WO2016074832A1 - Particle counter - Google Patents

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WO2016074832A1
WO2016074832A1 PCT/EP2015/071416 EP2015071416W WO2016074832A1 WO 2016074832 A1 WO2016074832 A1 WO 2016074832A1 EP 2015071416 W EP2015071416 W EP 2015071416W WO 2016074832 A1 WO2016074832 A1 WO 2016074832A1
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WO
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particle counter
laser
light source
counter according
photodetector
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/071416
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German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Fischer
Reiner Schnitzer
Gael Pilard
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G01N15/0211Investigating a scatter or diffraction pattern
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1434Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers using an analyser being characterised by its optical arrangement
    • G01N15/075

Definitions

  • the invention is based on a particle counter with a laser light source and a photodetector.
  • Particle counters are devices for detecting the size and number of particles in liquids or gases.
  • the basis for the scattered light particle counter is a laser light source, a
  • Photodetector and a measuring cell through which an air stream is drawn The method is based on sending a laser beam through the airflow. If it hits a particle, scattering occurs, which is measured by means of a detector.
  • the detector has a high sensitivity, because the intensity of the scattered light is low and dependent on the particle size. This requires that it is dark inside the measuring cell. Furthermore, the particles must be conducted by means of the air flow into the measuring cell.
  • the object of the invention is to provide a device for particle measurement with low power consumption and small size for mobile use or as a sensor for networked systems.
  • the invention is based on a particle counter with a laser light source and a photodetector.
  • the essence of the invention is that the particle counter a
  • the laser light can be guided to the particles, whereby the measuring cell and the device for generating the air flow can be omitted.
  • the photodetector is a single photon avalanche diode (SPAD) or a SPAD array.
  • SPAD single photon avalanche diode
  • SPAD array a SPAD array
  • Stray light measurements can be recorded from a specific area or space segment whose length is determined by the measurement time.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the deflectable mirror is a MEMS micromirror.
  • the device can hereby be made very compact and cheap.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the deflectable mirror is deflectable by two, in particular orthogonal, axes of rotation.
  • the particle counter comprises an evaluation device which is set up to count particles and / or to measure particles.
  • the number of particles can be determined from the number of intensity changes of the light incident on the photodetector.
  • the size of the particles can be determined from the intensity of the light incident on the photodetector.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the particle counter a focusing optics for focusing a laser beam from the laser light source has, wherein the focusing optics is adapted to cause a beam diameter in the focus ⁇ lmm, in particular ⁇ 10 ⁇ .
  • Photodetector predetermined measuring distance is.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the laser light source for emitting light with a wavelength ⁇ 550 nm is set up.
  • the beam diameter in focus should be ⁇ 1 mm, preferably ⁇ 100 ⁇ m, particularly preferably ⁇ 10 ⁇ m.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the laser beam is operated with a power that enables safe operation.
  • Laser power is chosen according to the wavelength and pulse shape such that according to the industry standard "IEC 60825-1: 2007, Edition 2 - Safety of laser products - Part 1: Device classification and requirements" a
  • a SPAD diode or a SPAD diode array which has a high sensitivity.
  • a laser (wavelength 350-950 nm, preferably ⁇ 660 nm, particularly preferably ⁇ 470 nm, in particular 405 nm) is pulsed and the scattered light is evaluated only within a time window after the respective pulse and compared with the dark counting rate.
  • a preferred measurement distance is at a distance from the photodetector in the range 0.5-100 cm, preferably 1-25 cm, more preferably 3-10 cm. This corresponds to one
  • Time window for detection from 180 ps to 600 ps after emission of the light. Reflections of the laser light from objects that also scatter light in the scanned space in front of the device are thereby ignored.
  • Around To reduce background light can be a narrowband filter in front of the
  • Collection optics are used or measured in a shaded space outside.
  • the background light level can also be reduced by directing the test laser to a dark object at a distance of less than 100 cm but not closer than the maximum; e.g. at a distance of about 20 cm on the shaded palm of a user at a test track 3-10 cm.
  • the components already integrated for a projector in a mobile phone or smartphone such as e.g.
