelle gemessen wird, wobei in dem Intensitätsverlauf charakteristische Streulichtpeaks bestimmt werden und wobei anhand einer Zeitdifferenz zwischen zwei Streulichtpeaks eine Größe des Teilchens ermittelt wird.
Die Bestimmung verschiedener charakteristischer
Eigenschaften einzelner Teilchen, deren Größe im Bereich Millimeter und kleiner liegt, ist sowohl für die Forschung als auch für die industrielle und kommerzielle Nutzung von Produkten oder Verfahren von großer Bedeutung. Oftmals betreffen die jeweils interessierenden Eigenschaften die Größe, die Formgebung, die Geschwindigkeit und den
Brechungsindex einzelner Teilchen. Die gleichzeitige
Bestimmung sowohl der Größe als auch der Geschwindigkeit einzelner Teilchen ist von besonderem Interesse, da mit diesen Informationen eine Flussdichte wie beispielsweise ein Massenfluss oder ein Volumenfluss ermittelt werden können. Darüber hinaus können einzelne Teilchen in einer großen Anzahl von Teilchen identifiziert und individuell charakterisiert werden, wie beispielsweise einzelne
Tröpfchen in einem Aerosol oder Spray.
Die Bestimmung von charakteristischen Eigenschaften
einzelner Tröpfchen wird beispielsweise für die Optimierung von Einspritzvorgängen eines Brennstoffs in eine
Brennkammer oder für die Charakterisierung eines
Sprühstrahls einer Farbe oder eines Lackes während eines AufSprühvorgangs benötigt. Die Teilchen, deren
Eigenschaften bestimmt werden sollen, sind dabei nicht ausschließlich Flüssigkeitströpfchen in einem Gas wie beispielsweise Luft, sondern je nach Anwendung
Feststoffpartikel, Gasbläschen in einer Flüssigkeit oder auch eine Tröpfchenemulsion einer ersten Flüssigkeit, die in einer zweiten Flüssigkeit verteilt ist.
Aus der Praxis sind verschiedene Messverfahren bekannt. In vielen Fällen sind optische Messverfahren vorteilhaft, da sie die einzelnen Teilchen nicht oder nicht nennenswert beeinflussen, deren Eigenschaften bestimmt werden sollen.
Die aus der Praxis sowie aus der Forschung bekannten optischen Messverfahren beinhalten beispielsweise zeitlich hochauflösende Abbildungstechniken, Intensitätsmessungen, Interferometrie oder die Auswertung von reflektierten und gebrochenen, bzw. refraktierten Lichtstrahlen, die von einem zu messenden Teilchen gestreut werden.
Die meisten der vorangehend genannten Messverfahren setzen verfahrensabhängig verschiedene Annahmen über einige Eigenschaften der Teilchen voraus oder erfordern
entsprechende Vorgaben, um in Verbindung mit den gemessenen Werten die gewünschten Eigenschaften bestimmen zu können. Eine in vielen Fällen notwendige Voraussetzung ist die Annahme, dass die einzelnen Teilchen eine kugelförmige Formgebung bzw. Oberfläche aufweisen.
Es hat sich gezeigt, dass regelmäßig ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich ist, um die für die
Bestimmung der charakteristischen Eigenschaften
erforderlichen Messungen durchführen zu können. Gleichwohl ermöglichen nur wenige Verfahren eine gleichzeitige
Bestimmung der Größe und der Geschwindigkeit einzelner Teilchen. In vielen Fällen müssen deshalb an demselben Teilchen mehrere verschiedene Messungen durchgeführt werden, um eine oder mehrere relevante Eigenschaften bestimmen zu können. Dabei besteht das Problem, die
Messergebnisse der verschiedenen Messungen zuverlässig jeweils denselben Teilchen zuordnen zu können, um eine weitere Auswertung der Messergebnisse und eine Bestimmung von Eigenschaften desselben Teilchens zu ermöglichen, die von mehreren Messergebnissen abhängig sind.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung wird zur Bestimmung der Größe eines Teilchens ausgenutzt, dass das von einem Teilchen reflektierte Licht und das von diesem Teilchen unter demselben Winkel durch Doppelbrechung gestreute, bzw. refraktierte Licht zeitlich versetzt nachgewiesen werden können. Die Zeitdifferenz zwischen den beiden Peaks bzw. Intensitätsmaxima des reflektierten und des refraktierten Streulichts kann unter bestimmten
Voraussetzungen und bei bekannter Geschwindigkeit des Teilchens dazu verwendet werden, die Größe des Teilchens zu bestimmen. Die Geschwindigkeit des Teilchens kann über ein anderes Messverfahren wie beispielsweise mit Hilfe eines Laser-Doppler-Systems ermittelt werden. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in N. Damaschke, H. Nobach, N. Semidetnov, C. Tropea (2002) Optical Particle Sizing in Backscatter, Applied Optics 41, 5713-5727 oder A.
Kretschmer, N. Damaschke, N. Semidetnov, C. Tropea (2006) Application of the Time-Shift Technique for Spray
Measurement, 13th Int. Symp. on Appl . Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, June 26-29, 2006, beschrieben .
Während dieses Messverfahren in der Theorie gute Ergebnisse liefert, ist dessen praktischer Nutzen oftmals beschränkt. Verschiedene Intensitätsmaxima können beispielsweise auch dadurch erzeugt werden, dass zwei verschiedene Teilchen nacheinander von der Lichtquelle beleuchtet werden und Streulicht in Richtung eines Strahlendetektors gestreut wird. Insbesondere bei dichten Teilchenansammlungen können einzelne Peaks nicht mehr zuverlässig einzelnen Teilchen zugeordnet werden. Darüber hinaus kann die Formgebung der gemessenen Teilchen von einer Kugelform abweichen, so dass die für die Bestimmung der Größe vorausgesetzten
geometrischen Annahmen nicht zutreffen und die ermittelten Werte deutlich von tatsächlichen Größenwerten abweichen können. Um die Zuverlässigkeit der Messergebnisse
überprüfen zu können ist ein ganz erheblicher apparativer Aufwand erforderlich, der in vielen Fällen dazu führt, dass dieses Messverfahren nicht wirtschaftlich sinnvoll
eingesetzt werden kann. Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zur Bestimmung der Größe eines Teilchens so auszugestalten, dass eine zuverlässige Bestimmung der Teilchengröße mit möglichst geringem konstruktivem Aufwand ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Zeitdifferenz zwischen einem ersten Paar von Streulichtpeaks und eine zweite Zeitdifferenz zwischen einem zweiten Paar von Streulichtpeaks ermittelt wird, dass eine Kenngröße als Verhältnis der ersten Zeitdifferenz und der zweiten Zeitdifferenz ermittelt wird und dass nur für diejenigen Teilchen eine Größenbestimmung durchgeführt wird, für welche die Kenngröße innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs liegt.
