WO2020126194A1 - Method for operating a sensor device for detecting particles or an aerosol, and sensor device - Google Patents

Method for operating a sensor device for detecting particles or an aerosol, and sensor device Download PDF

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WO2020126194A1
WO2020126194A1 PCT/EP2019/080352 EP2019080352W WO2020126194A1 WO 2020126194 A1 WO2020126194 A1 WO 2020126194A1 EP 2019080352 W EP2019080352 W EP 2019080352W WO 2020126194 A1 WO2020126194 A1 WO 2020126194A1
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WO
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output signal
spot
sensor device
laser light
double peak
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Application number
PCT/EP2019/080352
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German (de)
French (fr)
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Martin Buchholz
Radoslav Rusanov
Fabian Purkl
Panagiotis Gedeon
Enno Baars
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G01N2015/0046Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a sensor device for the detection of particles or aerosol in a flowing fluid
  • DE 10 2017 207 402 A1 discloses a sensor device for detecting particles in a fluid-carrying area using the principle of laser-induced incandescence in the form of a particle sensor.
  • Particles present in an exhaust gas area for example soot particles, are heated to several thousand degrees Celsius with a laser light focused on a laser light spot, so that they emit significant heat or temperature radiation. This thermally induced light emission of the particles is measured with a light detector, which provides an output signal corresponding to the measured light intensity.
  • the method according to the invention and the sensor device according to the invention are based on the detection of particles in a fluid using the principle of laser-induced incandescence (LII). It should be pointed out at this point that particulates, in particular, soot particles and, as fluids, in particular the exhaust gas of an incinerator or internal combustion engine come into question.
  • the device can be used, for example, to monitor the condition of a particle filter in gasoline or diesel vehicles.
  • the device is generally suitable for the detection of particles and aerosols in any fluid.
  • the device is generally suitable for the detection of particles and aerosols in any fluid.
  • any fluid for example, one
  • a particle In the principle of laser-induced incandescence, a particle is first bundled with sufficient intensity using laser light, which emanates from a laser and is concentrated in a laser light spot, i.e. a volume range with the smallest dimensions in the pm or nm range, with sufficient intensity Laser light heated to several thousand degrees. According to the Planck law of radiation, this hot particle emits a characteristic temperature radiation (incandescence or glow emission), which serves as a measurement signal and is received with a detector.
  • a characteristic temperature radiation incandescence or glow emission
  • an optical element for example in the form of a focusing lens arranged in the beam path of the laser is used, which is designed and set up to bundle the laser light emanating from the laser in the very small laser light spot.
  • a focus diameter e.g. 10 pm it can be assumed that at any given time only one particle will fly through the laser light spot (intrinsic single particle detectability) if one
  • the detector is set up and arranged in such a way that it detects that emanating from the laser light spot
  • the detection of the temperature radiation can e.g. using a multi-pixel photon counter (MPPC) or a silicon photon multiplier (SiPM).
  • MPPC multi-pixel photon counter
  • SiPM silicon photon multiplier
  • the method according to the invention specifically comprises the following steps:
  • the sensor device specifically comprises: a device for generating laser light; means for focusing the laser light in a spot; a detector for detecting temperature radiation which is emitted by a particle heated in the spot, and an evaluation device for
  • Evaluation of an output signal of the detector the evaluation device being set up for this purpose, for example by means of a memory
  • the method according to the invention and the sensor device according to the invention thus enable self-diagnosis, which has the advantage that a
  • the basic function of the signal path of the sensor device can be checked, namely from the generation of the laser light to the detection of the incandescence or temperature radiation.
  • the function is checked with a high degree of security, since the output signal of the detector on which the analysis is based can be generated with a vanishingly low probability by a malfunction of the detector itself.
  • the output signal of the detector thus corresponds with a high degree of certainty to the temperature radiation actually arriving at the detector and therefore has certain and predictable for a specific application
  • OBD on-board diagnosis
  • a continuous check of the sensor function i.e. a self-test, is required by law. This continuous review is carried out by the
  • the method according to the invention is implemented in a very simple manner.
  • step e it is analyzed whether the output signal has at least one double peak. This is based on the physical fact that by focusing the
  • Laser light in the spot fuses the laser light in front of and behind the spot (seen in the overall direction of the laser light), so that, when the laser light is correctly focused, the intensity distribution of the laser light has the shape of a “dumbbell” on average, one in its axial center Has constriction.
  • This is also based on the physical fact that not all particles necessarily move exactly through the center of the spot during operation of the sensor device, but rather, within the framework of a predictable statistical distribution, a certain number of particles laterally at the center of the spot with a certain distance flies past to this center. These particles are therefore heated twice during such a flyby, namely, seen in the direction of flight or beam direction of the laser light, once shortly before and a second shortly after passing the position of the spot, so that the particles also emit a corresponding temperature radiation twice.
  • a “double peak” is not necessarily understood to mean an analog output signal which has two high points lying immediately behind one another and a low point in between.
  • a double peak can also be generated by a digital output signal, for example by two "pulse clusters” that are close together in time.
  • the distinction between a “double peak” and a “single peak” is usually made by taking into account the period, which depends, for example, on the flow velocity and thus the flight speed of the particles, in which one and the same particles fly past two times through a usual spot to emit Thermal radiation can be excited. Only two peaks within such a time period are counted as double peaks.
  • Output signal can be observed. If double peaks are missing, if there are none at all, a malfunction can be assumed in at least one of the above-mentioned areas of the sensor device.
  • step e it is analyzed whether the output signal has a number of double peaks within a certain period of time that corresponds to at least one limit value, and that if the number of double peaks within the period does not correspond to at least the limit value , in step f for an error of
  • Sensor device is closed, in particular an entry in a
  • Output signal through another process is namely highest
  • step f a ratio of the number of double peaks recorded in a time period to the number of single peaks recorded in the same time period is formed and that if this ratio lies outside a predetermined range, an error of the sensor device is concluded , especially an entry in a
  • Double peaks and the comparison with typical values for example with typical values for a specific operating point of an internal combustion engine, in the exhaust system of which the sensor device is installed, can further
  • step e analyzes whether a shape of the double peak corresponds at least approximately to a predetermined shape.
  • the shape of the double peak is also predictable for certain operating conditions or operating conditions in which the sensor device operates, and it therefore provides important information about the current functional state of individual areas of the sensor device. An analysis of the shape of the double peak can not only be used for further diagnosis
  • Sensor device as a whole, but specifically individual elements or areas of the sensor device. It is basically conceivable that an “average” shape is formed from a plurality of recorded double peaks, which in turn is then compared with the predetermined shape.
  • step e it is analyzed whether the double peak is symmetrical and that if an asymmetry of the double peak reaches or exceeds a certain dimension, in step f an incorrect, in particular an incorrectly oblique, flow to the spot is concluded an entry is made in an error memory in particular.
  • the two high points of a double peak are at least approximately at the same level.
  • a non-parallel, but oblique flow to the spot can result, for example, from partial blockage or a crack in a protective tube radially surrounding the spot, as a result of which the measuring accuracy of the sensor device is impaired or can no longer be guaranteed. This can be recognized by the analysis and evaluation or diagnosis according to the invention.
  • step e when the output signal has at least one double peak, an analysis is carried out in step e as to whether the ratio of the two high points of the double peak to a low point between the two double peaks at least reaches a limit value and that when the ratio reached or exceeded the limit value, in step f an incorrect focusing of the laser light in the spot was concluded, in particular an entry was made in an error memory.
  • Deterioration of the focus of the laser light e.g. An unwanted relative movement of optical components can be regarded as critical for the sensor device, since it is accompanied by a reduction in sensitivity.
  • Such an error can also be detected via the analysis of the output signal of the detector provided according to the invention.
  • the form of the double peaks namely decreases with an enlargement (for example a broadening) of the focus area, ie the spot, since the dumbbell shape mentioned above is then less pronounced. Depending on the strength of the defocusing and design of the optics, this change can occur
  • Double peaks can be detected solely from the measurement signals.
  • the deterioration of the focusing can be detected by comparing the relative frequencies of single and double peaks and / or only with knowledge of the fluid velocity, particle concentration and size distribution.
  • These values can be derived, for example, from an operating point of an internal combustion engine, in the exhaust system of which the sensor device is installed, using a map or by characterizing individual peaks.
  • the characterization of individual peaks can, for example by analyzing the distribution of the intensity and the full-width-half-maxima.
  • step e involves pattern recognition by means of artificial intelligence or fitting a curve of the double peak to a pattern curve shape or the use of algorithms for finding high points and / or low points of the double peak and for evaluating a time interval between high points of the double peak.
  • Figure 1 is a schematic representation of the structure of a
  • Figure 2 shows a schematic section through a spot of
  • Figure 3 is a diagram in which an output signal of a detector
  • Figure 4 is a representation similar to Figure 2, with three drawn
  • Figures 5-7 are diagrams similar to Figure 3 for the three particles of Figure 4;
  • FIG. 8 shows a representation similar to FIG. 2, with a third trajectory of a particle and a spot that is slightly defocused compared to that of FIG. 2;
  • Figure 9 is a diagram similar to Figure 3 for the particle of Figure 8;
  • FIG. 10 shows a representation similar to FIG. 2, with a fourth trajectory of a particle and a spot that is defocused compared to that of FIG. 2;
  • Figure 1 1 is a diagram similar to Figure 3 for the particle of Figure 10;
  • FIG. 12 shows a flow diagram of a method for operating the
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of a sensor device for the detection of particles or aerosol in a flowing fluid beneath
  • the laser 12 can in particular have a laser diode, which is very inexpensive.
  • the laser light 10 is first formed into a parallel beam by a lens 16 (“collimation lens”), which passes through a beam splitter 18, for example in the form of a beam splitter or a dichroic mirror. From there it arrives at a focusing lens 20 and further in a focused form to a laser light spot 22 (hereinafter referred to as “spot”).
  • spot 22 is a volume element with very small
  • High-intensity laser light 14 can strike a particle 24 present in the spot 22, for example a soot particle 24 in an exhaust gas stream of an internal combustion engine.
  • the intensity of the laser light 14 in the spot 22 is so high that the energy of the laser light 14 absorbed by the particle 24 heats the particle 24 to several thousand degrees Celsius (only in the volume of the spot 22 does the intensity of the laser light 14 reach that for laser-induced incandescence (LII ) necessary high values).
  • LII laser-induced incandescence
  • Temperature radiation 26 also referred to as LII light. A part of Temperature radiation 26 is therefore also emitted in the opposite direction to the direction of the incident laser light 14.
  • the temperature radiation 26 is, for example, in the near infrared and visible spectral range, but is not restricted to this spectral range.
  • the laser 12, the lens 16, the beam splitter 18 and the focusing lens 20 thus form a device 27 for generating the spot 22.
  • the temperature radiation 26 of a particle 24 excited in the spot 22 by the laser light 14 in turn passes through the focusing lens 20 back to the beam splitter 18, where it is deflected by 90 °, passes through a focusing lens 28 and through a filter 30 (this is not mandatory) arrives at a detector 32.
  • the filter 30 is designed so that it
  • Wavelengths of the laser light 14 are at least largely filtered out, which is also radiated back to a small extent.
  • the interfering background is thus reduced by the filter 30. It is also conceivable to use a simple edge filter. This improves the signal-to-noise ratio.
  • the dimensions of the spot 22 are in the range of a few pm, in particular in the range of at most 200 pm, so that particles 24 passing through the spot 22 are excited to emit evaluable radiation powers. As a result, it can be assumed that there is always at most one particle 24 in the spot 22 and that an instantaneous output signal 34 of the particle sensor 10 only comes from this at most one particle 24.
  • the output signal 34 is generated by the detector 32, which is arranged in the particle sensor 10 in such a way that it detects radiation 26, in particular temperature radiation, emanating from the particles 24 passing through the spot 22.
  • the detector 32 preferably comprises a multi-pixel photon counter (MPPC) or a silicon photon multiplier (SiPM) or a SPAD diode (single-photon avalanche diode), which detects the temperature radiation 26 and that
  • a light signal generated by a particularly small particle 24 and therefore extremely small, which is formed by a few photons, for example, can already be detected.