  • the light source, micromirror and S PED detector, for example for the additional application distance measurement, can thus be used for another application to carry out particle measurements and thus to determine the air quality, for example.
  • the structure can be designed very compact (volume ⁇ 1 cm 3 ). Production costs of considerably less than 10 US dollars are possible.
  • Figure la shows a scattered light particle counter with a laser light source
  • Figure lb shows a scattered light particle counter according to the invention with a
  • Laser light source a 1D or 2D scanner and a SPAD detector.
  • Figure 2 shows a structure for particle measurement with an inventive
  • FIG. 3 shows a timing diagram for a measurement with a scattered light particle counter according to the invention.
  • Figure la shows a scattered light particle counter with a laser light source, a measuring cell and a photodetector in the prior art. Shown are one Laser light source 10, a photodetector 20 and a measuring cell 40. An air flow 50 is passed through the measuring cell 40. The air flow contains the particles 60 to be counted or measured. The illumination with the laser light source 10 is static. The scattered light measurement is carried out with the photodetector 20.
  • Figure lb shows a scattered light particle counter according to the invention with a laser light source, a 1D or 2D scanner and a SPAD detector.
  • the 1D or 2D scanner 30 has a mirror oscillating in one or two directions, in particular a MEMS micromirror.
  • a pulsed laser beam 15 having a wavelength between 1100 nm and 400 nm, preferably ⁇ 700 nm and a pulse length of 0.1-10 ns, is emitted by the laser light source 10 and directed onto the scanner 30.
  • the laser beam 15 is picked up by the 1D or 2D scanner 30 with the mirror swinging in one or two directions to form a 2-dimensional fan or a 3-dimensional hopper.
  • the area is illuminated in front of the particle counter according to the invention, and indeed within the spanned viewing angle 70. If particles 60 are within the scan range, a small part of the laser radiation is scattered and directed to the detector 20. The scattered light can pass through a filter 90, which is narrowbanded around the laser wavelength.
  • the detector is preferably a SPAD (Single Photon Avalanche Diode). Advantage of the SPAD is the high sensitivity and short response time. In the case of light measurement in a corresponding short time window, only measurement signals are considered which are within a viewing length 80 of 3-10 cm or up to 0-100 cm. This is achieved in that the scattered light measurement is carried out only in a time interval of 0 - 10000 ps, preferably 180 - 600 ps.
  • Figure 2 shows a structure for particle measurement with a scattered light particle counter according to the invention.
  • the figure is a schematic sketch along the optical path (cross section of FIG. 1b).
  • According to the invention is a
  • focusing optics 100 of laser 10 is set so that the beam 15 to a point in the midst of
  • Measuring section 110 is focused and thus a small diameter over the entire measuring section 110 receives. This ensures that an increased luminance is created and the signal of the reflected light is improved. Also improves the signal-to-noise ratio over the
  • the reflected light component 130 from the scattering by a particle 60 is shown by way of example, which is directed via a collection optics 120 onto the detector 20 (SPAD or SPAD array).
  • FIG. 3 shows a timing diagram for a measurement with a scattered light particle counter according to the invention.
  • the limitation of the measuring time to the measuring path is according to the invention e.g. realized in that the SPAD diode is activated only within a measuring window 200 active. This happens because the bias voltage of the SPAD is initially kept below the breakdown or Zener voltage and only for the measurement to the operating value (active) is pulled above the Zener voltage. After the measurement window, the voltage is reset to the inactive value.
  • scattered light and background light are measured.
  • a reference measurement 300 takes place in an identical measurement interval as is selected for the scattered light measurement, but the measurement takes place without a preceding laser pulse. In the reference measurement 300, therefore, only one measurement of the background light takes place.
  • the length of the laser pulse is also small.
  • the length of the pulse should not exceed the corresponding duration for the measurement path 110 by a factor> 10 (e.g., pulse length 500 ps, measurement window between 180 ps and 600 ps).

Abstract

The invention relates to a particle counter having a laser light source (10) and a photodetector (20). The core of the invention consists is that the particle counter has a laser scanner (30) with at least one deflectable mirror which is deflectable about at least one axis of rotation.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Partikelzähler Stand der Technik  Particle counter prior art
Die Erfindung geht aus von einem Partikelzähler mit einer Laserlichtquelle und einem Photodetektor. The invention is based on a particle counter with a laser light source and a photodetector.