Dabei wird ausgenutzt, dass in dem Streulicht, das von einem Teilchen gestreut bzw. erzeugt wird, der zeitliche Abstand von mehreren Streulichtpeaks zueinander
vorgegebenen Gesetzmäßigkeiten genügt und nur von wenigen charakteristischen Eigenschaften des betreffenden Teilchens abhängt. Wird eine ideale Kugelform für das Teilchen vorausgesetzt, sind die zeitlichen Abstände der mehreren Streulichtpeaks zueinander nur von der Größe und der
Geschwindigkeit des Teilchens sowie von dem
Streulichtwinkel abhängig, wobei der Streulichtwinkel durch die Messapparatur vorgegeben wird und als Konstante
hinreichend präzise bekannt ist. Werden nunmehr zwei Zeitdifferenzen zwischen zwei
verschiedenen Paaren von Streulichtpeaks desselben
Teilchens miteinander verglichen und eine dieses Verhältnis beschreibende Kenngröße berechnet, sollte für alle
Teilchen, welche die vorausgesetzten Annahmen erfüllen und eine ideale Kugelform aufweisen, die Kenngröße
übereinstimmen, also ein übereinstimmendes Verhältnis dieser Zeitdifferenzen ermittelt werden. Falls für eine
Messung an einem Teilchen die ermittelte Kenngröße deutlich abweicht, muss entweder eine fehlerhafte Messung vorliegen oder aber die Annahme einer idealen Kugelform falsch sein. Abweichungen von dieser Annahme einer idealen Kugelform des Teilchens, das für das gemessene Streulicht verantwortlich ist, werden häufig auch durch den gleichzeitigen Durchgang von zwei oder mehreren Teilchen durch das von dem
einfallenden Licht beleuchtete Messvolumen verursacht.
Mit den bislang bekannten Messmethoden lassen sich derart überlagerte Streulichtintensitäten nur dadurch erkennen oder sinnvoll auswerten, dass durch entsprechende Vorgaben sichergestellt wird, dass immer nur ein Teilchen das
Messvolumen durchquert. Alternativ könnte mit zusätzlichen Detektoren das Messvolumen überwacht und im Falle von mehreren gleichzeitig das Messvolumen durchquerenden
Teilchen die Messergebnisse verworfen werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die
Messergebnisse selbst in einfacher Weise überprüft und diejenigen gemessenen Streulichtintensitäten identifiziert werden, die keine sinnvolle Auswertung für die Bestimmung der charakteristischen Teilcheneigenschaften erlauben.
Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Streuwinkel θ3 größer als 135° ist. Für Streuwinkel θ3 von weniger als 135° können Refraktionsmaxima höherer Ordnung auftreten, durch die eine Auswertung der Streulichtintensitäten erschwert wird. Wenn das an dem Teilchen gestreute Licht unter einem großen Rückstreuwinkel θ3 und in besonders vorteilhafter Weise in einem Bereich θ3 > 150° gemessen wird, können die für die Durchführung der Messung erforderlichen Messgeräte
raumsparend auf einer Seite des Messvolumens angeordnet werden, in dem sich das zu messende Teilchen bewegen kann. Eine Durchleuchtung des Messvolumens und eine Anordnung einzelner Komponenten der Messvorrichtung auf
gegenüberliegenden Seiten des Messvolumens sind nicht erforderlich. Zudem sind bei einer Messung mit einem
Streuwinkel θ3 > 135° und insbesondere θ3 > 150° die
Lichtausbeute und damit die Signalstärke der
Refraktionspeaks vergleichsweise groß, so dass präzise Messergebnisse gewonnen werden können.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein erster
Refraktionspeak und beabstandet dazu ein zweiter
Refraktionspeak bestimmt werden, wobei eine Kenngröße γ als Verhältnis einer ersten Zeitdifferenz zwischen dem
Reflexionspeak und dem ersten Refraktionspeak und einer zweiten Zeitdifferenz zwischen dem Reflexionspeak und dem zweiten Refraktionspeak ermittelt wird, und wobei nur für diejenigen Teilchen eine Größenbestimmung durchgeführt wird, für welche die Kenngröße γ einem vorgebbaren Wert entspricht . Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der erste Refraktionspeak ein
Refraktionspeak zweiter Ordnung mit einer ersten Mode und der zweite Refraktionspeak ein Refraktionspeak zweiter Ordnung mit einer zweiten Mode aufweist. Die für die
Berechnung der Kenngröße γ herangezogenen Refraktionspeaks unterscheiden sich demzufolge hinsichtlich der jeweiligen Mode. Im Hinblick auf die jeweiligen Streuintensitäten werden zweckmäßigerweise die Refraktionspeaks zweiter
Ordnung für die Berechnung der Kenngröße γ herangezogen. Es hat sich gezeigt, dass diese beiden Refraktionspeaks zweiter Ordnung sowie der Reflexionspeak bei der
vorgegebenen Rückwärtsstreuung (θ3 > 135° und insbesondere θ3 > 150°) die größten Intensitäten, bzw. die größten
Intensitätspeaks im Streulicht aufweisen und andere
Streulichtpeaks wie beispielsweise Refraktionspeaks höherer Ordnung kaum nennenswerte oder auswertbare Intensitäten aufweisen.
Die Zeitdifferenz zwischen dem Reflexionspeak und einem Refraktionspeak kann in bekannter Art und Weise dazu verwendet werden, die Größe des Teilchens zu ermitteln, an dem das einfallende Licht gestreut wird. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Zeitdifferenz zwischen den Messsignalen für den Reflexionspeak und für einen
Refraktionspeak von der Weglänge und dem räumlichen Abstand der jeweils unterschiedlich gestreuten Lichtstrahlen abhängt, die ihrerseits in bekannter Weise von der
Teilchengröße und der Geschwindigkeit abhängen, mit welcher sich das Teilchen durch den einfallenden Lichtstrahl bewegt . Werden zwei verschiedene Zeitdifferenzen, die verschiedenen Refraktionspeak zugeordnet sind, zueinander ins Verhältnis gesetzt, so ist das Verhältnis der beiden Zeitdifferenzen nicht mehr von der Größe des Teilchens abhängig. Für die Kenngröße γ, die das Verhältnis von zwei Zeitdifferenzen zwischen dem Reflexionspeak und jeweils einem zugeordnete Refraktionspeak beschreibt, kann die nachfolgend
wiedergegebene Formel hergeleitet werden:
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0003
Die Zeitdifferenzen At02 und At0i bezeichnen die
Zeitdifferenz zwischen dem Reflexionspeak und dem zweiten Refraktionspeak, bzw. und dem ersten Refraktionspeak . Der Teilchendurchmesser wird mit d und die
Teilchengeschwindigkeit mit v bezeichnet. Die
Einfallswinkel θιρ=2'2 und θι^2"1 beschreiben die jeweiligen Einfallswinkel des Lichts des Refraktionspeaks zweiter
Ordnung mit der zweiten Mode, bzw. mit der ersten Mode auf das Teilchen. Diese Einfallswinkel
Figure imgf000011_0002
sind ihrerseits geometrische Größen, die unter der Voraussetzung einer idealen Kugelform des Teilchens ausschließlich von dem Streuwinkel θ3 und dem relativen Brechungsindex m abhängig sind. Die Einfallswinkel θιρ=2'2 und θι^2"1 können beispielsweise mit Ray-Tracing-Programmen oder geeigneten Simulationsprogrammen vorab ermittelt werden. Die Kenngröße γ ist demzufolge ausschließlich von dem relativen
Brechungsindex m des Teilchens in dem umgebenden Medium und dem Streuwinkel θ3 sowie von streuwinkelbezogenen und fest vorgegebenen geometrischen Bedingungen abhängig.