  • the laser 12 is modulated or switched on and off (duty cycle ⁇ 100%).
  • the laser 12 is a CW laser. This enables the use of inexpensive semiconductor laser elements (laser diodes), which makes the complete particle sensor 10 less expensive and greatly simplifies the control of the laser module 12 and the evaluation of the output signal 34.
  • the use of pulsed lasers is not
  • Exhaust gas is also symbolized in FIG. 1 by an arrow 36, as is generated, for example, in a combustion process, for example in the exhaust system of an internal combustion engine (diesel or gasoline or any other fuel) of a motor vehicle.
  • the sensor device 10 has an arrangement of an outer protective tube 38 and an inner protective tube 40. The axes of the protective tubes 38, 40 are aligned transversely to the flow of the exhaust gas 36.
  • the inner protective tube 40 projects in the direction of the axes over the outer one
  • the clear width of the outer protective tube 38 is preferably so much larger than the outer one
  • the clear width of the inner protective tube 40 forms a second and in the present case circular flow cross section.
  • Flow cross section enters the arrangement of the two protective tubes 38, 40, then changes its direction at the end of the protective tubes 38, 40 facing away from the exhaust gas 36, enters the inner protective tube 40 and is sucked out of this by the exhaust gas 36 flowing past (arrows with the reference symbol 42 ).
  • This arrangement of protective tubes 38, 40 is attached transversely to the flow direction of the exhaust gas 36 on or in an exhaust pipe (not shown in FIG. 1).
  • the spot 22 is located inside the inner protective tube 40 in the area of the laminar flow 42.
  • the particle sensor 10 preferably has a first part 46 (protective tubes 38 and 40) which is exposed to the exhaust gas 36 and a second part 48 which is not exposed to the exhaust gas 36 and which contains the optical and electronic components of the particle sensor 10.
  • Part 46 is also referred to as the “sensor head, part 48 also as the“ SCU ”(“ sensor control unit ”).
  • Part 48 also includes an evaluation device 49 in which the output signal 34 of the detector 32 is analyzed, in particular with regard to a course of an intensity of the output signal 34 over time. Also takes place in this
  • Evaluation device 49 diagnoses sensor device 10 on the basis of the analysis just mentioned. This allows the function of the
  • Sensor device 10 can be checked in the sense of a “self-test”.
  • the spot 22, which is formed by the focused laser light 14, is drawn in section.
  • An example of two laser light beams focused by the lens 20 is shown in FIG. 2, these two beams are designated by 14 'and 14 ".
  • the spot 22 has an elongated extension with a longitudinal extension L in the direction of the longitudinal axis 44 and a maximum extension B transverse to the longitudinal extension L. It can also be seen from FIG.
  • the spot 22 has a kind of dumbbell shape with a constricted area 50 in the axial center (viewed in the direction of the longitudinal axis 44), whereby the constricted region 50 has a diameter C that is smaller than the diameter of the upper and lower axial end regions 52a and 52b, each of which has a diameter B.
  • lines 54 of the same intensity of the laser light 14 are also drawn, of which for reasons for clarity, however, only the outermost one is provided with a reference number. It can be seen that the innermost line 5 4 has an overall substantially oval or elliptical shape, whereas the outermost line 50 drawn is the one mentioned above
  • the intensity is highest inside the spot 22 and lowest at the edge of the spot 22.
  • An arrow 56 denotes the trajectory of a particle 24 (corresponding to the flow 42 in FIG. 1). In the present case, this does not lead exactly through the center of the spot 22, but past the center on the left, at such a distance from the longitudinal axis 44 and thus from the center of the spot 22 that the particle 24 initially passes through the lower region 52a moved through, then emerges from this and flies past the constricted area 50, in order to then dive into the upper area 52b and finally also to leave it again.
  • the intensity of the laser light 14 in the edge region of the two regions 52a and 52b, through which the particle 24 flies, is still sufficient to excite it to emit temperature radiation 26, namely twice, namely a first time when the particle 24 flies through the lower region 52a and a second time when the particle 24 flies through the upper region 52b. Accordingly, an output signal 34 is generated, which is plotted over time in FIG. A first steeply rising flank 58a can be seen, which rises to a first high point 60a, and then an equally steeply falling flank 62a, which falls to a low point 64. From there it goes along a second steeply rising edge 58b to a second high point 60b, and then again along a steeply falling edge 62b to a lower constant signal level.
  • the two high points 60a and 60b have approximately the same absolute value, ie are approximately at the same level.
  • the output signal 34 thus has two high points 60a and 60b which are close to one another in time, namely within a time interval t, and in this respect one
  • double peak 66 The length of the time interval t can, among other things, depend on the speed of the fluid and thus the
  • the double peak 66 is largely symmetrical relative to the low point 64, for example the first rising edge 58a and the second falling edge 62b are symmetrical to one another, and that the first falling edge 62a and the second rising edge 58b are also symmetrical to one another. From this, the shape of the double peak 66 can be analyzed using the
  • Evaluation device 49 can be closed on the one hand that the spot 22 has the dumbbell-shaped geometry described, and on the other hand it can be concluded that the particle 24 flies through the spot 22 on a trajectory 56 which is essentially parallel to the longitudinal axis 44 of the
  • Laser light 14 runs. This corresponds to a desired normal function of the sensor device 10.
  • An operating situation is plotted in FIGS. 4-7, in which the trajectories 56a-c do not run parallel to the longitudinal axis 44 of the laser light 14.
  • the flow 42 deviates from its ideal and parallel to the protective tube 40 or the longitudinal axis 44, whereby the measuring accuracy of the sensor device 10 is no longer guaranteed.
  • an angle of the trajectory 56c with respect to the longitudinal axis 44 is greater than that of the trajectory 56b, and an angle of the trajectory 56b with respect to the longitudinal axis 44 is larger than that of the trajectory 56a.
  • Output signal 34 is plotted for trajectory 56a.
  • the shape of the double peak 66 of the output signal 34 is no longer symmetrical. This is due to the fact that the particle 24 flies through the lower region 52a further outwards and thus in a region of lower intensity, whereas it flies through the upper region 52b further inwards and therefore in a region of higher intensity. The particle 24 is therefore heated less strongly when passing through the lower region 52a than when passing through the upper region 52b. Accordingly, the absolute value of the first high point 60a of the output signal 34 is lower than that of the second high point 60b. This difference is all the more significant the more oblique the trajectory 56 is.
  • a double peak 66 with a trajectory 56 of the particle 24 which is oblique to the longitudinal axis 44 of the laser light 14 has a characteristic asymmetrical shape, which is likewise characterized by the
  • Evaluation device 49 is analyzed and diagnosed by the evaluation device 49 as an oblique trajectory 56.
  • FIGS. 8-9 show the case in which the trajectory 56 of the particle 24 runs parallel to the longitudinal axis 44 of the laser light 14, but the spot 22 is slightly defocused, which means that the constricted area 50 has a larger diameter C. than in the stronger (and in this respect better) focusing shown in FIGS. 2 and 4.
  • the dumbbell shape of the spot 22 of FIG. 8 is thus less pronounced than that of FIGS. 2 and 4 Spot 22 shown.
  • Such defocusing can be caused, for example, by an unwanted relative movement of the optical components of the
  • Sensor device 10 for example the lens 16, the beam splitter 18, the lens 20, and the lens 28.
  • This characteristic form of the output signal 34 is also analyzed by the evaluation device 49, and a defocusing of the spot 22 is diagnosed accordingly.
  • the method starts in a block 68, for example in the case of an internal combustion engine after it has started.
  • the output signal 34 is then evaluated in a block 69 with regard to the existence of double peaks 66 with an expected frequency, both absolutely and relative to the frequency of single peaks. Accordingly, it is checked in a block 70 whether the output signal 34 of the detector 32 has a number of double peaks 66 within a certain period of time which corresponds to at least one limit value, and whether the ratio between
  • Double peaks and single peaks also correspond to at least one expected limit. If the answer in block 70 is “no”, optional further and independent diagnostic functions are carried out in a block 72. However, these are as I said, optional and not absolutely necessary. In a block 74, which is also merely optional, a check is carried out to determine whether an error has actually been detected. If the answer is “no”, a return is made to the start block 68. Otherwise, a (basic) error of the sensor device 10 is concluded in a block 76 and a general entry is made in an error memory. The process would then end in block 78.
  • the double peaks 66 are evaluated in a block 80, in particular with regard to the symmetry of the high points 60a and 60b. Accordingly, it is checked in a block 82 whether the detected double peak 66 or the detected double peaks 66 is predetermined
  • the double peak 66 or the double peaks 66 with regard to a generally expected shape, for example with regard to the ratio between the absolute values of the high points 60a and 60b and the low points 64 in between. If this ratio reaches or exceeds or falls below a limit value, the formation of the double peaks 66 is therefore not as expected.
  • the answer in a test block 86 is “No” and there is again a jump to blocks 72 and 74 and, if appropriate, then to blocks 76 and 78, again specifying the error entry in the error memory in block 76 such that from an impermissible defocusing of the spot 22 is assumed. If, on the other hand, the answer in test block 86 is “yes”, correct focusing is assumed and a counter is started in block 88, which causes a return to start block 68 after a certain time.

Abstract

A method for operating a sensor device (10) for detecting particles (24) or an aerosol in a flowing fluid (42) using the principle of laser-induced incandescence includes the following steps: producing laser light (14) by means of a laser (12); focusing the laser light (26) on a spot (22); capturing thermal radiation (26), emitted by a particle (24) heated in the spot (22), using a detector (32); and providing an output signal (34) by the detector (32), said output signal depending on the captured thermal radiation (26). It is proposed that the method further comprise the following steps: analyzing at least one property, in particular an intensity profile over time, of the output signal (34) by means of an evaluation device (49) and performing diagnostics on the sensor device (10) by means of the evaluation device (49) on the basis of the analysis.

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren zum Betreiben einer Sensoreinrichtung zur Detektion von Partikeln oder Aerosol, sowie Sensoreinrichtung Method for operating a sensor device for the detection of particles or aerosol, and sensor device
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoreinrichtung zur Detektion von Partikeln oder Aerosol in einem strömenden Fluid unter The invention relates to a method for operating a sensor device for the detection of particles or aerosol in a flowing fluid
Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz, sowie eine Sensoreinrichtung, jeweils nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche. Use of the principle of laser-induced incandescence, as well as a sensor device, each according to the preambles of the subordinate claims.
Aus der DE 10 2017 207 402 A1 ist eine Sensoreinrichtung zur Detektion von Partikeln in einem Fluid führenden Bereich unter Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz in Form eines Partikelsensors bekannt. Dabei werden in einem Abgas führenden Bereich vorhandene Partikel, beispielsweise Rußpartikel, mit einem auf einen Laserlicht-Spot fokussierten Laserlicht auf mehrere Tausend Grad Celsius erhitzt, so dass sie signifikant Wärme- bzw. Temperaturstrahlung emittieren. Diese thermisch induzierte Lichtemission der Partikel wird mit einem Lichtdetektor gemessen, der ein der gemessenen Lichtintensität entsprechendes Ausgangssignal bereitstellt. DE 10 2017 207 402 A1 discloses a sensor device for detecting particles in a fluid-carrying area using the principle of laser-induced incandescence in the form of a particle sensor. Particles present in an exhaust gas area, for example soot particles, are heated to several thousand degrees Celsius with a laser light focused on a laser light spot, so that they emit significant heat or temperature radiation. This thermally induced light emission of the particles is measured with a light detector, which provides an output signal corresponding to the measured light intensity.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird gelöst durch ein Verfahren und eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen der nebengeordneten The problem underlying the invention is solved by a method and a sensor device with the features of the subordinate ones
Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Expectations. Advantageous further developments are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung basieren auf der Detektion von Partikeln in einem Fluid unter Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz (LII). Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass als Partikel insbesondere Rußpartikel und als Fluid insbesondere das Abgas einer Verbrennungsanlage oder Brennkraftmaschine infrage kommen. Die Vorrichtung kann beispielhaft zur Zustandsüberwachung eines Partikelfilters bei Benzin- oder Dieselfahrzeugen eingesetzt werden. The method according to the invention and the sensor device according to the invention are based on the detection of particles in a fluid using the principle of laser-induced incandescence (LII). It should be pointed out at this point that particulates, in particular, soot particles and, as fluids, in particular the exhaust gas of an incinerator or internal combustion engine come into question. The device can be used, for example, to monitor the condition of a particle filter in gasoline or diesel vehicles.