Partikelzähler sind Geräte zur Detektion der Größe und Anzahl von Partikeln in Flüssigkeiten oder Gasen.  Particle counters are devices for detecting the size and number of particles in liquids or gases.
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Partikelmessung und Partikelzählung bekannt.  Various devices for particle measurement and particle counting are known in the art.
Grundlage für die Streulicht- Partikelzähler ist eine Laserlichtquelle, ein  The basis for the scattered light particle counter is a laser light source, a
Photodetektor und eine Messzelle, durch die ein Luftstrom gezogen wird. Das Verfahren basiert darauf, dass ein Laserstrahl durch den Luftstrom gesendet wird. Trifft er auf ein Partikel, kommt es zu Streuung, die mittels eines Detektors gemessen wird. Photodetector and a measuring cell through which an air stream is drawn. The method is based on sending a laser beam through the airflow. If it hits a particle, scattering occurs, which is measured by means of a detector.
Wichtig dabei ist, dass der Detektor eine hohe Empfindlichkeit hat, denn die Intensität des Streulichtes ist gering und abhängig von der Partikelgröße. Hierfür ist es erforderlich, dass es innerhalb der Messzelle dunkel ist. Weiterhin müssen die Partikel mittels des Luftstromes in die Messzelle geleitet werden.  It is important that the detector has a high sensitivity, because the intensity of the scattered light is low and dependent on the particle size. This requires that it is dark inside the measuring cell. Furthermore, the particles must be conducted by means of the air flow into the measuring cell.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Partikelmessung mit geringem Leistungsverbrauch und geringer Baugröße für den mobilen Einsatz oder als Sensor für vernetzte Systeme bereitzustellen. Vorteile der Erfindung The object of the invention is to provide a device for particle measurement with low power consumption and small size for mobile use or as a sensor for networked systems. Advantages of the invention
Die Erfindung geht aus von einem Partikelzähler mit einer Laserlichtquelle und einem Photodetektor. The invention is based on a particle counter with a laser light source and a photodetector.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Partikelzähler einen The essence of the invention is that the particle counter a
Laserscanner mit wenigstens einem auslenkbaren Spiegel aufweist, welcher um wenigstens eine Drehachse auslenkbar ist. Has laser scanner with at least one deflectable mirror, which is deflectable about at least one axis of rotation.
Vorteilhaft ist hierbei das Laserlicht zu den Partikeln führbar, wodurch die Messzelle und die Vorrichtung zur Erzeugung des Luftstroms entfallen können. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Photodetektor eine Single Photon Avalanche Diode (SPAD) oder ein SPAD-Array ist. Vorteilhaft ist die hohe Empfindlichkeit und geringe Ansprechzeit, wodurch Advantageously, the laser light can be guided to the particles, whereby the measuring cell and the device for generating the air flow can be omitted. An advantageous embodiment of the invention provides that the photodetector is a single photon avalanche diode (SPAD) or a SPAD array. Advantageous is the high sensitivity and low response time, which
Streulichtmessungen aus einem bestimmten Flächen- oder Raumsegment aufgenommen werden können, dessen Länge durch die Messzeit bestimmt ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der auslenkbare Spiegel ein MEMS Mikrospiegel ist. Vorteilhaft kann die Vorrichtung hiermit sehr kompakt und billig hergestellt werden. Stray light measurements can be recorded from a specific area or space segment whose length is determined by the measurement time. An advantageous embodiment of the invention provides that the deflectable mirror is a MEMS micromirror. Advantageously, the device can hereby be made very compact and cheap.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der auslenkbare Spiegel um zwei, insbesondere orthogonale, Drehachsen auslenkbar ist. An advantageous embodiment of the invention provides that the deflectable mirror is deflectable by two, in particular orthogonal, axes of rotation.