Diese durch Untersuchungen festgestellte Unabhängigkeit der Kenngröße γ von der Teilchengröße kann erfindungsgemäß dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob die für die Bestimmung der Teilchengröße verwendeten Messwerte eines
zeitaufgelösten Intensitätsverlaufs von einem einzelnen Teilchen stammen und nicht etwa aus einer Überlagerung mehrerer Streueffekte an verschiedenen Teilchen entstanden sind. Darüber hinaus kann über die Kenngröße γ auch
überprüft werden, dass die für eine zuverlässige Bestimmung der Teilchengröße zugrunde liegenden Annahmen wie
beispielsweise eine näherungsweise kugelförmige Formgebung erfüllt sind, so dass eine aussagekräftige Größenbestimmung durchgeführt werden kann.
Messwerte, für welche die Kenngröße γ deutlich von einem vorgegebenen Wert bzw. von einem vorgegebenen Wertbereich abweichen, werden nicht für eine Bestimmung der
Teilchengröße verwendet, sondern verworfen. Die Anzahl derjenigen Teilchen, für eine Bestimmung der Teilchengröße durchgeführt wird, wird durch das Verwerfen derjenigen Messergebnisse reduziert, für welche die Kenngröße γ nicht dem vorgegebenen Kriterium entspricht. Für die
verbleibenden Messwerte kann dann allerdings eine
wesentlich zuverlässigere und damit präzisere Bestimmung der Teilchengröße durchgeführt werden. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht mehr erforderlich, die Aussagekraft einzelner
Messergebnisse durch zusätzliche und unabhängige Messungen zu überprüfen und zu validieren. Der apparative Aufwand kann auf diese Weise erheblich reduziert werden, ohne dass die Präzision oder Aussagekraft der Messergebnisse
entsprechend vermindert würde. Es hat sich gezeigt, dass eine zuverlässige und präzise Bestimmung der Teilchengröße dadurch begünstigt wird, dass der Streuwinkel θ3 so vorgegeben wird, dass die Kenngröße γ = Ato2/Atoi zwischen 1,5 und 2,5, vorzugsweise etwa 2,0 beträgt. Die Kenngröße γ hängt neben dem Streuwinkel θ3 nur noch von dem relativen Brechungsindex m ab, der für ein bekanntes Tröpfchenmaterial in einem umgebenden und
ebenfalls bekannten Medium eine bekannte und konstante Größe darstellt. Durch eine geeignete Vorgabe des
Streuwinkels θ3 kann der Wert bzw. Wertebereich für die Kenngröße γ so vorgegeben werden, dass die unter diesem Streuwinkel θ3 gemessenen zeitaufgelösten
Intensitätsverläufe eine möglichst zuverlässige Bestimmung der Teilchengröße ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Wert der Kenngröße γ im Bereich von 2
vorteilhafte Voraussetzungen vorliegen, um die einzelnen Peaks in dem zeitaufgelösten Intensitätsverlauf zuverlässig zu separieren, zu identifizieren und auszuwerten. Es ist darüber hinaus grundsätzlich auch möglich, anhand der Kenngröße γ dem Teilchen einen von mehreren
vorbekannten Brechungsindizes zuzuordnen. Werden
beispielsweise gleichzeitig Teilchen aus zwei
unterschiedlichen Materialien einer Messapparatur
zugeführt, die sich hinsichtlich ihres jeweiligen
Brechungsindex deutlich voneinander unterscheiden, so sollte für alle Teilchen eines ersten Materials eine erste Kenngröße γι und für alle Teilchen aus einem zweiten
Material eine zweite Kenngröße Y2 ermittelt werden, die sich deutlich von der ersten Kenngröße γι unterscheidet. Alle Teilchen, für welche die Kenngröße γι ermittelt wird, können dem ersten Material zugeordnet werden. Alle Teilchen, für welche die Kenngröße Y2 ermittelt wird, können dem zweiten Material zugeordnet werden. Alle
seitlichen Intensitätsverteilungen, für die eine Kenngröße Y3 ermittelt wird, die sich deutlich von den beiden
Kenngrößen γι und Y2 unterscheidet, werden verworfen, da sie keine zuverlässige Auswertung ermöglichen und durch eine Auswertung von Intensitätsmaxima entstanden sind, die keinem einzelnen Teilchen oder keinem für eine Auswertung geeigneten Teilchen zugeordnet werden können.
Es ist ebenfalls möglich, zwei verschiedene zeitlich aufgelöste Intensitätsverläufe von dem Streulicht eines einzigen Teilchens zu messen und für die Auswertung zu verwenden. Die zwei Intensitätsverläufe können entweder mit Hilfe von zwei verschiedenen Strahlungsdetektoren gemessen werden oder durch zwei Lichtquellen erzeugt werden, die das zu messende Teilchen aus verschiedenen Richtungen
beleuchten, wobei dass das jeweilige Streulicht mit
demselben Strahlungsdetektor gemessen wird.
Die beiden Strahlungsdetektoren oder, falls nur ein
Strahlungsdetektor und zwei Lichtquellen verwendet werden, die beiden Lichtquellen können jeweils mit einem beliebigen Winkel zur optischen Achse angeordnet sein, sofern die zwei Strahlungsdetektoren, bzw. die zwei Lichtquellen auf beiden Seiten der optischen Achse angeordnet sind. Um eine
Korrelation der zwei verschiedenen Intensitätsverläufe und deren Zuordnung zu demselben Teilchen zu vereinfachen sollten entweder die beiden Strahlungsdetektoren oder aber die beiden Lichtquellen in Teilchenflugrichtung beabstandet und symmetrisch bezogen auf die eine Lichtquelle (bei zwei Strahlungsdetektoren) oder auf den einen Strahlungsdetektor (bei zwei Lichtquellen) angeordnet sein.
Obwohl die rechnerische Auswertung auch für eine
unsymmetrische Anordnung grundsätzlich möglich ist, vereinfachen sich die Zusammenhänge und damit die
Auswertung bei einer symmetrischen Anordnung der beiden Strahlungsdetektoren, bzw. der beiden Lichtquellen. Sofern in den nachfolgenden Ausführungen nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird, wird deshalb in den weiteren Ausführungen von einer symmetrische Anordnung ausgegangen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass entweder mit zwei in Teilchenflugrichtung beabstandet und auf beiden Seiten der Lichtquelle angeordneten Strahlungsdetektoren jeweils ein erster und ein zweiter zeitlich aufgelöster
Intensitätsverlauf von an dem Teilchen gestreutem Licht der Lichtquelle gemessen wird, oder dass das Teilchen mit zwei in Teilchenflugrichtung beabstandet und auf beiden Seiten des Strahlungsdetektors angeordneten Lichtquellen
beleuchtet wird und der mit dem Strahlungsdetektor
gemessene zeitlich aufgelöste Intensitätsverlauf in einen ersten Intensitätsverlauf, verursacht von der ersten
Lichtquelle, und in einen zweiten Intensitätsverlauf, verursacht von der zweiten Lichtquelle, zerlegt wird, dass von dem ersten Intensitätsverlauf und von dem zweiten
Intensitätsverlauf jeweils zwei Refraktionspeaks ermittelt werden, dass eine erste Zeitdifferenz zwischen einem ersten Refraktionspeak des ersten Intensitätsverlaufs und dem ersten Refraktionspeak des zweiten Intensitätsverlaufs und eine zweite Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Refraktionspeak des ersten Intensitätsverlaufs und des zweiten Refraktionspeak des zweiten Intensitätsverlaufs ermittelt werden, dass eine Kenngröße ß als Verhältnis der ersten Zeitdifferenz und der zweiten Zeitdifferenz
ermittelt wird, und wobei nur für diejenigen Teilchen eine Größenbestimmung durchgeführt wird, für welche die
Kenngröße ß einem vorgebbaren Wert entspricht.