Grundsätzlich eignet sich die Vorrichtung jedoch zur Detektion ganz allgemein von Partikeln und Aerosolen in jeglichem Fluid. Beispielsweise ist eine Basically, however, the device is generally suitable for the detection of particles and aerosols in any fluid. For example, one
Verwendung der Vorrichtung für andere Szenarien und Einsatzbereiche denkbar (z.B. bei Portable Emission Monitoring Systemen, Messung der Raumluftqualität, Emissionen von Verbrennungsanlagen). Das Konzept ermöglicht sowohl die Bestimmung der Massen- (mg/m3 bzw. mg/mi) als auch der Anzahlkonzentration (Partikel/m3 oder Partikel/mi) der Partikel. Auch eine Messung der Use of the device for other scenarios and areas of application is conceivable (eg in portable emission monitoring systems, measurement of indoor air quality, emissions from incineration plants). The concept enables both the mass (mg / m 3 or mg / mi) and the number concentration (particles / m 3 or particles / mi) of the particles to be determined. Also a measurement of the
Partikelgrößenverteilung wird möglich. Particle size distribution becomes possible.
Bei dem Prinzip der laserinduzierten Inkandeszenz wird zunächst mit Laserlicht, welches von einem Laser ausgeht und in einem Laserlicht-Spot, also einem Volumenbereich mit kleinsten Abmessungen im pm- oder nm-Bereich, mit genügend hoher Intensität gebündelt ist, ein Partikel durch teilweise Absorption des Laserlichts auf mehrere tausend Grad erhitzt. Dieser heiße Partikel gibt nach dem Planck'schen Strahlungsgesetz eine charakteristische Temperaturstrahlung ab (Inkandeszenz bzw. Glühemission), welche als Messsignal dient und mit einem Detektor empfangen wird. In the principle of laser-induced incandescence, a particle is first bundled with sufficient intensity using laser light, which emanates from a laser and is concentrated in a laser light spot, i.e. a volume range with the smallest dimensions in the pm or nm range, with sufficient intensity Laser light heated to several thousand degrees. According to the Planck law of radiation, this hot particle emits a characteristic temperature radiation (incandescence or glow emission), which serves as a measurement signal and is received with a detector.
Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein im Strahlengang des Lasers angeordnetes optisches Element (beispielsweise in Form einer Fokussierlinse) verwendet, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, das von dem Laser ausgehende Laserlicht in dem sehr kleinen Laserlicht-Spot zu bündeln. Bei einem Fokusdurchmesser von z.B. 10 pm kann davon ausgegangen werden, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur ein Partikel den Laserlicht-Spot durchfliegt (intrinsische Einzelpartikel-Detektierbarkeit), wenn man eine For this purpose, for example, an optical element (for example in the form of a focusing lens) arranged in the beam path of the laser is used, which is designed and set up to bundle the laser light emanating from the laser in the very small laser light spot. With a focus diameter of e.g. 10 pm it can be assumed that at any given time only one particle will fly through the laser light spot (intrinsic single particle detectability) if one
Partikelkonzentration von 1013/m3 zu Grunde legt. Der Detektor ist so eingerichtet und angeordnet, dass er die vom Laserlicht-Spot ausgehende Based on particle concentration of 10 13 / m 3 . The detector is set up and arranged in such a way that it detects that emanating from the laser light spot
Temperaturstrahlung detektiert. Als Laser können kostengünstige Temperature radiation detected. As a laser can be inexpensive
Halbleiterlaserdioden eingesetzt werden. Die Detektion der Temperaturstrahlung kann z.B. mittels eines Multi-Pixel-Photon-Counters (MPPC) oder eines Silicon- Photon-Multipliers (SiPM) erfolgen. Semiconductor laser diodes are used. The detection of the temperature radiation can e.g. using a multi-pixel photon counter (MPPC) or a silicon photon multiplier (SiPM).
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst konkret die folgenden Schritte: The method according to the invention specifically comprises the following steps:
a. Erzeugen von Laserlicht mittels eines Lasers; a. Generating laser light using a laser;
b. Bündeln des Laserlichts in einem Spot; c. Erfassen von Temperaturstrahlung, die von einem im Spot erhitzten Partikel emittiert wird, mittels eines Detektors; und b. Bundling the laser light in one spot; c. Detection of temperature radiation emitted by a particle heated in the spot by means of a detector; and
d. Bereitstellen eines von der erfassten Temperaturstrahlung abhängigen d. Providing a dependent on the detected temperature radiation
Ausgangssignals durch den Detektor; Output signal from the detector;
e. Analysieren mindestens einer Eigenschaft, insbesondere eines Verlaufs einer Intensität über der Zeit, des Ausgangssignals mittels einer e. Analyzing at least one property, in particular a profile of an intensity over time, of the output signal using a
Auswerteeinrichtung, Evaluation device,
f. Durchführen einer Diagnose der Sensoreinrichtung mittels der f. Perform a diagnosis of the sensor device using the
Auswerteeinrichtung auf der Basis der Analyse. Evaluation device based on the analysis.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung umfasst konkret: eine Einrichtung zum Erzeugen von Laserlicht; eine Einrichtung zum Bündeln des Laserlichts in einem Spot; einen Detektor zum Erfassen von Temperaturstrahlung, die von einem im Spot erhitzten Partikel emittiert wird, und eine Auswerteeinrichtung zum The sensor device according to the invention specifically comprises: a device for generating laser light; means for focusing the laser light in a spot; a detector for detecting temperature radiation which is emitted by a particle heated in the spot, and an evaluation device for
Auswerten eines Ausgangssignals des Detektors, wobei die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, beispielsweise mittels eines auf einem Speicher Evaluation of an output signal of the detector, the evaluation device being set up for this purpose, for example by means of a memory
abgespeicherten Computerprogramms entsprechend programmiert ist, ein Verfahren der obigen Art auszuführen. stored computer program is programmed accordingly to carry out a method of the above type.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ermöglichen somit eine Eigendiagnose, die den Vorteil hat, dass eine The method according to the invention and the sensor device according to the invention thus enable self-diagnosis, which has the advantage that a
grundsätzliche Funktion des Signalpfads der Sensoreinrichtung überprüft werden kann, und zwar von der Erzeugung des Laserlichts bis hin zur Detektion der Inkandeszenz- bzw. Temperaturstrahlung. Die Überprüfung der Funktion geschieht mit einem hohen Sicherheitsgrad, da das der Analyse zugrunde gelegte Ausgangssignal des Detektors mit einer verschwindend geringen Wahrscheinlichkeit durch eine Fehlfunktion des Detektors selbst erzeugt werden kann. Das Ausgangssignal des Detektors entspricht also mit hoher Sicherheit der tatsächlich am Detektor eingehenden Temperaturstrahlung und hat daher bestimmte und für einen bestimmten Anwendungsfall vorhersagbare basic function of the signal path of the sensor device can be checked, namely from the generation of the laser light to the detection of the incandescence or temperature radiation. The function is checked with a high degree of security, since the output signal of the detector on which the analysis is based can be generated with a vanishingly low probability by a malfunction of the detector itself. The output signal of the detector thus corresponds with a high degree of certainty to the temperature radiation actually arriving at the detector and therefore has certain and predictable for a specific application
Eigenschaften. Dies ermöglicht es, im Rahmen der Analyse mindestens eine tatsächlich im Betrieb der Sensoreinrichtung erhaltene Eigenschaft des Properties. This enables at least one property of the sensor that is actually obtained during operation of the sensor device to be analyzed
Ausgangssignals mit der entsprechenden vorhergesagten Eigenschaft zu vergleichen und auf der Basis dieses Vergleichs eine Diagnose der Compare output signal with the corresponding predicted property and on the basis of this comparison a diagnosis of
Sensoreinrichtung durchzuführen, also Rückschlüsse im Hinblick auf die korrekte und aktuelle Funktion der Sensoreinrichtung zu treffen. Diese Eigendiagnose kann dabei mit einem sehr geringen Zusatzaufwand an Komponenten durchgeführt werden, so dass die entsprechende Sensoreinrichtung nach wie vor sehr preiswert ist. To carry out sensor device, that is to draw conclusions with regard to the correct and current function of the sensor device. This self-diagnosis can be done with very little additional component effort be carried out so that the corresponding sensor device is still very inexpensive.
Wie oben bereits erwähnt wurde, ist es beispielsweise möglich, die For example, as mentioned above, it is possible to use the
Sensoreinrichtung zur OBD-Überwachung (OBD = On-Board-Diagnose) des Zustandes eines Partikelfilters im Abgassystem einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, einzusetzen. Bei Sensoreinrichtungen, die zur OBD-Überwachung eingesetzt werden, ist eine kontinuierliche Überprüfung der Sensorfunktion, also ein Selbsttest, gesetzlich vorgeschrieben. Diese kontinuierliche Überprüfung wird durch das Use sensor device for OBD monitoring (OBD = on-board diagnosis) of the state of a particle filter in the exhaust system of an incineration system, in particular an internal combustion engine of a motor vehicle. In the case of sensor devices used for OBD monitoring, a continuous check of the sensor function, i.e. a self-test, is required by law. This continuous review is carried out by the
erfindungsgemäße Verfahren auf sehr einfache Art und Weise realisiert. The method according to the invention is implemented in a very simple manner.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Schritt e analysiert wird, ob das Ausgangssignal mindestens einen Doppelpeak aufweist. Dem liegt die physikalische Tatsache zu Grunde, dass es durch die Fokussierung des In a further development it is provided that in step e it is analyzed whether the output signal has at least one double peak. This is based on the physical fact that by focusing the
Laserlichts im Spot zu einer Auffächerung des Laserlichts vor und hinter dem Spot kommt (in Gesamtrichtung des Laserlichts gesehen), so dass, bei korrekt fokussierten Laserlicht, die Intensitätsverteilung des Laserlichts im Schnitt die Form einer„Hantel“ hat, die in ihrer axialen Mitte eine Einschnürung aufweist. Ferner liegt dem die physikalische Tatsache zu Grunde, dass sich im Betrieb der Sensoreinrichtung nicht alle Partikel zwingend exakt durch die Mitte des Spots bewegen, sondern im Rahmen einer vorhersagbaren statistischen Verteilung auch eine bestimmte Anzahl von Partikeln seitlich an der Mitte des Spots mit einem bestimmten Abstand zu dieser Mitte vorbei fliegt. Diese Partikel werden daher während eines solchen Vorbeiflugs zweimal aufgeheizt, nämlich, in Flugrichtung bzw. Strahlrichtung des Laserlichts gesehen, einmal kurz vor und ein weiteres Mal kurz nach dem Passieren der Position des Spots, so dass die Partikel auch zweimal eine entsprechende Temperaturstrahlung emmitieren. Laser light in the spot fuses the laser light in front of and behind the spot (seen in the overall direction of the laser light), so that, when the laser light is correctly focused, the intensity distribution of the laser light has the shape of a “dumbbell” on average, one in its axial center Has constriction. This is also based on the physical fact that not all particles necessarily move exactly through the center of the spot during operation of the sensor device, but rather, within the framework of a predictable statistical distribution, a certain number of particles laterally at the center of the spot with a certain distance flies past to this center. These particles are therefore heated twice during such a flyby, namely, seen in the direction of flight or beam direction of the laser light, once shortly before and a second shortly after passing the position of the spot, so that the particles also emit a corresponding temperature radiation twice.