Vorteilhaft können hierdurch Partikelmessungen in einem bestimmten This can be advantageous particle measurements in a specific
Raumsegment vorgenommen werden. Space segment are made.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Partikelzähler eine Auswerteeinrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, Partikel zu zählen und/oder Partikel zu messen. Vorteilhaft kann aus der Anzahl der Intensitätsänderungen des Lichteinfalls auf den Photodetektor die Anzahl der Partikel bestimmt werden. Vorteilhaft kann aus der Intensität des Lichteinfalls auf den Photodetektor die Größe der Partikel bestimmt werden. An advantageous embodiment of the invention provides that the particle counter comprises an evaluation device which is set up to count particles and / or to measure particles. Advantageously, the number of particles can be determined from the number of intensity changes of the light incident on the photodetector. Advantageously, the size of the particles can be determined from the intensity of the light incident on the photodetector.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Partikelzähler eine Fokussieroptik zum fokussieren eines Laserstrahls aus der Laserlichtquelle aufweist, wobei die Fokussieroptik dazu eingerichtet ist, einen Strahldurchmesser im Fokus <lmm, insbesondere <10μηη, zu bewirken. An advantageous embodiment of the invention provides that the particle counter a focusing optics for focusing a laser beam from the laser light source has, wherein the focusing optics is adapted to cause a beam diameter in the focus <lmm, in particular <10μηη.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine durch die Fokussieroptik bewirkte Fokallänge innerhalb einer durch ein Messzeitfenster desAn advantageous embodiment of the invention provides that caused by the focusing optics focal length within a through a measuring time window of the
Photodetektors vorgegebenen Messdistanz liegt. Photodetector predetermined measuring distance is.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Laserlichtquelle zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge <550nm eingerichtet ist. An advantageous embodiment of the invention provides that the laser light source for emitting light with a wavelength <550 nm is set up.
Vorteilhaft ist, dass der Laserstrahl fokussiert wird, so dass die Taille des It is advantageous that the laser beam is focused so that the waist of the
Strahles innerhalb der Distanz zu liegen kommt, die dem durch das Zeitintervall vorgegebenen Messfenster entspricht. Der Strahldurchmesser im Fokus soll dabei < 1mm, bevorzugt <100μηη besonders bevorzugt <10μηη sein. Beam within the distance to come, which corresponds to the predetermined by the time interval measurement window. The beam diameter in focus should be <1 mm, preferably <100 μm, particularly preferably <10 μm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Laserstrahl mit einer Leistung betrieben wird, die einem sicheren Betrieb ermöglicht. Die An advantageous embodiment of the invention provides that the laser beam is operated with a power that enables safe operation. The
Laserleistung wird dabei gemäß der Wellenlänge und Pulsform derart gewählt, dass gemäß der Industrienorm„IEC 60825-1:2007, Auflage 2 - Sicherheit von Laserprodukten - Teil 1: Geräteklassifizierung und Anforderungen" eine Laser power is chosen according to the wavelength and pulse shape such that according to the industry standard "IEC 60825-1: 2007, Edition 2 - Safety of laser products - Part 1: Device classification and requirements" a
Einstufung in Klasse I oder Klasse II erfolgen kann. Classification in Class I or Class II.