Allerdings ist vorzugsweise vorgesehen, dass entweder die zwei Strahlungsdetektoren auf beiden Seiten der optischen Achse der Lichtquelle symmetrisch angeordnet sind und jeweils ein erster und ein zweiter zeitlich aufgelöster Intensitätsverlauf von an dem Teilchen gestreutem
Streulicht der Lichtquelle gemessen wird, oder dass die zwei Lichtquellen auf beiden Seiten einer optischen Achse des Strahlungsdetektors symmetrisch angeordnet sind und das Teilchen mit den zwei in Teilchenflugrichtung beabstandet und symmetrisch angeordneten Lichtquellen beleuchtet wird. Durch die Anordnung der Messgeräte, insbesondere der
Strahlungsdetektoren und der Lichtquellen, kann eine zeitliche Korrelation der jeweiligen Intensitätsverläufe vorgenommen werden, so dass die zwei Intensitätsverläufe, die demselben Teilchen zugeordnet sind, eindeutig ermittelt werden können. Die Intensität der Refraktionspeaks ist üblicherweise erheblich größer als die Intensität der
Reflexionspeaks . Indem die Auswertung der
Intensitätsverläufe auf Refraktionspeaks von zwei
verschiedenen Intensitätsverläufen desselben Teilchens beschränkt wird, können größere Intensitätspeaks
ausgewertet und die erforderlichen Berechnungen mit einer deutlich verbesserten Genauigkeit durchgeführt werden. Der zeitliche Abstand der jeweiligen Refraktionspeaks von zwei Intensitätsverläufen ist dabei ebenso wie der zeitliche Abstand von Refraktionspeaks und Reflexionspeaks innerhalb eines Intensitätsverlaufs nur von geometrischen Vorgaben sowie von der Teilchengröße d, der Teilchengeschwindigkeit v, dem Brechungsindex m und dem auf Grund der symmetrischen Anordnung identisch übereinstimmenden Streuwinkel abhängig. Die Kenngröße ß, die das Verhältnis von zwei solchen
Zeitdifferenzen beschreibt, ist dagegen nur noch von dem Brechungsindex m und dem Streuwinkel θ3 abhängig und eignet sich deshalb ebenso wie die Kenngröße γ für eine
Überprüfung und Auswahl der gemessenen Messwerte, bevor eine Bestimmung der Teilchengröße mit den Messwerten vorgenommen wird: d/2 .
- (2 sin^22 ^ ^))) _ sin(^22 (^ > m))
Ebenso wie bei der Kenngröße γ ist es zweckmäßig, dass bei einem bekannten oder vorgegebenen Brechungsindex m der Streuwinkel θ3 für nachfolgende Messungen so vorgegeben wird, dass die Kenngröße ß = At22/Atn zwischen 1,5 und 3,5, vorzugsweise mehr als 2,0 oder besonders bevorzugt mehr als 2,5 beträgt. Dadurch wird erreicht, dass der Abstand zwischen den für die Auswertung herangezogenen
Refraktionspeaks möglichst groß ist, was wiederum für die zeitliche Auflösung des Signals vorteilhaft ist.
Für den Fall, dass die Kenngröße ß = At22/Atn mit einer nicht symmetrischen Anordnung der beiden
Strahlungsdetektoren (oder der beiden Lichtquellen) gemessen wird, sondern die beiden Strahlungsdetektoren (oder die beiden Lichtquellen) einen voneinander
abweichenden Winkel zur optischen Achse aufweisen und die Intensitätsverläufe mit unterschiedlichen Streuwinkeln 0s(1) und 0s(2) ermittelt werden, gelten die folgenden Beziehungen für die Kenngröße ß(0s(1), 0s(2), m) :
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0002
fe H )) fe fe ))
Die Kenngröße ß lässt sich demzufolge auch für eine
unsymmetrische Anordnung der Messkomponenten, bzw. für voneinander abweichende Streuwinkel 0s(1) und 0s(2)
ermitteln .
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass zusätzlich für den ersten Intensitätsverlauf und für den zweiten
Intensitätsverlauf jeweils die Kenngröße γ ermittelt wird und dass unter der Annahme identisch übereinstimmender Kenngrößen γ der Brechungsindex m für das betreffende
Teilchen ermittelt wird.
Der Brechungsindex m ergibt sich in Abhängigkeit von dem nunmehr wieder identisch vorgegebenen Streuwinkel θ3 und den geometrisch vorgegebenen Einfallswinkeln θιρ=21 und θί Ρ=22, die ihrerseits aus den Kenngrößen ß und γ ermittelt werden können. Die hierfür maßgeblichen Zusammenhänge können mit den nachfolgend wiedergegebenen Formeln verdeutlicht werden:
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0002
Auf diese Weise ist es möglich, durch einen Vergleich mehrerer Refraktionspeaks und eines Reflexionspeaks innerhalb eines einzelnen Intensitätsverlauf sowie durch einen Vergleich mehrerer Refraktionspeaks von zwei
verschiedenen Intensitätsverläufen des Streulicht desselben Teilchens nicht nur dessen Größe, sondern auch dessen
Brechungsindex m und damit dessen Beschaffenheit ermitteln zu können.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass eine räumliche
Intensitätsverteilung der Lichtquelle längs einer optischen Achse ermittelt und mit einer zeitlichen
Intensitätsverteilung des Reflexionspeaks und/oder
mindestens eines Refraktionspeaks verglichen wird. Als Lichtquelle kann grundsätzlich jede geeignete Lichtquelle verwendet werden, deren Licht von den zu messenden Teilchen mit ausreichender Intensität gestreut wird und deren fokussierter Durchmesser ausreichend klein im Verhältnis zur Teilchengröße ist, so dass zwischen den einzelnen Reflexions- und Refraktionspeaks für einen vorgegebenen Streuwinkel θ3 eine ausreichende Zeitdifferenz besteht. Die zeitliche Intensitätsverteilung eines beliebigen
Reflexions- oder Refraktionspeaks entspricht dabei der räumlichen Intensitätsverteilung der Lichtquelle, die durch das vorbeifliegende Tröpfchen gleichsam abgetastet wird. Eine näherungsweise gaußförmige räumliche
Intensitätsverteilung der Lichtquelle führt zu ebenfalls gaußförmigen zeitlichen Intensitätsverteilungen des
Reflexionspeaks und der Refraktionspeaks .
Um die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der jeweils durchgeführten Bestimmungen einer Teilchengröße zu
verbessern ist vorgesehen, dass nur für diejenigen Teilchen eine Größenbestimmung durchgeführt wird, bei denen der Reflexionspeak und/oder die beiden Refraktionspeaks eine mit der räumlichen Intensitätsverteilung der Lichtquelle korrelierende zeitliche Intensitätsverteilung aufweisen. Eine voneinander abweichende und nicht korrelierende
Intensitätsverteilung ist ein zuverlässiges Anzeichen dafür, dass die gemessene zeitliche Intensitätsverteilung nicht einem einzelnen Teilchen zugeordnet werden kann, sondern durch eine Überlagerung der Streuanteile mehrerer Teilchen verursacht wurde. Es ist ebenfalls denkbar, dass die gemessene Intensitätsverteilung zwar einem einzelnen Teilchen zugeordnet werden kann, jedoch dieses Teilchen beispielsweise keine kugelförmige Formgebung aufweist. In beiden Fällen wäre die Aussagekraft einer mit diesen
Messwerten ermittelten Teilchengröße äußerst gering. Aus diesem Grund wird für derartige nicht korrelierte
Intensitätsverteilungen keine Bestimmung der Teilchengröße durchgeführt . Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass aus einer Breite der zeitlichen Intensitätsverteilung des Reflexionspeaks und/oder aus einer Breite mindestens eines Refraktionspeaks die Geschwindigkeit des Teilchens ermittelt wird.