Der Detektor sieht daher ein Aufleuchten eines solchen Partikels zweimal kurz hintereinander, so dass der Detektor ein entsprechendes Ausgangssignal bereitstellt, welches einen Doppelpeak aufweist. Unter einem„Doppelpeak“ wird vorliegend nicht zwingend ein analoges Ausgangssignal verstanden, welches zwei zeitlich unmittelbar hintereinander liegende Hochpunkte und einen dazwischen liegenden Tiefpunkt aufweist. Selbstverständlich kann ein solcher Doppelpeak auch durch ein digitales Ausgangssignal erzeugt werden, beispielsweise durch zwei zeitlich eng beieinanderliegende„Impulshaufen“. Die Unterscheidung zwischen einem„Doppelpeak“ und einem„Einzelpeak“ geschieht jedenfalls in der Regel durch eine Berücksichtigung des beispielsweise von der Strömungsgeschwindigkeit und somit von der Fluggeschwindigkeit der Partikel abhängigen Zeitraums, in dem ein und derselbe vorbei fliegende Partikel durch einen üblichen Spot zweimal zum Emittieren von Temperaturstrahlung angeregt werden kann. Nur zwei innerhalb eines solchen Zeitraums liegende Peaks werden als Doppelpeak gewertet. The detector therefore sees such a particle lighting up twice in quick succession, so that the detector provides a corresponding output signal which has a double peak. In the present case, a “double peak” is not necessarily understood to mean an analog output signal which has two high points lying immediately behind one another and a low point in between. Of course, such a double peak can also be generated by a digital output signal, for example by two "pulse clusters" that are close together in time. The The distinction between a "double peak" and a "single peak" is usually made by taking into account the period, which depends, for example, on the flow velocity and thus the flight speed of the particles, in which one and the same particles fly past two times through a usual spot to emit Thermal radiation can be excited. Only two peaks within such a time period are counted as double peaks.
Wie oben erwähnt wurde, kann davon ausgegangen werden, dass im Rahmen einer vorhersagbaren statistischen Verteilung eine bestimmte Anzahl von Partikeln seitlich an der Mitte des Spots in einem bestimmten Abstand zu der Mitte vorbeifliegt und entsprechende Doppelpeaks im Ausgangssignal des Detektors erzeugt werden. Weist das Ausgangssignal keinen Doppelpeak auf, kann von einer prinzipiellen Fehlfunktion des Signalpfads ausgegangen werden. Nur wenn die Ansteuerung des Lasers, die Fokussierung des Laserlichts auf einen geeigneten Punkt im Fluid (Spot), die Zuleitung des Fluids zu diesem Punkt, die Detektion der Temperaturstrahlung durch den Detektor und die Signalverarbeitung funktionieren, können die besagten Doppelpeaks im As mentioned above, it can be assumed that, within the framework of a predictable statistical distribution, a certain number of particles pass the side of the center of the spot at a certain distance from the center and corresponding double peaks are generated in the output signal of the detector. If the output signal does not have a double peak, a fundamental malfunction of the signal path can be assumed. Only if the control of the laser, the focusing of the laser light on a suitable point in the fluid (spot), the supply of the fluid to this point, the detection of the temperature radiation by the detector and the signal processing function, can the said double peaks in the
Ausgangssignal beobachtet werden. Fehlen Doppelpeaks, sind solche also überhaupt nicht vorhanden, kann von einer Fehlfunktion in mindestens einem der oben genannten Bereiche der Sensoreinrichtung ausgegangen werden. Output signal can be observed. If double peaks are missing, if there are none at all, a malfunction can be assumed in at least one of the above-mentioned areas of the sensor device.
Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass im Schritt e analysiert wird, ob das Ausgangssignal innerhalb eines bestimmten Zeitraums eine Anzahl von Doppelpeaks aufweist, die mindestens einem Grenzwert entspricht, und das dann, wenn die Anzahl von Doppelpeaks innerhalb des Zeitraums nicht mindestens dem Grenzwert entspricht, im Schritt f auf einen Fehler der In a further development, it is provided that in step e it is analyzed whether the output signal has a number of double peaks within a certain period of time that corresponds to at least one limit value, and that if the number of double peaks within the period does not correspond to at least the limit value , in step f for an error of
Sensoreinrichtung geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Sensor device is closed, in particular an entry in a
Fehlerspeicher erfolgt. Diese Präzisierung gestattet eine noch sensiblere Error memory is done. This clarification allows an even more sensitive one
Feststellung einer Fehlfunktion der Sensoreinrichtung. Eine Erzeugung eines eine Mehrzahl von charakteristischen Doppelpeaks enthaltenden Detection of a malfunction of the sensor device. Generation of one containing a plurality of characteristic double peaks
Ausgangssignals durch einen anderen Prozess ist nämlich höchst Output signal through another process is namely highest
unwahrscheinlich. Die Existenz einer Anzahl von Doppelpeaks, die dem unlikely. The existence of a number of double peaks that correspond to the
Grenzwert entspricht oder über diesem liegt, kann somit als Beweis für die grundsätzlich korrekte Funktion des Signalpfades der Sensoreinrichtung dienen. Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Schritt f ein Verhältnis der Anzahl der in einem Zeitraum erfassten Doppelpeaks zur Anzahl der im selben Zeitraum erfassten Einzelpeaks gebildet wird und dass dann, wenn dieses Verhältnis außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, auf einen Fehler der Sensoreinrichtung geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Limit value corresponds to or lies above this, can thus serve as proof of the fundamentally correct function of the signal path of the sensor device. In a further development it is provided that in step f a ratio of the number of double peaks recorded in a time period to the number of single peaks recorded in the same time period is formed and that if this ratio lies outside a predetermined range, an error of the sensor device is concluded , especially an entry in a
Fehlerspeicher erfolgt. Über ein solches Verhältnis zwischen Einzel- und Error memory is done. About such a relationship between individual and
Doppelpeaks und den Vergleich mit typischen Werten, beispielsweise mit typischen Werten für einen bestimmten Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine, in deren Abgassystem die Sensoreinrichtung eingebaut ist, kann weitere Double peaks and the comparison with typical values, for example with typical values for a specific operating point of an internal combustion engine, in the exhaust system of which the sensor device is installed, can further
Sicherheit über die Sensorfunktionalität gewonnen werden Security can be gained via the sensor functionality
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass dann, wenn das Ausgangssignal mindestens einen Doppelpeak aufweist, im Schritt e analysiert wird, ob eine Form des Doppelpeaks wenigstens in etwa einer vorgegebenen Form entspricht. Die Form des Doppelpeaks ist ebenfalls für bestimmte Betriebsverhältnisse bzw. Betriebsbedingungen, in denen die Sensoreinrichtung arbeitet, vorhersagbar, und sie liefert daher wichtige Aussagen über den aktuellen Funktionszustand einzelner Bereiche der Sensoreinrichtung. Über eine Analyse der Form des Doppelpeaks kann so eine weiterführende Diagnose nicht nur der In a further development it is provided that if the output signal has at least one double peak, step e analyzes whether a shape of the double peak corresponds at least approximately to a predetermined shape. The shape of the double peak is also predictable for certain operating conditions or operating conditions in which the sensor device operates, and it therefore provides important information about the current functional state of individual areas of the sensor device. An analysis of the shape of the double peak can not only be used for further diagnosis
Sensoreinrichtung insgesamt, sondern gezielt einzelner Elemente bzw. Bereiche der Sensoreinrichtung erhalten werden. Dabei ist es grundsätzlich denkbar, dass aus einer Mehrzahl von erfassten Doppelpeaks eine„durchschnittliche“ Form gebildet wird, welche dann wiederum mit der vorgegebenen Form verglichen wird. Sensor device as a whole, but specifically individual elements or areas of the sensor device. It is basically conceivable that an “average” shape is formed from a plurality of recorded double peaks, which in turn is then compared with the predetermined shape.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Schritt e analysiert wird, ob der Doppelpeak symmetrisch ist, und dass dann, wenn eine Asymmetrie des Doppelpeaks ein bestimmtes Maß erreicht oder überschreitet, im Schritt f auf eine fehlerhafte, insbesondere eine fehlerhaft schräge Anströmung des Spots geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass bei einer Strömung des Fluids, die nicht wenigstens im Wesentlichen parallel zur Gesamt-Richtung des Laserlichts erfolgt, die knapp am Spot vorbei fliegenden und insoweit einen Doppelpeak beim Ausgangssignal erzeugenden Partikel vor dem Spot einen ersten In a further development it is provided that in step e it is analyzed whether the double peak is symmetrical and that if an asymmetry of the double peak reaches or exceeds a certain dimension, in step f an incorrect, in particular an incorrectly oblique, flow to the spot is concluded an entry is made in an error memory in particular. This is based on the consideration that in the case of a flow of the fluid that does not occur at least essentially parallel to the overall direction of the laser light, the particles that fly just past the spot and in this respect produce a double peak in the output signal in front of the spot
Intensitätsbereich und hinter dem Spot einen zweiten Intensitätsbereich durchfliegen, wobei sich die Intensitäten der beiden Intensitätsbereiche unterscheiden, und dementsprechend sich auch die Temperaturen und die Absolutwerte der Hochpunkte des Ausgangssignals des Detektors Fly through the intensity range and behind the spot a second intensity range, the intensities of the two intensity ranges differing, and accordingly the temperatures and the Absolute values of the high points of the output signal of the detector
unterscheiden. Demgegenüber liegen bei einer zur Strahlachse des Laserlichts weitgehend parallelen Strömung die beiden Hochpunkte eines Doppelpeaks wenigstens in etwa auf einem gleichen Niveau. Eine nicht-parallele, sondern schräge Anströmung des Spots kann beispielsweise durch eine teilweise Verstopfung oder durch einen Riss in einem den Spot radial umgebenden Schutzrohr herrühren, wodurch die Messgenauigkeit der Sensoreinrichtung verschlechtert wird oder sogar nicht mehr gewährleistet werden kann. Dies kann durch die erfindungsgemäße Analyse und Auswertung bzw. Diagnose erkannt werden. differentiate. In contrast, in a flow largely parallel to the beam axis of the laser light, the two high points of a double peak are at least approximately at the same level. A non-parallel, but oblique flow to the spot can result, for example, from partial blockage or a crack in a protective tube radially surrounding the spot, as a result of which the measuring accuracy of the sensor device is impaired or can no longer be guaranteed. This can be recognized by the analysis and evaluation or diagnosis according to the invention.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass dann, wenn das Ausgangssignal mindestens einen Doppelpeak aufweist, im Schritt e analysiert wird, ob das Verhältnis der beiden Hochpunkte des Doppelpeaks zu einem Tiefpunkt zwischen den beiden Doppelpeaks einen Grenzwert mindestens erreicht, und dass dann, wenn das Verhältnis den Grenzwert erreicht oder überschreitet, im Schritt f auf eine fehlerhafte Fokussierung des Laserlichts im Spot geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt. Eine In a further development it is provided that when the output signal has at least one double peak, an analysis is carried out in step e as to whether the ratio of the two high points of the double peak to a low point between the two double peaks at least reaches a limit value and that when the ratio reached or exceeded the limit value, in step f an incorrect focusing of the laser light in the spot was concluded, in particular an entry was made in an error memory. A
Verschlechterung der Fokussierung des Laserlichts z.B. durch eine ungewollte relative Bewegung von optischen Komponenten kann für die Sensoreinrichtung als kritisch anzusehen sein, da sie mit einer Reduzierung der Sensitivität einhergeht. Deterioration of the focus of the laser light e.g. An unwanted relative movement of optical components can be regarded as critical for the sensor device, since it is accompanied by a reduction in sensitivity.