Aufbauend auf dem Streulicht- Prinzip werden bei der vorliegenden Erfindung folgende Aspekte verbessert gelöst:  Based on the scattered light principle, the following aspects are improved in the present invention in an improved manner:
Bei der Streulichtmessung wird eine SPAD-Diode bzw. ein SPAD-Dioden-Array eingesetzt, die eine hohe Empfindlichkeit aufweist. Hierbei wird ein Laser (Wellenlänge 350-950nm, bevorzugt < 660nm, besonders bevorzugt <470nm, insbesondere 405nm) gepulst und das Streulicht nur innerhalb eines Zeitfensters nach dem jeweiligen Puls ausgewertet und mit der Dunkelzählrate verglichen. Hierdurch wird nur das Streulicht von Partikeln bestimmt, die sich in einer dem Zeitfenster entsprechenden Distanz zum Gerät befinden. Eine bevorzugte Messstrecke liegt in einem Abstand vom Photodetektor im Bereich 0,5-100 cm, bevorzugt 1-25 cm, besonders bevorzugt 3-10 cm. Dies entspricht einem In the scattered light measurement, a SPAD diode or a SPAD diode array is used, which has a high sensitivity. In this case, a laser (wavelength 350-950 nm, preferably <660 nm, particularly preferably <470 nm, in particular 405 nm) is pulsed and the scattered light is evaluated only within a time window after the respective pulse and compared with the dark counting rate. As a result, only the scattered light of particles is determined, which are located in a time window corresponding distance to the device. A preferred measurement distance is at a distance from the photodetector in the range 0.5-100 cm, preferably 1-25 cm, more preferably 3-10 cm. This corresponds to one
Zeitfenster für die Detektion von 180 ps bis 600 ps nach Aussendung des Lichts. Reflexionen des Laserlichtes von Objekten, die ebenfalls in dem gescannten Raum vor dem Gerät Licht streuen, werden hierdurch ignoriert. Um Hintergrundlicht zu reduzieren kann ein schmalbandiger Filter vor der Time window for detection from 180 ps to 600 ps after emission of the light. Reflections of the laser light from objects that also scatter light in the scanned space in front of the device are thereby ignored. Around To reduce background light can be a narrowband filter in front of the
Sammeloptik genutzt werden oder in einem nach außen abgeschatteten Raum gemessen werden. Für eine mobile Anwendung kann der Hintergrundlichtpegel ebenfalls reduziert werden, in dem der Prüflaser auf einen dunklen Gegenstand in einem Abstand von kleiner 100 cm, jedoch nicht näher als die maximale, gerichtet wird; z.B. im Abstand ca. 20 cm auf die abgeschattete Handfläche eines Benutzers bei einer Prüfstrecke 3-10 cm. Collection optics are used or measured in a shaded space outside. For a mobile application, the background light level can also be reduced by directing the test laser to a dark object at a distance of less than 100 cm but not closer than the maximum; e.g. at a distance of about 20 cm on the shaded palm of a user at a test track 3-10 cm.
Die für einen Projektor in einem Mobiltelefon oder Smartphone bereits integrierten Komponenten wie z.B. Lichtquelle, Mikrospiegel und S PÄD- Detektor, beispielsweise für die Zusatzanwendung Distanzmessung, können somit für eine weitere Anwendung genutzt werden, um Partikelmessung durchzuführen und so beispielsweise die Luftqualität zu bestimmen. The components already integrated for a projector in a mobile phone or smartphone, such as e.g. The light source, micromirror and S PED detector, for example for the additional application distance measurement, can thus be used for another application to carry out particle measurements and thus to determine the air quality, for example.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von Partikeln muss kein Medium eingesaugt werden. Der Aufbau kann sehr kompakt ausgelegt werden (Volumen < 1 cm3). Herstellungskosten von wesentlich weniger als 10 US Dollar sind möglich. In the device according to the invention for the detection of particles, no medium has to be sucked in. The structure can be designed very compact (volume <1 cm 3 ). Production costs of considerably less than 10 US dollars are possible.
Zeichnung drawing
Figur la zeigt einen Streulicht- Partikelzähler mit einer Laserlichtquelle, einerFigure la shows a scattered light particle counter with a laser light source, a
Messzelle und einem Photodetektor im Stand der Technik. Measuring cell and a photodetector in the prior art.
Figur lb zeigt einen erfindungsgemäßen Streulicht- Partikelzähler mit einer Figure lb shows a scattered light particle counter according to the invention with a
Laserlichtquelle, einem 1D- oder 2D-Scanner und einem SPAD Detektor. Laser light source, a 1D or 2D scanner and a SPAD detector.
Figur 2 zeigt einen Aufbau zur Partikelmessung mit einem erfindungsgemäßen Figure 2 shows a structure for particle measurement with an inventive
Streulicht-Partikelzähler. Scattered light particle counter.
Figur 3 zeigt ein Zeitschema für eine Messung mit einem erfindungsgemäßen Streulicht-Partikelzähler.  FIG. 3 shows a timing diagram for a measurement with a scattered light particle counter according to the invention.