Insbesondere für diejenigen Intensitätsverteilungen, bei denen die vorangehend erörterten Plausibilitätskontrollen erfolgreich bestanden wurden, kann ausgehend von einer charakteristischen Breite der zeitlichen
Intensitätsverteilung eines Peaks die
Teilchengeschwindigkeit ermittelt werden, sofern die korrelierende räumliche Strahlbreite der Lichtquelle bekannt ist bzw. vorab durch Messungen ermittelt werden kann. Wenn die Bestimmung der Teilchengeschwindigkeit an mehreren Peaks bzw. an dem Reflexionspeak und den beiden Refraktionspeaks durchgeführt wird, kann die Genauigkeit der Bestimmung der Teilchengeschwindigkeit verbessert werden .
Zusätzliche Messverfahren und ein damit einhergehender zusätzlicher apparativer Aufwand sind nicht erforderlich, um sowohl die Teilchengeschwindigkeit und in Kenntnis davon auch die Teilchengröße bestimmen zu können. Da für die Bestimmung der Teilchengröße lediglich der zeitliche
Intensitätsverlauf des an dem Teilchen gestreuten Lichts der Lichtquelle gemessen werden muss, lässt sich mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren die Teilchengröße schnell, zuverlässig und äußerst kostengünstig ermitteln.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Größe und der Geschwindigkeit eines Teilchens mit einer Lichtquelle, mit einem Strahlungsdetektor für von dem
Teilchen gestreutes Licht der Lichtquelle und mit einer Auswerteeinrichtung, die mit dem Strahlungsdetektor
datenübertragend verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lichtquelle nicht kohärentes Licht emittiert. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine lichtimitierende Diode (LED) handeln. Die
Lichtquelle kann auch aus mehreren LED 's gebildet werden, die in geeigneter Weise angeordnet sind. Es ist natürlich ebenso möglich, für die Messung eine Lichtquelle zu
verwenden, die kohärentes Licht emittiert, auch wenn die Verwendung von kohärentem Licht für die Durchführung der Messungen nicht erforderlich ist. Um für eine große Anzahl von Teilchen, die sich
gegebenenfalls in unterschiedliche Richtungen bewegen können, eine rasche und zuverlässige Bestimmung der
Teilchengröße durchführen zu können ist vorgesehen, dass die Lichtquelle einen Lichtvorhang erzeugt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele näher erörtert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines von einer
Lichtquelle beleuchteten Teilchens und der für einen vorgegebenen Streuwinkel θ3 auftretenden Verläufe einiger ausgezeichneter Strahlen,
Fig. 2 einen schematischen Zusammenhang zwischen der räumlichen Intensitätsverteilung eines auf das Teilchen fallenden Lichtstrahles der Lichtquelle und eine damit korrelierende zeitliche Intensitätsverteilung des
gemessenen Streulichts,
Fig. 3 einen schematisch dargestellten zeitlichen
Intensitätsverlauf des von den Teilchen in den Streuwinkel Q s gestreuten Lichts,
Fig. 4 eine schematische Darstellung von verschiedenen Werten der Kenngröße γ in Abhängigkeit von verschiedenen Materialien bzw. Brechungsindizes m des Teilchens,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Größe eines Teilchens gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß Fig. 5, wobei zwei Strahlungsdetektoren symmetrisch auf beiden Seiten einer Lichtquelle angeordnet sind, Fig. 7 eine schematische Darstellung der mit den beiden Strahlungsdetektoren gemessenen zeitlichen
Intensitätsverläufe des Streulichts eines Teilchens,
Fig. 8 eine mit Fig. 4 vergleichbare schematische
Darstellung von verschiedenen Werten der Kenngröße ß in Abhängigkeit von verschiedenen Materialien, bzw.
Brechungsindizes m der Teilchen, wobei eine symmetrische Anordnung der beiden Strahlungsdetektoren gezeigt wird, und Fig. 9 eine Darstellung einer Auswertung von ermittelten Brechungsindizes m für Teilchen aus verschiedenen
Materialien anhand der gemessenen Intensitätsverläufen. In Fig. 1 werden schematisch die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Teilchengröße relevanten ausgezeichneten Strahlen bei einem Streuvorgang in einen Streuwinkel θ3 dargestellt. Von einer in Fig. 1 nicht dargestellten Lichtquelle fällt ein Lichtstrahl 1 mit einer schematisch angedeuteten räumlichen Intensitätsverteilung auf ein Teilchen 2, das sich den Lichtstrahl querend durch den Lichtstrahl 1 hindurch bewegt. Der Lichtstrahl 1 wird von außen an der Grenzfläche 3 des Teilchens 2 zum
umgebenden Medium reflektiert und durch Doppelbrechung und innere Reflexion gestreut. In Fig. 1 sind verschiedene ausgezeichnete Strahlen abgebildet, die unter einem
vorgegebenen Streuwinkel θ3 nachgewiesen werden können.
An der Grenzfläche 3 wird ein Reflexionsstrahl 4
reflektiert. Ein erster Refraktionsstrahl 5 und ein zweiter Refraktionsstrahl 6 werden in das Innere des Teilchens 2 gebrochen, von Innen an der Grenzfläche 3 reflektiert und bei einem Austritt aus dem Teilchen 2 erneut gebrochen. Zusätzlich zu dem Reflexionsstrahl 4 und den beiden
Refraktionsstrahlen 5 und 6 werden tangential längs der Grenzfläche 3 einfallende Oberflächenstrahlen 7 und 8 längs einer Umfangslinie um die Grenzfläche 3 des Teilchens 2 geführt und können ebenfalls unter dem vorgegebenen
Streuwinkel θ3 nachgewiesen werden.
Der jeweilige Einfallswinkel θ± der ausgezeichneten
Strahlen, die entsprechende Intensitätspeaks in einem zeitlich aufgelösten Intensitätsverlauf erzeugen,
korreliert mit dem Auftreffpunkt auf der Grenzfläche 3 des Teilchens 2. Für eine angenommene ideale Kugelform des Teilchens 2 können die Einfallswinkel θ± in Abhängigkeit von dem für die Messung verwendeten Streuwinkel θ3 und dem Brechungsindex m des Teilchens 2 mit Hilfe von
geometrischen Überlegungen, bzw. in der Praxis mit Hilfe von ray-tracing-Programmen oder Optik-Simulationsprogrammen bestimmt werden.