Auch ein solcher Fehlerfall kann über die erfindungsgemäß vorgesehene Analyse des Ausgangssignals des Detektors detektiert werden. Die Ausprägung der Doppelpeaks verringert sich nämlich mit einer Vergrößerung (beispielsweise einer Verbreiterung) des Fokusbereichs, also des Spots, da dann die oben erwähnte Hantelform weniger ausgeprägt ist. Abhängig von der Stärke der Defokusierung und Auslegung der Optik kann diese Veränderung der Such an error can also be detected via the analysis of the output signal of the detector provided according to the invention. The form of the double peaks namely decreases with an enlargement (for example a broadening) of the focus area, ie the spot, since the dumbbell shape mentioned above is then less pronounced. Depending on the strength of the defocusing and design of the optics, this change can occur
Doppelpeaks allein aus den Messsignalen detektiert werden. In anderen Fällen ist eine Detektion der Verschlechterung der Fokussierung über einen Vergleich der relativen Häufigkeiten von Einzel- und Doppelpeaks und/oder nur unter Kenntnis der Fluidgeschwindigkeit, Partikelkonzentration und Größenverteilung möglich. Diese Werte können beispielsweise aus einem Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine, in deren Abgassystem die Sensoreinrichtung eingebaut ist, mit Hilfe eines Kennfeldes oder durch Charakterisierung von Einzelpeaks abgeleitet werden. Die Charakterisierung von Einzelpeaks kann beispielsweise über eine Analyse der Verteilung der Intensität und der Full-Width-Half-Maxima erfolgen. Double peaks can be detected solely from the measurement signals. In other cases, the deterioration of the focusing can be detected by comparing the relative frequencies of single and double peaks and / or only with knowledge of the fluid velocity, particle concentration and size distribution. These values can be derived, for example, from an operating point of an internal combustion engine, in the exhaust system of which the sensor device is installed, using a map or by characterizing individual peaks. The characterization of individual peaks can, for example by analyzing the distribution of the intensity and the full-width-half-maxima.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Analyse im Schritt e eine Mustererkennung mittels künstlicher Intelligenz oder ein Fitten einer Kurve des Doppelpeaks an eine Muster-Kurvenform oder die Verwendung von Algorithmen zur Findung von Hochpunkten und/oder Tiefpunkten des Doppelpeaks und zur Auswertung eines zeitlichen Abstandes zwischen Hochpunkten des Doppelpeaks umfasst. Diese Verfahren sind besonders effizient und zuverlässig. In a further development it is provided that the analysis in step e involves pattern recognition by means of artificial intelligence or fitting a curve of the double peak to a pattern curve shape or the use of algorithms for finding high points and / or low points of the double peak and for evaluating a time interval between high points of the double peak. These processes are particularly efficient and reliable.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen: Embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawing. The drawing shows:
Figur 1 eine schematisierte Darstellung des Aufbaus einer Figure 1 is a schematic representation of the structure of a
Sensoreinrichtung zur Detektion von Partikeln in einem strömenden Fluid unter Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz; Sensor device for the detection of particles in a flowing fluid using the principle of laser-induced incandescence;
Figur 2 einen schematisierten Schnitt durch einen Spot der Figure 2 shows a schematic section through a spot of
Sensoreinrichtung von Figur 1 mit einer eingezeichneten ersten Flugbahn eines Partikels; 1 with a drawn-in first trajectory of a particle;
Figur 3 ein Diagramm, in dem ein Ausgangssignal eines Detektors der Figure 3 is a diagram in which an output signal of a detector
Sensoreinrichtung von Figur 1 für den Partikel von Figur 2 über der Zeit aufgetragen ist; Sensor device of Figure 1 for the particle of Figure 2 is plotted against time;
Figur 4 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2, mit drei eingezeichneten Figure 4 is a representation similar to Figure 2, with three drawn
zweiten und schrägen Flugbahnen von Partikeln; second and oblique trajectories of particles;
Figuren 5-7 Diagramme ähnlich zu Figur 3 für die drei Partikel von Figur 4; Figures 5-7 are diagrams similar to Figure 3 for the three particles of Figure 4;
Figur 8 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2, mit einer eingezeichneten dritten Flugbahn eines Partikels und einem Spot, der gegenüber dem von Figur 2 leicht defokussiert ist; FIG. 8 shows a representation similar to FIG. 2, with a third trajectory of a particle and a spot that is slightly defocused compared to that of FIG. 2;
Figur 9 ein Diagramm ähnlich zu Figur 3 für den Partikel von Figur 8; Figur 10 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2, mit einer eingezeichneten vierten Flugbahn eines Partikels und einem Spot, der gegenüber dem von Figur 2 defokussiert ist; Figure 9 is a diagram similar to Figure 3 for the particle of Figure 8; FIG. 10 shows a representation similar to FIG. 2, with a fourth trajectory of a particle and a spot that is defocused compared to that of FIG. 2;
Figur 1 1 ein Diagramm ähnlich zu Figur 3 für den Partikel von Figur 10; und Figure 1 1 is a diagram similar to Figure 3 for the particle of Figure 10; and
Figur 12 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der FIG. 12 shows a flow diagram of a method for operating the
Sensoreinrichtung von Figur 1. Sensor device of Figure 1.
Funktionsäquivalente Elemente und Bereiche tragen in der nachfolgenden Beschreibung die gleichen Bezugszeichen und werden im allgemeinen nicht mehrfach erläutert. Functionally equivalent elements and areas have the same reference symbols in the following description and are generally not explained several times.
Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Sensoreinrichtung zur Detektion von Partikeln oder Aerosol in einem strömenden Fluid unter FIG. 1 shows a possible embodiment of a sensor device for the detection of particles or aerosol in a flowing fluid beneath
Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz, und zwar in Form eines Partikelsensors 10. Man erkennt zunächst einen Laser12, vorliegend beispielhaft einen CW-Laser (CW = continuous wave, also "Dauerstrich"), der Laserlicht 14 emittiert. Der Laser 12 kann insbesondere eine Laserdiode aufweisen, was sehr kostengünstig ist. Das Laserlicht 10 wird durch eine Linse 16 („Kollimationslinse“) zunächst zu einem parallelen Strahl geformt, der durch einen Strahlteiler 18 beispielsweise in Form eines Beamsplitters oder eines dichroitischen Spiegels hindurchtritt. Von dort gelangt er zu einer Fokussierlinse 20 und weiter in fokussierter Form zu einem Laserlicht-Spot 22 (nachfolgend kurz „Spot“). Als Spot 22 wird hier ein Volumenelement mit sehr kleinen Use of the principle of laser-induced incandescence, specifically in the form of a particle sensor 10. First of all, a laser 12 can be seen, in the present case, by way of example, a CW laser (CW = continuous wave) which emits laser light 14. The laser 12 can in particular have a laser diode, which is very inexpensive. The laser light 10 is first formed into a parallel beam by a lens 16 (“collimation lens”), which passes through a beam splitter 18, for example in the form of a beam splitter or a dichroic mirror. From there it arrives at a focusing lens 20 and further in a focused form to a laser light spot 22 (hereinafter referred to as “spot”). Spot 22 is a volume element with very small
Abmessungen im pm-Bereich oder sogar im nm-Bereich verstanden, in dem das Laserlicht 14 extrem fokussiert und somit extrem energiedicht bzw. intensiv ist. Understand dimensions in the pm range or even in the nm range, in which the laser light 14 is extremely focused and thus extremely energy-tight or intense.
Laserlicht 14 hoher Intensität kann im Spot 22 auf einen dort vorhandenen Partikel 24 treffen, beispielsweise einen Rußpartikel 24 in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. Die Intensität des Laserlichts 14 ist im Spot 22 so hoch, dass die vom Partikel 24 absorbierte Energie des Laserlichtes 14 den Partikel 24 auf mehrere Tausend Grad Celsius erhitzt (nur im Volumen des Spots 22 erreicht die Intensität des Laserlichts 14 die für laserinduzierte Inkandeszenz (LII) notwendigen hohen Werte). Als Folge der Erhitzung emittiert der Partikel 24 spontan und im Wesentlichen ohne Vorzugsrichtung signifikant High-intensity laser light 14 can strike a particle 24 present in the spot 22, for example a soot particle 24 in an exhaust gas stream of an internal combustion engine. The intensity of the laser light 14 in the spot 22 is so high that the energy of the laser light 14 absorbed by the particle 24 heats the particle 24 to several thousand degrees Celsius (only in the volume of the spot 22 does the intensity of the laser light 14 reach that for laser-induced incandescence (LII ) necessary high values). As a result of the heating, the particle 24 spontaneously emits significantly and essentially without a preferred direction
Temperaturstrahlung 26, auch als LII-Licht bezeichnet. Ein Teil der Temperaturstrahlung 26 wird daher auch entgegengesetzt zur Richtung des einfallenden Laserlichtes 14 emittiert. Die Temperaturstrahlung 26 liegt zum Beispiel im nah-infraroten und sichtbaren Spektralbereich, ist jedoch nicht auf diesen Spektralbereich beschränkt. Der Laser 12, die Linse 16, der Strahlteiler 18 und die Fokussierlinse 20 bilden insoweit eine Einrichtung 27 zum Erzeugen des Spots 22. Temperature radiation 26, also referred to as LII light. A part of Temperature radiation 26 is therefore also emitted in the opposite direction to the direction of the incident laser light 14. The temperature radiation 26 is, for example, in the near infrared and visible spectral range, but is not restricted to this spectral range. The laser 12, the lens 16, the beam splitter 18 and the focusing lens 20 thus form a device 27 for generating the spot 22.
Die Temperaturstrahlung 26 eines im Spot 22 durch das Laserlicht 14 angeregten Partikels 24 gelangt wiederum durch die Fokussierlinse 20 zurück zum Strahlteiler 18, wo sie um 90° abgelenkt wird, durch eine Fokussierlinse 28 hindurchtritt und durch einen Filter 30 (dieser ist nicht zwingend vorhanden) zu einem Detektor 32 gelangt. Der Filter 30 ist so ausgebildet, dass er die The temperature radiation 26 of a particle 24 excited in the spot 22 by the laser light 14 in turn passes through the focusing lens 20 back to the beam splitter 18, where it is deflected by 90 °, passes through a focusing lens 28 and through a filter 30 (this is not mandatory) arrives at a detector 32. The filter 30 is designed so that it
Wellenlängen des Laserlichts 14 zumindest weitgehend ausfiltert, welches in geringem Umfang ebenfalls zurückgestrahlt wird. Durch den Filter 30 wird also der störende Background reduziert. Denkbar ist auch die Verwendung eines einfachen Kantenfilters. Das Signal-to-Noise-Ratio verbessert sich dadurch. Wavelengths of the laser light 14 are at least largely filtered out, which is also radiated back to a small extent. The interfering background is thus reduced by the filter 30. It is also conceivable to use a simple edge filter. This improves the signal-to-noise ratio.
Die Abmessungen des Spots 22 liegen im Bereich einiger pm, insbesondere im Bereich von höchstens 200 pm, so dass den Spot 22 durchquerende Partikel 24 zur Emission auswertbarer Strahlungsleistungen angeregt werden. Als Folge kann davon ausgegangen werden, dass sich stets höchstens ein Partikel 24 in dem Spot 22 befindet und dass ein momentanes Ausgangssignal 34 des Partikelsensors 10 nur von diesem höchstens einen Partikel 24 stammt. The dimensions of the spot 22 are in the range of a few pm, in particular in the range of at most 200 pm, so that particles 24 passing through the spot 22 are excited to emit evaluable radiation powers. As a result, it can be assumed that there is always at most one particle 24 in the spot 22 and that an instantaneous output signal 34 of the particle sensor 10 only comes from this at most one particle 24.
Das Ausgangssignal 34 wird von dem Detektor 32 erzeugt, der im Partikelsensor 10 so angeordnet ist, dass er vom den Spot 22 durchfliegenden Partikel 24 ausgehende Strahlung 26, insbesondere Temperaturstrahlung detektiert. Der Detektor 32 umfasst bevorzugt einen Multi-Pixel-Photon-Counter (MPPC) oder einen Silicon-Photon-Multiplier (SiPM) oder eine SPAD-Diode (single-photon avalanche diode), welche(r) die Temperaturstrahlung 26 erfasst und das The output signal 34 is generated by the detector 32, which is arranged in the particle sensor 10 in such a way that it detects radiation 26, in particular temperature radiation, emanating from the particles 24 passing through the spot 22. The detector 32 preferably comprises a multi-pixel photon counter (MPPC) or a silicon photon multiplier (SiPM) or a SPAD diode (single-photon avalanche diode), which detects the temperature radiation 26 and that
Ausgangssignal 34 erzeugt. Mit den oben genannten Typen von Detektoren 32 kann bereits ein von einem besonders kleinen Partikel 24 erzeugtes und daher extrem kleines Lichtsignal, dass beispielsweise von wenigen Photonen gebildet wird, detektiert werden. Damit sinken die Abmessungen von Partikeln 24, die gerade noch nachweisbar sind, auf eine untere Nachweisgrenze von bis zu 10 nm ab. Es ist durchaus möglich, dass der Laser 12 moduliert bzw. an- und ausgeschaltet wird (duty cycle < 100%). Bevorzugt bleibt jedoch, dass der Laser 12 ein CW- Laser ist. Dies ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen Halbleiter-Laser- Elementen (Laser-Dioden), was den kompletten Partikelsensor 10 verbilligt und die Ansteuerung des Lasermoduls 12 und die Auswertung des Ausgangssignals 34 stark vereinfacht. Die Verwendung gepulster Laser ist aber nicht Output signal 34 generated. With the above-mentioned types of detectors 32, a light signal generated by a particularly small particle 24 and therefore extremely small, which is formed by a few photons, for example, can already be detected. The dimensions of particles 24, which are still just detectable, thus decrease to a lower detection limit of up to 10 nm. It is entirely possible that the laser 12 is modulated or switched on and off (duty cycle <100%). However, it remains preferred that the laser 12 is a CW laser. This enables the use of inexpensive semiconductor laser elements (laser diodes), which makes the complete particle sensor 10 less expensive and greatly simplifies the control of the laser module 12 and the evaluation of the output signal 34. However, the use of pulsed lasers is not
ausgeschlossen. locked out.