Ausführungsbeispiele embodiments
Figur la zeigt einen Streulicht- Partikelzähler mit einer Laserlichtquelle, einer Messzelle und einem Photodetektor im Stand der Technik. Dargestellt sind eine Laserlichtquelle 10, ein Photodetektor 20 und eine Messzelle 40. Ein Luftstrom 50 wird durch die Messzelle 40 geführt. Der Luftstrom enthält die zu zählenden oder auch messenden Partikel 60. Die Beleuchtung mit der Laserlichtquelle 10 ist statisch. Die Streulichtmessung erfolgt mit dem Photodetektor 20. Figure la shows a scattered light particle counter with a laser light source, a measuring cell and a photodetector in the prior art. Shown are one Laser light source 10, a photodetector 20 and a measuring cell 40. An air flow 50 is passed through the measuring cell 40. The air flow contains the particles 60 to be counted or measured. The illumination with the laser light source 10 is static. The scattered light measurement is carried out with the photodetector 20.
Figur lb zeigt einen erfindungsgemäßen Streulicht- Partikelzähler mit einer Laserlichtquelle, einem 1D- oder 2D-Scanner und einem SPAD Detektor. Figure lb shows a scattered light particle counter according to the invention with a laser light source, a 1D or 2D scanner and a SPAD detector.
Dargestellt ist einer Laserlichtquelle 10, ein 1D- oder 2 D-Scanner 30 und einem SPAD Detektor 20. Der 1D- oder 2D-Scanner 30 weist einen in einer oder zwei Richtungen schwingenden Spiegel, insbesondere einen MEMS-Mikrospiegel auf. Im Messbetrieb wird von der Laserlichtquelle 10 ein gepulster Laserstrahl 15 mit einer Wellenlänge zwischen 1100 nm und 400 nm, bevorzugt <700 nm und einer Pulslänge von 0,1-10 ns ausgesendet und auf den Scanner 30 gerichtet. Der Laserstrahl 15 wird von dem 1D- oder 2 D-Scanner 30 mit dem in einer oder zwei Richtungen schwingenden Spiegel zu einem 2-dimensionalen Fächer oder einem 3-dimensionalen Trichter aufgezogen. Mit diesem scannenden Laserstrahl wird der Bereich vor dem erfindungsgemäßen Partikelzähler beleuchtet, und zwar innerhalb des aufgespannten Betrachtungswinkels 70. Befinden sich Partikel 60 innerhalb des Scan- Bereiches, wird ein kleiner Teil der Laserstrahlung gestreut und auf den Detektor 20 geleitet. Das Streulicht kann einen Filter 90 passieren, welcher schmalbandig um die Laserwellenlänge ausgestaltet ist. Der Detektor ist bevorzugt eine SPAD (Single Photon Avalanche Diode). Vorteil der SPAD ist die hohe Empfindlichkeit und kurze Ansprechzeit. Bei Lichtmessung in einem entsprechenden kurzen Zeitfenster werden nur Messsignale berücksichtigt, die sich innerhalb einer Betrachtungslänge 80 von 3-10 cm bzw. bis zu 0-100 cm befinden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Streulichtmessung nur in einem Zeitintervall von 0 - 10000 ps, bevorzugt 180 - 600 ps durchgeführt wird. Shown is a laser light source 10, a 1D or 2 D scanner 30 and a SPAD detector 20. The 1D or 2D scanner 30 has a mirror oscillating in one or two directions, in particular a MEMS micromirror. During measurement operation, a pulsed laser beam 15 having a wavelength between 1100 nm and 400 nm, preferably <700 nm and a pulse length of 0.1-10 ns, is emitted by the laser light source 10 and directed onto the scanner 30. The laser beam 15 is picked up by the 1D or 2D scanner 30 with the mirror swinging in one or two directions to form a 2-dimensional fan or a 3-dimensional hopper. With this scanning laser beam, the area is illuminated in front of the particle counter according to the invention, and indeed within the spanned viewing angle 70. If particles 60 are within the scan range, a small part of the laser radiation is scattered and directed to the detector 20. The scattered light can pass through a filter 90, which is narrowbanded around the laser wavelength. The detector is preferably a SPAD (Single Photon Avalanche Diode). Advantage of the SPAD is the high sensitivity and short response time. In the case of light measurement in a corresponding short time window, only measurement signals are considered which are within a viewing length 80 of 3-10 cm or up to 0-100 cm. This is achieved in that the scattered light measurement is carried out only in a time interval of 0 - 10000 ps, preferably 180 - 600 ps.