Auf Grund der unterschiedlichen Wege und Laufzeiten, die bei einem vorgegebenen Streuwinkel θ3 sowohl für den
Reflexionsstrahl 4 als auch für die Refraktionsstrahlen 5 und 6 sowie für die Oberflächenstrahlen 7 und 8 im Voraus bestimmt werden können, erzeugen die einzelnen Strahlen zeitlich beabstandete Peaks, die mit einem nicht
dargestellten Detektor nachgewiesen werden können. Da die Zeitdifferenz zwischen einzelnen Peaks unter anderem von der Teilchengröße abhängig ist, kann ausgehend von einem zeitaufgelösten Intensitätsverlauf, der mit dem Detektor nachgewiesen wurde, die Teilchengröße ermittelt werden. In Fig. 2 wird lediglich schematisch der Zusammenhang zwischen einer räumlichen Intensitätsverteilung des einfallenden Lichtstrahls 1 und dem zeitlichen
Intensitätsverlauf des unter dem Streuwinkel θ3
nachgewiesenen Streulichts dargestellt. Eine im
Wesentlichen gaußförmige Intensitätsverteilung des
einfallenden Lichtstrahls 1 führt zu einem ebenfalls näherungsweise gaußförmigen zeitlichen Verlauf der
gemessenen Intensität des Streulichts. Ein derartiger
Intensitätspeak kann für alle vorangehend beschriebenen ausgezeichneten Strahlen gemessen werden. Durch das den Lichtstrahl 1 querenden Teilchen 2 wird der auf das Teilchen 2 einfallende Lichtstrahl 1 in den
Detektor abgebildet, was durch eine mathematische
Transformation beschrieben werden kann. Die Breite b der räumlichen Intensitätsverteilung des einfallenden
Lichtstrahls 1 entspricht dabei der Breite σ des
zeitaufgelösten Peaks des Streulichts. Die
Teilchengeschwindigkeit v ergibt sich dabei aus dem
Quotienten der räumlichen Breite b und derjenigen
Zeitdifferenz, die der Breite σ entspricht: v = b / σ.
Die Breite b und die Breite σ können beispielsweise über eine Halbwertsbreitenbestimmung der jeweiligen Peaks ermittelt werden. Die räumliche Intensitätsverteilung des einfallenden Lichtstrahls 1 sollte deshalb vorab möglichst präzise ermittelt werden. In Fig. 3 ist schematisch ein zeitaufgelöster
Intensitätsverlauf des unter dem Streuwinkel θ3 gemessenen Streulichts an dem Teilchen 2 dargestellt. Dabei ist stellvertretend für die Intensität das von einem Detektor erzeugte elektrische Messsignal S in mV über die Zeit t in ]is aufgetragen. Der Intensitätsverlauf zeigt deutlich voneinander getrennte und unterscheidbare Peaks 9, 10, 11 und 12, die den einzelnen Strahlen 4, 5, 6, 7 und 8 zugeordnet werden können. Ein Oberflächenpeak 9 wird durch Oberflächenstrahlen 8 erzeugt und ist für die Bestimmung der Teilchengröße nicht weiter relevant. Die Intensität eines zweiten Oberflächenpeaks, der von den
Oberflächenstrahlen 7 erzeugt wird, ist zu gering und in dem Intensitätsverlauf nicht dargestellt. Davon zeitlich beabstandet können ein Reflexionspeak 10, ein erster
Refraktionspeak 11 und ein zweiter Refraktionspeak 12 identifiziert werden. Die Zeitdifferenzen Atoi und At02 können als Differenz der jeweiligen Maxima des
Reflexionspeaks 10 und der beiden Refraktionspeaks 11, 12 ermittelt werden. Bei dem schematisch dargestellten
Intensitätsverlauf entspricht der erste Refraktionspeak 11 einem gestreuten Lichtstrahl zweiter Ordnung mit einer ersten Mode, während der zweite Refraktionspeak 12 einem gestreuten Lichtstrahl zweiter Ordnung mit einer zweiten Mode entspricht.
Die Zeitdifferenzen Atoi und At02 sind jeweils abhängig von der Größe d des Teilchens 2. Dagegen ist eine Kenngröße γ, die als Quotient aus den beiden Zeitdifferenzen Atoi und At02 gemäß der folgenden Beziehung
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0002
bestimmt wird, von der Teilchengröße d unabhängig und nur von dem Streuwinkel θ3 und einem relativen Brechungsindex m abhängig. Der Streuwinkel θ3 kann durch den apparativen Aufbau der Messapparatur bzw. durch die Anordnung und
Ausrichtung eines Detektors relativ zu der Lichtquelle vorgegeben werden. Der relative Brechungsindex m kann für bekannte Teilchen 2 in einem bekannten Medium ebenfalls vorab ermittelt werden. Die beiden Einfallswinkel θιρ=2'2 und θι^2"1 sind geometrische Größen, die unter der Voraussetzung einer idealen Kugelform des Teilchens ausschließlich von dem Streuwinkel Q s und dem relativen Brechungsindex m abhängig sind. Damit kann die Kenngröße γ ebenfalls vorab ermittelt werden und ein Wert, bzw. ein Wertebereich vorgegeben werden, dem die aus der gemessenen
Intensitätsverteilung ermittelte Kenngröße γ entsprechen muss, damit die betreffende Intensitätsverteilung für die Bestimmung einer Teilchengröße berücksichtigt und
herangezogen wird. Sollte sich aus der gemessenen Intensitätsverteilung eine deutlich abweichende Kenngröße γ ergeben, so muss dies regelmäßig darauf zurückgeführt werden, dass die einzelnen Peaks 10, 11 und 12 nicht einem einzigen Teilchen 2 zugeordnet werden können, sondern beispielsweise aus einer Überlagerung mehrerer Streueffekte an verschiedenen
Teilchen entstanden sind, oder aber das betreffende
Teilchen keine näherungsweise kugelförmige Formgebung aufweist und deshalb die für die Wegstrecken und Laufzeiten der ausgezeichneten Strahlen 4, 5 und 6 angenommenen geometrischen Randbedingungen nicht zutreffen.
Es ist ebenfalls möglich, anstelle von dem Verhältnis der Zeitdifferenzen Atoi und At02 oder zusätzlich dazu in einer gemessenen Intensitätsverteilung die Zeitdifferenz Ati2 der beiden Refraktionspeaks 11 und 12 zueinander zu ermitteln und im jeweiligen Verhältnis zu den Zeitdifferenzen Atoi und At02 für die Berechnung der Kenngröße γ zu verwenden, wobei die nachfolgenden Zusammenhänge gelten:
Figure imgf000029_0001
Figure imgf000029_0002
Mit jeder dieser Formeln kann unabhängig von den jeweils anderen Beziehungen der Wert der Kenngröße γ ermittelt werden .
Zusätzlich ist es möglich, zwei oder drei verschiedene Berechnungen für die Kenngröße γ durchzuführen und die jeweils erhaltenen Werte zu vergleichen. Sofern die jeweils ermittelten Werte für die Kenngröße γ nicht übereinstimmen sollten die davon betroffenen Intensitätsverteilungen nicht für eine Auswertung herangezogen werden, da Unterschiede in der Kenngröße γ ebenfalls darauf hinweisen, dass die einzelnen Peaks 10, 11 und 12 nicht einem einzigen Teilchen 2 zugeordnet werden können.