In Figur 1 ist durch einen Pfeil 36 auch Abgas symbolisiert, wie es beispielsweise bei einem Verbrennungsprozess, beispielsweise in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine (Diesel oder Benzin oder jeder andere Kraftstoff) eines Kraftfahrzeugs erzeugt wird. Die Sensoreinrichtung 10 weist eine Anordnung aus einem äußeren Schutzrohr 38 und einem inneren Schutzrohr 40 auf. Die Achsen der Schutzrohre 38,40 sind quer zur Strömung des Abgases 36 ausgerichtet.Exhaust gas is also symbolized in FIG. 1 by an arrow 36, as is generated, for example, in a combustion process, for example in the exhaust system of an internal combustion engine (diesel or gasoline or any other fuel) of a motor vehicle. The sensor device 10 has an arrangement of an outer protective tube 38 and an inner protective tube 40. The axes of the protective tubes 38, 40 are aligned transversely to the flow of the exhaust gas 36.
Das innere Schutzrohr 40 ragt in Richtung der Achsen über das äußere The inner protective tube 40 projects in the direction of the axes over the outer one
Schutzrohr 38 hinaus und in das strömende Abgas 36 hinein. An dem vom strömenden Abgas 36 abgewandten Ende der beiden Schutzrohre 38, 40 ragt das äußere Schutzrohr 38 über das innere Schutzrohr 40 hinaus. Die lichte Weite des äußeren Schutzrohrs 38 ist bevorzugt so viel größer als der äußere Protective tube 38 and into the flowing exhaust gas 36. At the end of the two protective tubes 38, 40 facing away from the flowing exhaust gas 36, the outer protective tube 38 projects beyond the inner protective tube 40. The clear width of the outer protective tube 38 is preferably so much larger than the outer one
Durchmesser des inneren Schutzrohrs 40, dass sich zwischen den beiden Schutzrohren 38, 40 ein erster und vorliegend in etwa kreisringförmiger Diameter of the inner protective tube 40 that between the two protective tubes 38, 40 a first and in the present case approximately circular
Strömungsquerschnitt ergibt. Die lichte Weite des inneren Schutzrohrs 40 bildet einen zweiten und vorliegend kreisförmigen Strömungsquerschnitt. Flow cross section results. The clear width of the inner protective tube 40 forms a second and in the present case circular flow cross section.
Diese Geometrie hat zur Folge, dass Abgas 36 über den ersten This geometry results in exhaust 36 over the first
Strömungsquerschnitt in die Anordnung der beiden Schutzrohre 38, 40 eintritt, dann an dem vom Abgas 36 abgewandten Ende der Schutzrohre 38,40 seine Richtung ändert, in das innere Schutzrohr 40 eintritt und aus diesem vom vorbeiströmenden Abgas 36 herausgesaugt wird (Pfeile mit dem Bezugszeichen 42). Dabei ergibt sich im inneren Schutzrohr 40 eine laminare Strömung, deren Strömungsrichtung im Normalfall parallel zu einer strichpunktiert eingezeichneten Längsachse 44 des Laserlichts 14 ist. Diese Anordnung von Schutzrohren 38, 40 wird quer zur Strömungsrichtung des Abgases 36 an bzw. in einem Abgasrohr (in Figur 1 nicht gezeichnet) befestigt. Der Spot 22 befindet sich im Inneren des inneren Schutzrohrs 40 im Bereich der laminaren Strömung 42. Der Partikelsensor 10 weist bevorzugt einen dem Abgas 36 ausgesetzten ersten Teil 46 (Schutzrohre 38 und 40) und einen dem Abgas 36 nicht ausgesetzten zweiten Teil 48 auf, der die optischen und elektronischen Komponenten des Partikelsensors 10 enthält. Der Teil 46 wird auch als„Sensorkopf bezeichnet, der Teil 48 auch als„SCU“ („sensor control unit“). Zu dem Teil 48 gehört auch eine Auswerteeinrichtung 49, in der das Ausgangssignal 34 des Detektors 32 analysiert wird, und zwar insbesondere im Hinblick auf einen Verlauf einer Intensität des Ausgangssignals 34 über der Zeit. Auch erfolgt in dieser Flow cross section enters the arrangement of the two protective tubes 38, 40, then changes its direction at the end of the protective tubes 38, 40 facing away from the exhaust gas 36, enters the inner protective tube 40 and is sucked out of this by the exhaust gas 36 flowing past (arrows with the reference symbol 42 ). This results in a laminar flow in the inner protective tube 40, the direction of flow of which is normally parallel to a longitudinal axis 44 of the laser light 14 shown in dash-dot lines. This arrangement of protective tubes 38, 40 is attached transversely to the flow direction of the exhaust gas 36 on or in an exhaust pipe (not shown in FIG. 1). The spot 22 is located inside the inner protective tube 40 in the area of the laminar flow 42. The particle sensor 10 preferably has a first part 46 (protective tubes 38 and 40) which is exposed to the exhaust gas 36 and a second part 48 which is not exposed to the exhaust gas 36 and which contains the optical and electronic components of the particle sensor 10. Part 46 is also referred to as the “sensor head, part 48 also as the“ SCU ”(“ sensor control unit ”). Part 48 also includes an evaluation device 49 in which the output signal 34 of the detector 32 is analyzed, in particular with regard to a course of an intensity of the output signal 34 over time. Also takes place in this
Auswerteeinrichtung 49 eine Diagnose der Sensoreinrichtung 10 auf der Basis der gerade erwähnten Analyse. Hierdurch kann die Funktion der Evaluation device 49 diagnoses sensor device 10 on the basis of the analysis just mentioned. This allows the function of the
Sensoreinrichtung 10, wie nachfolgend stärker im Detail dargelegt werden wird, im Sinne eines„Selbsttests“ überprüft werden. Sensor device 10, as will be explained in more detail below, can be checked in the sense of a “self-test”.
In Figur 2 ist der Spot 22, der durch das fokussierte Laserlicht 14 gebildet wird, im Schnitt gezeichnet. Ein Beispiel für zwei durch die Linse 20 fokussierte Laserlicht-Strahlen ist in Figur 2 eingezeichnet, diese beiden Strahlen sind mit 14' und 14" bezeichnet. Man erkennt, dass der Spot 22 eine längliche Ausdehnung aufweist mit einer Längserstreckung L in Richtung der Längsachse 44 und einem maximalen Erstreckung B quer zur Längserstreckung L. Man erkennt ferner aus Figur 2, dass aufgrund der Fokussierung des Laserlichts 14 der Spot 22 eine Art Hantelform aufweist mit einem eingeschnürten Bereich 50 in der axialen Mitte (in Richtung der Längsachse 44 gesehen), wobei der eingeschnürten Bereich 50 einen Durchmesser C hat, der kleiner ist als die Durchmesser der oberen und unteren axialen Endbereiche 52a und 52b, die jeweils einen Durchmesser B aufweisen. In Figur 2 sind auch Linien 54 gleicher Intensität des Laserlichts 14 gezeichnet, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nur die äußerste mit einem Bezugszeichen versehen ist. Man erkennt, dass die innerste gezeichnete Linie 54 eine insgesamt im wesentlichen ovale bzw. elliptische Form hat, wohingegen die äußerste gezeichnete Linie 50 die oben erwähnte In Figure 2, the spot 22, which is formed by the focused laser light 14, is drawn in section. An example of two laser light beams focused by the lens 20 is shown in FIG. 2, these two beams are designated by 14 'and 14 ". It can be seen that the spot 22 has an elongated extension with a longitudinal extension L in the direction of the longitudinal axis 44 and a maximum extension B transverse to the longitudinal extension L. It can also be seen from FIG. 2 that due to the focusing of the laser light 14, the spot 22 has a kind of dumbbell shape with a constricted area 50 in the axial center (viewed in the direction of the longitudinal axis 44), whereby the constricted region 50 has a diameter C that is smaller than the diameter of the upper and lower axial end regions 52a and 52b, each of which has a diameter B. In FIG. 2, lines 54 of the same intensity of the laser light 14 are also drawn, of which for reasons for clarity, however, only the outermost one is provided with a reference number. It can be seen that the innermost line 5 4 has an overall substantially oval or elliptical shape, whereas the outermost line 50 drawn is the one mentioned above
Hantelform aufweist. Die Intensität ist im Inneren des Spots 22 am höchsten und am Rand des Spots 22 am niedrigsten. Has a dumbbell shape. The intensity is highest inside the spot 22 and lowest at the edge of the spot 22.
Ein Pfeil 56 bezeichnet die Flugbahn eines Partikels 24 (entsprechend der Strömung 42 in Figur 1 ). Diese führt vorliegend nicht exakt durch die Mitte des Spots 22, sondern links seitlich an der Mitte vorbei, und zwar in einem solchen Abstand zu der Längsachse 44 und somit zu der Mitte des Spots 22, dass sich der Partikel 24 zunächst durch den unteren Bereich 52a hindurchbewegt, dann aus diesem heraustritt und an dem eingeschnürten Bereich 50 vorbei fliegt, um dann in den oberen Bereich 52b einzutauchen und schließlich auch diesen wieder zu verlassen. An arrow 56 denotes the trajectory of a particle 24 (corresponding to the flow 42 in FIG. 1). In the present case, this does not lead exactly through the center of the spot 22, but past the center on the left, at such a distance from the longitudinal axis 44 and thus from the center of the spot 22 that the particle 24 initially passes through the lower region 52a moved through, then emerges from this and flies past the constricted area 50, in order to then dive into the upper area 52b and finally also to leave it again.
Dabei reicht die Intensität des Laserlichts 14 auch in dem Randbereich der beiden Bereiche 52a und 52b, durch die der Partikel 24 hindurchfliegt, noch aus, um diesen zum Emittieren von Temperaturstrahlung 26 anzuregen, und zwar zweimal, nämlich ein erstes Mal, wenn der Partikel 24 durch den unteren Bereich 52a hindurchfliegt, und ein zweites Mal, wenn der Partikel 24 durch den oberen Bereich 52b hindurch fliegt. Entsprechend wird ein Ausgangssignal 34 erzeugt, welches in Figur 3 über der Zeit aufgetragen ist. Man erkennt eine erste steil ansteigende Flanke 58a, die bis zu einem ersten Hochpunkt 60a ansteigt, und dann eine ebenso steil abfallende Flanke 62a, die bis zu einem Tiefpunkt 64 abfällt. Von dort geht es entlang einer zweiten steil ansteigenden Flanke 58b bis zu einem zweiten Hochpunkt 60b, und dann wiederum entlang einer steil abfallenden Flanke 62b wieder zu einem unteren konstanten Signallevel. The intensity of the laser light 14 in the edge region of the two regions 52a and 52b, through which the particle 24 flies, is still sufficient to excite it to emit temperature radiation 26, namely twice, namely a first time when the particle 24 flies through the lower region 52a and a second time when the particle 24 flies through the upper region 52b. Accordingly, an output signal 34 is generated, which is plotted over time in FIG. A first steeply rising flank 58a can be seen, which rises to a first high point 60a, and then an equally steeply falling flank 62a, which falls to a low point 64. From there it goes along a second steeply rising edge 58b to a second high point 60b, and then again along a steeply falling edge 62b to a lower constant signal level.