Figur 2 zeigt einen Aufbau zur Partikelmessung mit einem erfindungsgemäßen Streulicht-Partikelzähler. Die Abbildung ist eine Prinzip-Skizze entlang des optischen Pfades (Querschnitt von Figur lb). Erfindungsgemäß wird ein Figure 2 shows a structure for particle measurement with a scattered light particle counter according to the invention. The figure is a schematic sketch along the optical path (cross section of FIG. 1b). According to the invention is a
Laserstrahl 15 mit sehr kleinem Durchmesser von 0,001 mm - 1 mm, bevorzugt 1 μηη - 200 μηη, besonders bevorzugt <10 μηη, verwendet. Dies kann Laser beam 15 with a very small diameter of 0.001 mm - 1 mm, preferably 1 μηη - 200 μηη, more preferably <10 μηη used. This can
beispielsweise erreicht werden, indem eine Fokussieroptik 100 des Lasers 10 derart eingestellt wird, dass der Strahl 15 auf einen Punkt inmitten der For example, by focusing optics 100 of laser 10 is set so that the beam 15 to a point in the midst of
Messstrecke 110 fokussiert wird und damit einen kleinen Durchmesser über die gesamte Messstrecke 110 erhält. Hierdurch wird erreicht, dass eine erhöhte Leuchtdichte entsteht und das Signal des reflektierten Lichtes verbessert wird. Auch verbessert sich das Signal-Rausch Verhältnis gegenüber dem Measuring section 110 is focused and thus a small diameter over the entire measuring section 110 receives. This ensures that an increased luminance is created and the signal of the reflected light is improved. Also improves the signal-to-noise ratio over the
Umgebungslicht. In Figur 2 ist dabei exemplarisch der reflektierte Lichtanteil 130 von der Streuung durch ein Partikel 60 gezeigt, der über eine Sammeloptik 120 auf den Detektor 20 (SPAD oder SPAD-Array) gelenkt wird. Ambient light. In FIG. 2, the reflected light component 130 from the scattering by a particle 60 is shown by way of example, which is directed via a collection optics 120 onto the detector 20 (SPAD or SPAD array).
Figur 3 zeigt ein Zeitschema für eine Messung mit einem erfindungsgemäßen Streulicht-Partikelzähler. Die Begrenzung der Messzeit auf die Messstrecke wird erfindungsgemäß z.B. dadurch realisiert, dass die SPAD-Diode nur innerhalb eines Messfensters 200 aktiv geschalten wird. Dies geschieht dadurch, dass die Vorspannung der SPAD zunächst unter der Durchbruch- oder Zener-Spannung gehalten wird und erst für die Messung auf den Betriebswert (aktiv) oberhalb der Zener-Spannung gezogen wird. Nach dem Messfenster wird die Spannung wieder auf den inaktiven Wert zurückgenommen. Innerhalb des Messfensters 200 wird Streulicht und Hintergrundlicht gemessen. Eine Referenzmessung 300 erfolgt in einem identischen Messintervall wie es für die Streulichtmessung gewählt wird, jedoch erfolgt die Messung ohne vorhergehenden Laserpuls. Bei der Referenzmessung 300 erfolgt daher nur eine Messung des Hintergrundlichts. Für die Begrenzung der Messstrecke 110 auf einen Wert deutlich < Im ist es wichtig, dass die Länge des Laserpulses ebenfalls klein ist. Die Länge des Pulses soll die entsprechende Dauer für die Messstrecke 110 nicht um einen Faktor > 10 überschreiten (z.B. Pulslänge 500 ps, Messfenster zwischen 180 ps und 600 ps). FIG. 3 shows a timing diagram for a measurement with a scattered light particle counter according to the invention. The limitation of the measuring time to the measuring path is according to the invention e.g. realized in that the SPAD diode is activated only within a measuring window 200 active. This happens because the bias voltage of the SPAD is initially kept below the breakdown or Zener voltage and only for the measurement to the operating value (active) is pulled above the Zener voltage. After the measurement window, the voltage is reset to the inactive value. Within the measurement window 200, scattered light and background light are measured. A reference measurement 300 takes place in an identical measurement interval as is selected for the scattered light measurement, but the measurement takes place without a preceding laser pulse. In the reference measurement 300, therefore, only one measurement of the background light takes place. For the limitation of the measuring section 110 to a value clearly <Im, it is important that the length of the laser pulse is also small. The length of the pulse should not exceed the corresponding duration for the measurement path 110 by a factor> 10 (e.g., pulse length 500 ps, measurement window between 180 ps and 600 ps).