In Fig. 4 werden für verschiedene Brechungsindizes zwischen m = 1,28 und m = 1,52 in Schritten von jeweils 0,04 die theoretisch ermittelten Werte für die Kenngröße γ über den Streuwinkel θ3 in Grad dargestellt. Für die Auswertung der Messergebnisse ist ein Wert von 2 für die Kenngröße γ vorteilhaft. Dies führt dazu, dass beispielsweise für eine Messung der Größe von Wassertröpfchen in Luft mit einem Brechungsindex m = 1,33 ein Streuwinkel θ3 von etwa 157° besonders vorteilhaft ist und für den konstruktiven Aufbau einer Messapparatur berücksichtigt und gegebenenfalls voreingestellt werden sollte. Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorangehend
beschriebenen Verfahrens benötigt lediglich wenige und kostengünstige Komponenten. Eine Lichtquelle 13 und ein Photodetektor 14 müssen relativ zueinander so angeordnet und ausgerichtet sein, dass das von einem vorbeifliegenden Teilchen 2 gestreute Streulicht unter dem Streuwinkel θ3 nachgewiesen werden kann. Da keinerlei
Interferenzeigenschaften für die Bestimmung der
Teilchengröße d ausgenutzt werden müssen, kann es sich bei der Lichtquelle 13 um eine beliebige, ausreichend helle und in geeigneter Weise fokussierbare Lichtquelle handeln. Die Lichtquelle 13 muss kein kohärentes Licht ausstrahlen, so dass beispielsweise auch LEDs verwendet werden können.
Falls die Größen d von Teilchen 2 mit verschiedenen
Trajektorien bestimmt werden sollen, kann die Lichtquelle 13 auch als Lichtvorhang oder dergleichen ausgestaltet sein. Mit dem Photodetektor 14 ist eine Auswerteeinrichtung 15 datenübertragend verbunden, die dazu geeignet ist, eine mit dem Photodetektor 14 gemessene zeitaufgelöste
Intensitätsverteilung in der vorangehend beschriebenen Art und Weise auszuwerten. Gegebenenfalls weist die
Auswerteeinrichtung 15 eine geeignete Speichereinrichtung für die Messwerte auf.
In Fig. 6 wird eine abweichend ausgestaltete
Messvorrichtung beschrieben, bei der gleichzeitig zwei Photodetektoren 14 zur Messung von zwei verschiedenen zeitaufgelösten Intensitätsverteilungen verwendet werden können. Auf beiden Seiten der Lichtquelle 13 ist jeweils ein Photodetektor 14 angeordnet. Die Ausrichtung der beiden Photodetektoren 14 relativ zu der Lichtquelle entspricht der voraussichtlichen Flugrichtung der daran
vorbeifliegenden Teilchen 2. Die beiden Photodetektoren 14 sind symmetrisch zu der Lichtquelle 13 so zueinander ausgerichtet, dass beide Photodetektoren 14 das aus einem identisch übereinstimmenden Messvolumen 16 in dem
Teilchenstrom kommende Streulicht erfassen. Die mit den beiden Photodetektoren 14 gemessenen Intensitätsverläufe entsprechen deshalb bei ansonsten idealen Voraussetzungen der unter demselben Streuwinkel θ3 gemessenen Sreulicht- Intensitätsverlauf desselben Teilchens. Es ist natürlich ebenfalls möglich, die beiden Photodetektoren 14 in einem unterschiedlichen Winkel zu der optischen Achse
auszurichten, die durch die Lichtquelle vorgegeben wird, so dass zeitaufgelöste Intensitätsverläufe bei zwei
voneinander abweichenden Streuwinkeln 0s(1) und 0s(2) gemessen werden können und die Kenngröße ß(0s(1), 0s(2), m) dann von den beiden Streuwinkeln abhängt.
In Fig. 7 werden die mit den beiden Photodetektoren 14 gemessenen zeitlichen Intensitätsverläufe desjenigen
Streulichts schematisch dargestellt, das von der
Lichtquelle 13 an einem durch das Messvolumen 16
hindurchfliegenden Teilchen 2 erzeugt wurde.
Die zeitlichen Intensitätsverläufe erscheinen auf Grund der Anordnung der beiden Photodetektoren 14 relativ zu der Lichtquelle 13 in Flugrichtung vor, bzw. nach der
Lichtquelle gespiegelt. Die erste Zeitdifferenz Atn zwischen den jeweiligen
Refraktionspeaks 11 zweiter Ordnung und 1. Mode sowie die zweite Zeitdifferenz At22 zwischen den jeweiligen
Refraktionspeaks 12 zweiter Ordnung und 2. Mode hängen gemäß den folgenden Formeln von den Eigenschaften des Teilchens 2 ab:
Atn(d,v,0s,m) = - (sin(^=2 1){θ8 , m)))
v
At22(d,v,0s,m) = - (sin(^2-2){θ8 , m)))
v
Das Verhältnis dieser beiden Zeitdifferenzen At22 / Atn ist jedoch nur noch von dem durch die Messvorrichtung
vorgegebenen Streuwinkel θ3 (der für beide Photodetektoren 14 identisch ist) und dem Brechungsindex m abhängig und dient als Kenngröße ß:
Figure imgf000032_0001
Da lediglich intensitätsstarke Refraktionspeaks zweiter Ordnung für die Bestimmung der Kenngröße ß herangezogen werden, lässt sich diese Kenngröße ß sehr präzise
ermitteln.
Die experimentell bestätigte Abhängigkeit der Kenngröße ß von dem Streuwinkel θ3 ist für verschiedene Materialien, bzw. Brechungsindizes m von Teilchen 2 in Fig. 8
schematisch dargestellt. Es werden nur diejenigen Messwerte, bzw. gemessenen
zeitlich aufgelösten Intensitätsverläufe für eine
Auswertung und zur Bestimmung der Größe des Teilchens 2 verwendet, für welche die Kenngröße ß in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Streuwinkel θ3 in einem vorgebbaren
Wertebereich wie beispielsweise 1,95 < ß < 2,05 liegt, bzw. für welche die Kenngröße ß einen vorgegebenen Wert wie beispielsweise 2,0 aufweist. Alle anderen Messwerte werden verworfen. Für die verbleibenden Messwerte ergeben sich sehr genaue und aussagekräftige Ergebnisse.
Für dasselbe Teilchen 2, bei dem die Kenngröße ß dem vorgegebenen Kriterium entspricht, sollten auch die aus de einzelnen Intensitätsverläufen jeweils ermittelbaren
Kenngrößen γ dem entsprechenden Kriterium genügen. Zudem sollten die beiden Kenngrößen γ identisch übereinstimmen, da die beiden Intensitätsverläufe dem von derselben
Lichtquelle 13 erzeugten Streulicht desselben Teilchens 2 entsprechen .
Die Einfallswinkel θι der jeweils refraktierten oder reflektierten Strahlen zweiter Ordnung sind - wie
vorangehend dargelegt - abhängig von dem Streuwinkel θ3 und dem Brechungsindex m. Über die ermittelten Kenngrößen ß und Y, die ihrerseits von den Einfallswinkeln θι der
betreffenden refraktierten oder reflektierten Strahlen abhängen, können ohne Kenntnis des Brechungsindex m diese Einfallswinkel θι ermittelt werden gemäß den folgenden Formeln :
Figure imgf000033_0001
und
Figure imgf000034_0001
Aus der bekannten Abhängigkeit dieser Einfallswinkel θ± von dem Brechungsindex m lässt sich der Brechungsindex m berechnen gemäß
Figure imgf000034_0002
Auf diese Weise kann anhand der gemessenen
Intensitätsverläufe nicht nur die Größe, sondern auch der Brechungsindex m des von der Messung erfassten Teilchens 2 ermittelt werden.