Die beiden Hochpunkte 60a und 60b haben in etwa den gleichen Absolutwert, sind also in etwa auf dem gleichen Niveau. Das Ausgangssignal 34 weist somit zwei zeitlich eng beieinander liegende, nämlich innerhalb eines zeitlichen Intervalls t liegende Hochpunkte 60a und 60b auf, die insoweit einen The two high points 60a and 60b have approximately the same absolute value, ie are approximately at the same level. The output signal 34 thus has two high points 60a and 60b which are close to one another in time, namely within a time interval t, and in this respect one
sogenannten„Doppelpeak“ 66 bilden. Die Länge des zeitlichen Intervalls t kann dabei unter anderem von der Geschwindigkeit des Fluids und somit der form so-called "double peak" 66. The length of the time interval t can, among other things, depend on the speed of the fluid and thus the
Geschwindigkeit des Partikels 24 abhängen. Man erkennt, dass der Doppelpeak 66 relativ zum Tiefpunkt 64 weitgehend symmetrisch ist, also beispielsweise die erste ansteigende Flanke 58a und die zweite abfallende Flanke 62b zueinander symmetrisch sind, und dass ebenso die erste abfallende Flanke 62a und die zweite ansteigende Flanke 58b zueinander symmetrisch sind. Hieraus kann im Rahmen einer Analyse der Form des Doppelpeaks 66 mittels der Depend on the speed of particle 24. It can be seen that the double peak 66 is largely symmetrical relative to the low point 64, for example the first rising edge 58a and the second falling edge 62b are symmetrical to one another, and that the first falling edge 62a and the second rising edge 58b are also symmetrical to one another. From this, the shape of the double peak 66 can be analyzed using the
Auswerteeinrichtung 49 zum einen geschlossen werden, dass der Spot 22 die beschriebene hantelförmige Geometrie aufweist, und kann zum anderen geschlossen werden, dass der Partikel 24 auf einer Flugbahn 56 durch den Spot 22 hindurch fliegt, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse 44 des Evaluation device 49 can be closed on the one hand that the spot 22 has the dumbbell-shaped geometry described, and on the other hand it can be concluded that the particle 24 flies through the spot 22 on a trajectory 56 which is essentially parallel to the longitudinal axis 44 of the
Laserlichts 14 verläuft. Dies entspricht einer gewünschten normalen Funktion der Sensoreinrichtung 10. In den Figuren 4-7 ist eine Betriebssituation aufgetragen, bei der die Flugbahnen 56a-c gegenüber der Längsachse 44 des Laserlichts 14 nicht parallel verlaufen. Beispielsweise durch eine teilweise Verstopfung oder durch einen Riss im inneren Schutzrohr 40 die Strömung 42 von ihrer idealen und zum Schutzrohr 40 bzw. der Längsachse 44 parallel liegenden Strömung abweichen, wodurch die Messgenauigkeit der Sensoreinrichtung 10 nicht mehr gewährleistet ist. Laser light 14 runs. This corresponds to a desired normal function of the sensor device 10. An operating situation is plotted in FIGS. 4-7, in which the trajectories 56a-c do not run parallel to the longitudinal axis 44 of the laser light 14. For example, due to a partial blockage or a crack in the inner protective tube 40, the flow 42 deviates from its ideal and parallel to the protective tube 40 or the longitudinal axis 44, whereby the measuring accuracy of the sensor device 10 is no longer guaranteed.
Dabei ist ein Winkel der Flugbahn 56c gegenüber der Längsachse 44 größer als jener der Flugbahn 56b, und ein Winkel der Flugbahn 56b ist gegenüber der Längsachse 44 größer als jener der Flugbahn 56a. In Figur 5 ist das Here, an angle of the trajectory 56c with respect to the longitudinal axis 44 is greater than that of the trajectory 56b, and an angle of the trajectory 56b with respect to the longitudinal axis 44 is larger than that of the trajectory 56a. In Figure 5 that is
Ausgangssignal 34 für die Flugbahn 56a aufgetragen. Im Vergleich zu Figur 3 erkennt man, dass die Form des Doppelpeaks 66 des Ausgangssignals 34 nun nicht mehr symmetrisch ist. Dies hängt damit zusammen, dass der Partikel 24 den unteren Bereich 52a weiter außen und somit in einem Bereich geringerer Intensität durchfliegt, wohingegen er den oberen Bereich 52b weiter innen und somit in einem Bereich höherer Intensität durchfliegt. Der Partikel 24 wird daher beim Durchflug durch den unteren Bereich 52a weniger stark erhitzt als beim Durchflug durch den oberen Bereich 52b. Entsprechend ist der Absolutwert des ersten Hochpunkts 60a des Ausgangssignals 34 niedriger als jener des zweiten Hochpunkts 60b. Dieser Unterschied ist umso signifikanter, je schräger die Flugbahn 56 ist. Output signal 34 is plotted for trajectory 56a. In comparison to FIG. 3, it can be seen that the shape of the double peak 66 of the output signal 34 is no longer symmetrical. This is due to the fact that the particle 24 flies through the lower region 52a further outwards and thus in a region of lower intensity, whereas it flies through the upper region 52b further inwards and therefore in a region of higher intensity. The particle 24 is therefore heated less strongly when passing through the lower region 52a than when passing through the upper region 52b. Accordingly, the absolute value of the first high point 60a of the output signal 34 is lower than that of the second high point 60b. This difference is all the more significant the more oblique the trajectory 56 is.
Der größere Winkel der beiden Flugbahnen 56b und 56c relativ zur Längsachse 44 drückt sich in einer stärkeren Asymmetrie des Doppelpeaks 66 aus, wie aus den Figuren 6 (entsprechend der Flugbahn 56b) und 7 (entsprechend der Flugbahn 56c) hervorgeht. Insoweit hat ein Doppelpeak 66 bei einer zur Längsachse 44 des Laserlichts 14 schrägen Flugbahn 56 des Partikels 24 eine charakteristische asymmetrische Form, die ebenfalls durch die The larger angle of the two trajectories 56b and 56c relative to the longitudinal axis 44 is expressed in a greater asymmetry of the double peak 66, as can be seen from FIGS. 6 (corresponding to the trajectory 56b) and 7 (corresponding to the trajectory 56c). In this respect, a double peak 66 with a trajectory 56 of the particle 24 which is oblique to the longitudinal axis 44 of the laser light 14 has a characteristic asymmetrical shape, which is likewise characterized by the
Auswerteeinrichtung 49 analysiert wird und durch die Auswerteeinrichtung 49 als schräge Flugbahn 56 diagnostiziert wird. Evaluation device 49 is analyzed and diagnosed by the evaluation device 49 as an oblique trajectory 56.
In den Figuren 8-9 ist der Fall dargestellt, bei der die Flugbahn 56 des Partikels 24 zwar parallel zur Längsachse 44 des Laserlichts 14 verläuft, der Spot 22 jedoch leicht defokussiert ist, was dazu führt, dass der eingeschnürte Bereich 50 einen größeren Durchmesser C hat als bei der in den Figuren 2 und 4 gezeigten stärkeren (und insoweit besseren) Fokussierung. Die Hantelform des Spots 22 von Figur 8 ist somit weniger ausgeprägt als bei dem in den Figuren 2 und 4 gezeigten Spot 22. Eine solche Defokussierung kann sich beispielsweise durch eine ungewollte Relativbewegung der optischen Komponenten der FIGS. 8-9 show the case in which the trajectory 56 of the particle 24 runs parallel to the longitudinal axis 44 of the laser light 14, but the spot 22 is slightly defocused, which means that the constricted area 50 has a larger diameter C. than in the stronger (and in this respect better) focusing shown in FIGS. 2 and 4. The dumbbell shape of the spot 22 of FIG. 8 is thus less pronounced than that of FIGS. 2 and 4 Spot 22 shown. Such defocusing can be caused, for example, by an unwanted relative movement of the optical components of the
Sensoreinrichtung 10, beispielsweise der Linse 16, des Strahlteiler 18, der Linse 20, und der Linse 28 ergeben. Sensor device 10, for example the lens 16, the beam splitter 18, the lens 20, and the lens 28.
Anhand des entsprechenden Ausgangssignals 34 in Figur 9 erkennt man, dass dessen Flanken 58a und 58b sowie 62a und 62b weniger steil sind als bei jenem der Figur 3, und insbesondere dass der Tiefpunkt 64 höher liegt als bei jenem der Figur 3. Man kann also sagen, dass sich das Verhältnis der Absolutwerte der beiden Hochpunkte 60a und 60b zu dem Absolutwert des Tiefpunkts 64 bei der Form des Ausgangssignals 34 von Figur 9 deutlich von dem entsprechenden Verhältnis bei der Form des Ausgangssignals 34 von Figur 3 unterscheidet, nämlich einen deutlich kleineren Wert aufweist. On the basis of the corresponding output signal 34 in FIG. 9, it can be seen that its edges 58a and 58b and 62a and 62b are less steep than that of FIG. 3, and in particular that the low point 64 is higher than that of FIG. 3. It can therefore be said that the ratio of the absolute values of the two high points 60a and 60b to the absolute value of the low point 64 in the form of the output signal 34 from FIG. 9 differs significantly from the corresponding ratio in the form of the output signal 34 from FIG. 3, namely has a significantly smaller value .
Noch stärker ausgeprägt ist dies bei der in Figur 10 dargestellten Defokussierung des Spots 22, welche dazu führt, dass der in Figur 10 gezeichnete Spot 22 fast keine Hantelform mehr aufweist. Somit unterscheiden sich bei dem sich hieraus ergebenden Ausgangssignal 34 die Absolutwerte der beiden Hochpunkte 60a und 60b zum Absolutwert des dazwischen liegenden Tiefpunkts 64 kaum noch, so dass, wie aus Figur 11 ersichtlich ist, kaum noch die charakteristische Form eines Doppelpeaks 66 erkennbar ist. This is even more pronounced in the defocusing of the spot 22 shown in FIG. 10, which leads to the spot 22 shown in FIG. 10 having almost no dumbbell shape. Thus, in the resultant output signal 34, the absolute values of the two high points 60a and 60b hardly differ from the absolute value of the low point 64 therebetween, so that, as can be seen from FIG. 11, the characteristic shape of a double peak 66 can hardly be recognized.
Auch diese charakteristische Form des Ausgangssignals 34 wird durch die Auswerteeinrichtung 49 analysiert, und entsprechend wird eine Defokussierung des Spots 22 diagnostiziert. This characteristic form of the output signal 34 is also analyzed by the evaluation device 49, and a defocusing of the spot 22 is diagnosed accordingly.
Nun wird unter Bezugnahme auf Figur 12 ein Verfahren zum Betreiben der Sensoreinrichtung 10 erläutert. Das Verfahren startet in einem Block 68, beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine nach deren Start. Danach erfolgt in einem Block 69 eine Auswertung des Ausgangssignals 34 im Hinblick auf die Existenz von Doppelpeaks 66 in einer erwarteten Häufigkeit, und zwar sowohl absolut als auch relativ zur Häufigkeit von Einzelpeaks. Dementsprechend wird in einem Block 70 geprüft, ob das Ausgangssignal 34 des Detektors 32 innerhalb eines bestimmten Zeitraums eine Anzahl von Doppelpeaks 66 aufweist, die mindestens einem Grenzwert entspricht, und ob das Verhältnis zwischen A method for operating the sensor device 10 will now be explained with reference to FIG. The method starts in a block 68, for example in the case of an internal combustion engine after it has started. The output signal 34 is then evaluated in a block 69 with regard to the existence of double peaks 66 with an expected frequency, both absolutely and relative to the frequency of single peaks. Accordingly, it is checked in a block 70 whether the output signal 34 of the detector 32 has a number of double peaks 66 within a certain period of time which corresponds to at least one limit value, and whether the ratio between
Doppelpeaks und Einzelpeaks ebenfalls mindestens einem erwarteten Grenzwert entspricht. Ist die Antwort im Block 70„Nein“, werden in einem Block 72 optionale weitere und unabhängige Diagnosefunktionen durchgeführt. Diese sind jedoch, wie gesagt, optional und nicht zwingend notwendig. In einem ebenfalls lediglich optionalen Block 74 wird geprüft, ob tatsächlich ein Fehlerfall erkannt wurde. Ist die Antwort„Nein“, erfolgt ein Rücksprung zum Startblock 68. Andernfalls wird in einem Block 76 auf einen (grundlegenden) Fehler der Sensoreinrichtung 10 geschlossen, und es erfolgt ein allgemeiner Eintrag in einen Fehlerspeicher. Das Verfahren würde dann in einem Block 78 enden. Double peaks and single peaks also correspond to at least one expected limit. If the answer in block 70 is “no”, optional further and independent diagnostic functions are carried out in a block 72. However, these are as I said, optional and not absolutely necessary. In a block 74, which is also merely optional, a check is carried out to determine whether an error has actually been detected. If the answer is “no”, a return is made to the start block 68. Otherwise, a (basic) error of the sensor device 10 is concluded in a block 76 and a general entry is made in an error memory. The process would then end in block 78.