Die Verwendung anderer im Stand der Technik bekannter Photodetektoren ist ebenfalls möglich. The use of other photodetectors known in the art is also possible.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Laserlichtquelle10 laser light source
15 Laserstrahl 15 laser beam
20 Photodetektor 20 photodetector
30 Scanner 30 scanners
40 Messzelle  40 measuring cell
50 Luftstrom  50 airflow
60 Partikel  60 particles
70 Betrachtungswinkel 70 viewing angles
80 Betrachtungslänge80 viewing length
90 Filter 90 filters
100 Fokussieroptik 100 focusing optics
110 Messstrecke 110 measuring section
120 Sammeloptik  120 collection optics
130 reflektierter Lichtanteil 130 reflected light component
200 Messfenster 200 measuring windows
300 Referenzmessung  300 reference measurement

Claims

Ansprüche claims
1. Partikelzähler mit einer Laserlichtquelle (10) und einem Photodetektor (20), 1. particle counter with a laser light source (10) and a photodetector (20),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Partikelzähler einen Laserscanner (30) mit wenigstens einem auslenkbaren Spiegel aufweist, welcher um wenigstens einer Drehachse auslenkbar ist. the particle counter has a laser scanner (30) with at least one deflectable mirror which can be deflected about at least one axis of rotation.
2. Partikelzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photodetektor (20) eine SPAD oder ein SPAD-Array ist. 2. Particle counter according to claim 1, characterized in that the photodetector (20) is a SPAD or a SPAD array.
3. Partikelzähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auslenkbare Spiegel ein M EMS Mikrospiegel ist. 3. Particle counter according to claim 1 or 2, characterized in that the deflectable mirror is an M EMS micromirror.
4. Partikelzähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der auslenkbare Spiegel um zwei, insbesondere orthogonale, Drehachsen auslenkbar ist. 4. Particle counter according to one of the preceding claims, characterized in that the deflectable mirror is deflectable about two, in particular orthogonal, axes of rotation.
5. Partikelzähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelzähler eine Auswerteeinrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist Partikel zu zählen und/oder Partikel zu messen. 5. Particle counter according to one of the preceding claims, characterized in that the particle counter comprises an evaluation device which is adapted to count particles and / or to measure particles.
6. Partikelzähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelzähler eine Fokussieroptik (100) zum fokussieren eines Laserstrahls (15) aus der Laserlichtquelle (10) aufweist, wobei die Fokussieroptik (100) dazu eingerichtet ist, einen Strahldurchmesser im Fokus von <1 mm, insbesondere <10 μηη, zu bewirken. 6. Particle counter according to one of the preceding claims, characterized in that the particle counter has a focusing optics (100) for focusing a laser beam (15) from the laser light source (10), wherein the focusing optics (100) is adapted to a beam diameter in the focus of <1 mm, in particular <10 μηη cause.
7. Partikelzähler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Fokussieroptik (100) bewirkte Fokallänge innerhalb einer durch ein Messzeitfenster des Photodetektors (20) vorgegebenen Messdistanz liegt. 7. Particle counter according to claim 6, characterized in that a focal length caused by the focusing optics (100) is within a predetermined by a measuring time window of the photodetector (20) measuring distance.
8. Partikelzähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (10) zum Emittieren von Licht mit einer 8. Particle counter according to one of the preceding claims, characterized in that the laser light source (10) for emitting light with a
Wellenlänge <550 nm eingerichtet ist. Wavelength <550 nm is set up.
9. Partikelzähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (10) ein Klasse I oder Klasse II Laser ist. 9. Particle counter according to one of the preceding claims, characterized in that the laser light source (10) is a class I or class II laser.
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