In Fig. 9 sind die experimentell ermittelten Messergebnisse für den Brechungsindex m von Teilchen 2 aus verschiedenen Materialien dargestellt. Mit der verwendeten
Messvorrichtung können beispielsweise Wassertröpfchen „W" (m = 1,340) und Ethanol-Tröpfchen „E" (m = 1,369) ohne weiteres unterschieden werden. Zusätzlich sind die
Messergebnisse für einen Brechungsindex m = 1,362 eines Gemischs „WG25" aus 1 Gewichtsanteil Glyzerin und 4
Gewichtsanteilen Wasser dargestellt. Ein derartiges Gemisch mit einem geringfügig abweichenden relativen Brechungsindex m kann deutlich von Wasser oder Ethanol unterschieden werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen
Eigenschaften eines transparenten Teilchens (2), wobei das Teilchen (2) mit Licht aus einer Lichtquelle (13)
beleuchtet wird, wobei mit einem Strahlungsdetektor (14) unter einem vorgebbaren Streuwinkel θ3 ein zeitaufgelöster Intensitätsverlauf von an dem Teilchen (2) gestreuten Licht der Lichtquelle (13) gemessen wird, wobei in dem
Intensitätsverlauf charakteristische Streulichtpeaks bestimmt werden und wobei anhand einer Zeitdifferenz zwischen zwei Streulichtpeaks eine Größe des Teilchens (2) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zeitdifferenz zwischen einem ersten Paar von
Streulichtpeaks (10, 11, 12) und eine zweite Zeitdifferenz zwischen einem zweiten Paar von Streulichtpeaks (10, 11, 12) ermittelt wird, dass eine Kenngröße aus dem Verhältnis der ersten Zeitdifferenz und der zweiten Zeitdifferenz ermittelt wird und dass nur für diejenigen Teilchen (2) eine Größenbestimmung durchgeführt wird, für welche die Kenngröße innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Streuwinkel θ3 größer als 135° ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Refraktionspeak (11) und ein zweiter
Refraktionspeak (12) bestimmt werden, wobei eine Kenngröße γ als Verhältnis einer ersten Zeitdifferenz Atoi zwischen dem Reflexionspeak (10) und dem ersten Refraktionspeak (11) und einer zweiten Zeitdifferenz At02 zwischen dem
Reflexionspeak (10) und dem zweiten Refraktionspeak (12) ermittelt wird und wobei nur für diejenigen Teilchen (2) eine Größenbestimmung durchgeführt wird, für welche die Kenngröße γ einem vorgebbaren Wert entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Refraktionspeak (11) ein Refraktionspeak zweiter Ordnung mit einer ersten Mode und der zweite
Refraktionspeak (12) ein Refraktionspeak zweiter Ordnung mit einer zweiten Mode ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Streuwinkel θ3 so vorgegeben wird, dass die Kenngröße γ = At02/Atoi zwischen 1,5 und 2,5, vorzugsweise etwa 2,0 beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Kenngröße γ dem Teilchen (2) einer von mehreren vorgegebenen
Brechungsindizes m zugeordnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass entweder mit zwei in
Teilchenflugrichtung beabstandet und auf beiden Seiten der Lichtquelle (13) angeordneten Strahlungsdetektoren (14) jeweils ein erster und ein zweiter zeitlich aufgelöster Intensitätsverlauf von an dem Teilchen (2) gestreutem Licht der Lichtquelle (13) gemessen wird, oder dass das Teilchen (2) mit zwei in Teilchenflugrichtung beabstandet und auf beiden Seiten des Strahlungsdetektors (14) angeordneten Lichtquellen (13) beleuchtet wird und der mit dem
Strahlungsdetektor (14) gemessene zeitlich aufgelöste
Intensitätsverlauf in einen ersten Intensitätsverlauf, verursacht von der ersten Lichtquelle (13), und in einen zweiten Intensitätsverlauf, verursacht von der zweiten Lichtquelle (13), zerlegt wird, dass von dem ersten
Intensitätsverlauf und von dem zweiten Intensitätsverlauf jeweils zwei Refraktionspeaks (11, 12) ermittelt werden, dass eine erste Zeitdifferenz zwischen einem ersten
Refraktionspeak (11) des ersten Intensitätsverlaufs und dem ersten Refraktionspeak (11) des zweiten Intensitätsverlaufs und eine zweite Zeitdifferenz zwischen dem zweiten
Refraktionspeak (12) des ersten Intensitätsverlaufs und des zweiten Refraktionspeak (12) des zweiten
Intensitätsverlaufs ermittelt werden, dass eine Kenngröße ß als Verhältnis der ersten Zeitdifferenz und der zweiten Zeitdifferenz ermittelt wird, und wobei nur für diejenigen Teilchen (2) eine Größenbestimmung durchgeführt wird, für welche die Kenngröße ß einem vorgebbaren Wert entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die auf beiden Seiten der Lichtquelle (13) angeordneten Strahlungsdetektoren (14) in
Teilchenflugrichtung beabstandet und symmetrisch auf beiden Seiten der Lichtquelle (13) angeordnet sind, oder dass, bei Verwendung eines einzigen Strahlungsdetektors (14) und von zwei Lichtquellen (13) die Lichtquellen (13) in Teilchenflugrichtung beabstandet und auf beiden Seiten des Strahlungsdetektors (14) symmetrisch angeordnet sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bekannten oder vorgegebenen Brechungsindex m der Streuwinkel Q s bzw. die beiden 0s(1) und 0s(2) für nachfolgende Messungen so vorgegeben werden, dass die Kenngröße ß = At22/Atn zwischen 1,5 und 3,5, vorzugsweise mehr als 2,0 und besonders bevorzugt mehr als 2,5 beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass zusätzlich für den ersten
Intensitätsverlauf und für den zweiten Intensitätsverlauf jeweils die Kenngröße γ ermittelt wird und dass unter der Annahme identisch übereinstimmender Kenngrößen γ der
Brechungsindex m für das betreffende Teilchen ermittelt wird .
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine räumliche
Intensitätsverteilung der Lichtquelle (13) längs einer optischen Achse ermittelt und mit einer zeitlichen
Intensitätsverteilung des Reflexionspeaks (10) und/oder mindestens eines Refraktionspeaks (11, 12) verglichen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nur für diejenigen Teilchen (2) eine Größenbestimmung durchgeführt wird, bei denen der Reflexionspeak (10) und/oder die beiden Refraktionspeaks (11, 12) eine mit der räumlichen Intensitätsverteilung der Lichtquelle (13) korrelierende zeitliche Intensitätsverteilung aufweisen.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Breite σ der zeitlichen Intensitätsverteilung des Reflexionspeaks (10) und/oder aus einer Breite σ mindestens eines Refraktionspeaks (11, 12) die Geschwindigkeit v des Teilchens (2) ermittelt wird.
14. Vorrichtung zur Bestimmung der Größe eines Teilchens mit einer Lichtquelle (13), mit einem Strahlungsdetektor (14) für von dem Teilchen gestreutes Licht der Lichtquelle (13) und mit einer Auswerteeinrichtung, die mit dem
Strahlungsdetektor (14) datenübertragend verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13)
kohärentes oder nicht-kohärentes Licht emittiert.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) eine LED aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) einen
Lichtvorhang erzeugt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Strahlungsdetektoren (14) in Teilchenflugrichtung beabstandet auf beiden Seiten der Lichtquelle (13) symmetrisch zu dieser zur Erfassung von rückgestreutem Streulicht angeordnet sind.
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