Ist die Antwort im Block 70„ja“, erfolgt in einem Block 80 eine Auswertung der Doppelpeaks 66 insbesondere hinsichtlich der Symmetrie der Hochpunkte 60a und 60b. Dementsprechend wird in einem Block 82 geprüft, ob der erfasste Doppelpeak 66 bzw. die erfassten Doppelpeaks 66 vorgegebene If the answer in block 70 is “yes”, the double peaks 66 are evaluated in a block 80, in particular with regard to the symmetry of the high points 60a and 60b. Accordingly, it is checked in a block 82 whether the detected double peak 66 or the detected double peaks 66 is predetermined
Symmetriebedingungen erfüllen, insbesondere, ob die Hochpunkte 60a und 60b wenigstens in etwa gleich hoch sind. Ist die Antwort„Nein“, ist dies ein Hinweis auf eine möglicherweise unzulässig schräge Strömung 42 relativ zur Längsachse 44. Wieder kann in dem bereits oben erwähnten optionalen Block 72 eine weitere unabhängige Diagnose durchgeführt werden, und kann im optionalen Block 74 geprüft werden, ob tatsächlich ein Fehler vorliegt. Ist die Antwort„Ja“, wird im Block 76 wieder auf einen Fehler erkannt und es erfolgt ein entsprechender Eintrag in einen Fehlerspeicher, in dem gegenüber dem obigen allgemeinen Eintrag jedoch die vermutete unzulässig schräge Strömung 42 spezifiziert wird. Meet symmetry conditions, in particular whether the high points 60a and 60b are at least approximately the same height. If the answer is “No”, this is an indication of a possibly inadmissibly oblique flow 42 relative to the longitudinal axis 44. Again, in the optional block 72 already mentioned above, a further independent diagnosis can be carried out, and it can be checked in the optional block 74 whether there is actually an error. If the answer is “yes”, an error is recognized again in block 76 and a corresponding entry is made in an error memory, in which, however, the suspected impermissibly inclined flow 42 is specified compared to the above general entry.
Ist die Antwort im Block 82„Ja“, wird von einer zur Längsachse 44 parallelen Strömung 42 ausgegangen, und es erfolgt dann in einem Block 84 eine If the answer in block 82 is “yes”, a flow 42 parallel to the longitudinal axis 44 is assumed and a block 84 then takes place
Auswertung des Doppelpeaks 66 bzw. der Doppelpeaks 66 im Hinblick ganz allgemein auf eine erwartete Form, beispielsweise im Hinblick auf das Verhältnis zwischen den Absolutwerten der Hochpunkte 60a und 60b und der dazwischen liegenden Tiefpunkte 64. Erreicht oder überschreitet bzw. unterschreitet dieses Verhältnis einen Grenzwert, ist die Ausbildung der Doppelpeaks 66 somit nicht wie erwartet. Somit ist die Antwort in einem Prüfblock 86„Nein“ und es erfolgt wiederum ein Sprung zu den Blöcken 72 und 74 und gegebenenfalls dann zu den Blöcken 76 und 78, wobei wiederum der Fehlereintrag in den Fehler Speicher im Block 76 dahingehend spezifiziert wird, dass von einer unzulässigen Defokussierung des Spots 22 ausgegangen wird. Ist die Antwort im Prüfblock 86 dagegen„Ja“, wird von einer korrekten Fokussierung ausgegangen und wird in einem Block 88 ein Zähler gestartet, der nach einem bestimmten Zeitablauf einen Rücksprung zum Startblock 68 veranlasst. Evaluation of the double peak 66 or the double peaks 66 with regard to a generally expected shape, for example with regard to the ratio between the absolute values of the high points 60a and 60b and the low points 64 in between. If this ratio reaches or exceeds or falls below a limit value, the formation of the double peaks 66 is therefore not as expected. Thus, the answer in a test block 86 is “No” and there is again a jump to blocks 72 and 74 and, if appropriate, then to blocks 76 and 78, again specifying the error entry in the error memory in block 76 such that from an impermissible defocusing of the spot 22 is assumed. If, on the other hand, the answer in test block 86 is “yes”, correct focusing is assumed and a counter is started in block 88, which causes a return to start block 68 after a certain time.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Betreiben einer Sensoreinrichtung (10) zur Detektion von Partikeln (24) oder Aerosol in einem strömenden Fluid (42) unter 1. Method for operating a sensor device (10) for the detection of particles (24) or aerosol in a flowing fluid (42) under
Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz, welches folgende Schritte aufweist: Use of the principle of laser-induced incandescence, which has the following steps:
a. Erzeugen von Laserlicht (14) mittels eines Lasers (12); a. Generating laser light (14) by means of a laser (12);
b. Bündeln des Laserlichts (26) in einem Spot (22); b. Focusing the laser light (26) in a spot (22);
c. Erfassen von Temperaturstrahlung (26), die von einem im Spot (22) erhitzten Partikel (24) emittiert wird, mittels eines Detektors (32); und d. Bereitstellen eines von der erfassten Temperaturstrahlung (26) c. Detecting temperature radiation (26) emitted by a particle (24) heated in the spot (22) by means of a detector (32); and d. Providing one of the detected temperature radiation (26)
abhängigen Ausgangssignals (34) durch den Detektor (32); dependent output signal (34) by the detector (32);
dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgende Schritte umfasst: characterized in that it further comprises the following steps:
e. Analysieren mindestens einer Eigenschaft, insbesondere eines Verlaufs einer Intensität über der Zeit, des Ausgangssignals (34) mittels einer Auswerteeinrichtung (49), e. Analyzing at least one property, in particular a profile of an intensity over time, of the output signal (34) by means of an evaluation device (49),
f. Durchführen einer Diagnose der Sensoreinrichtung (10) mittels der f. Carrying out a diagnosis of the sensor device (10) by means of the
Auswerteeinrichtung (49) auf der Basis der Analyse. Evaluation device (49) based on the analysis.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e analysiert wird, ob das Ausgangssignal (34) mindestens einen Doppelpeak (66) aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized in that in step e it is analyzed whether the output signal (34) has at least one double peak (66).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e analysiert wird, ob das Ausgangssignal (34) innerhalb eines bestimmten Zeitraums eine Anzahl von Doppelpeaks (66) aufweist, die mindestens einem Grenzwert entspricht, und das dann, wenn die Anzahl von 3. The method according to claim 2, characterized in that it is analyzed in step e whether the output signal (34) has a number of double peaks (66) within a certain period of time, which corresponds to at least one limit value, and that when the number of
Doppelpeaks (66) innerhalb des Zeitraums nicht mindestens dem Grenzwert entspricht, im Schritt f auf einen Fehler der Sensoreinrichtung geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt. Double peaks (66) within the period does not at least correspond to the limit value, in step f an error of the sensor device is concluded, in particular an entry is made in an error memory.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch 4. The method according to at least one of claims 2 or 3, characterized
gekennzeichnet, dass im Schritt f ein Verhältnis der Anzahl der in einem Zeitraum erfassten Doppelpeaks (66) zur Anzahl der im selben Zeitraum erfassten Einzelpeaks gebildet wird und dass dann, wenn dieses Verhältnis außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, auf einen Fehler der characterized in that in step f a ratio of the number of double peaks (66) recorded in a period to the number of those in the same period individual peaks is formed and that if this ratio lies outside a predetermined range, an error in the
Sensoreinrichtung (10) geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt. Sensor device (10) is closed, in particular an entry is made in an error memory.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2-4, dadurch 5. The method according to at least one of claims 2-4, characterized
gekennzeichnet, dass dann, wenn das Ausgangssignal (34) mindestens einen Doppelpeak (66) aufweist, im Schritt e analysiert wird, ob eine Form des Doppelpeaks (66) wenigstens in etwa einer vorgegebenen Form entspricht. characterized in that when the output signal (34) has at least one double peak (66), step e analyzes whether a shape of the double peak (66) corresponds at least approximately to a predetermined shape.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e analysiert wird, ob der Doppelpeak (66) symmetrisch ist, und dass dann, wenn eine Asymmetrie des Doppelpeaks (66) ein bestimmtes Maß erreicht oder überschreitet, im Schritt f auf eine fehlerhafte, insbesondere eine fehlerhaft schräge Anströmung (42) des Spots (22) geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt. 6. The method according to claim 5, characterized in that it is analyzed in step e whether the double peak (66) is symmetrical, and that when an asymmetry of the double peak (66) reaches or exceeds a certain dimension, in step f to a faulty, in particular a faulty, oblique flow (42) of the spot (22) is closed, in particular an entry is made in a fault memory.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2-6, dadurch 7. The method according to at least one of claims 2-6, characterized
gekennzeichnet, dass dann, wenn das Ausgangssignal (64) mindestens einen Doppelpeak (66) aufweist, im Schritt e analysiert wird, ob das characterized in that if the output signal (64) has at least one double peak (66), step e analyzes whether the
Verhältnis der beiden Hochpunkte (60 a, 60 b) des Doppelpeaks (66) zu einem Tiefpunkt (64) zwischen den beiden Hochpunkten (60 a, 60 b) einen Grenzwert mindestens erreicht, und dass dann, wenn das Verhältnis den Grenzwert erreicht oder überschreitet, im Schritt f auf eine fehlerhafte Fokussierung des Laserlichts (14) im Spot (22) geschlossen wird, insbesondere ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt. Ratio of the two high points (60 a, 60 b) of the double peak (66) to a low point (64) between the two high points (60 a, 60 b) at least reaches a limit value, and that when the ratio reaches or exceeds the limit value , in step f an incorrect focusing of the laser light (14) in the spot (22) is concluded, in particular an entry is made in an error memory.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2-7, dadurch 8. The method according to at least one of claims 2-7, characterized
gekennzeichnet, dass die Analyse im Schritt e eine Mustererkennung mittels künstlicher Intelligenz oder ein Fitten einer Kurve des Doppelpeaks (66) an eine Muster-Kurvenform oder die Verwendung von Algorithmen zur Findung von Hochpunkten (60 a, 60 b) und/oder Tiefpunkten (64) des Doppelpeaks (66) und zur Auswertung eines zeitlichen Abstandes zwischen Hochpunkten (60 a, 60 b) des Doppelpeaks (66) umfasst. characterized in that the analysis in step e involves pattern recognition by means of artificial intelligence or fitting a curve of the double peak (66) to a pattern curve shape or the use of algorithms for finding high points (60 a, 60 b) and / or low points (64 ) of the double peak (66) and for evaluating a time interval between high points (60 a, 60 b) of the double peak (66).
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidung zwischen einem Doppelpeak (66) und einem Einzelpeak mittels einer Auswertung des zeitlichen Abstandes von Hochpunkten (60 a, 60 b) im Ausgangssignal (34) des Detektors (32) erfolgt. 9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the distinction between a double peak (66) and a single peak by means of an evaluation of the time interval between high points (60 a, 60 b) in the output signal (34) of the detector (32) he follows.
10. Sensoreinrichtung (10) zur Detektion von Partikeln (24) oder Aerosol in 10. Sensor device (10) for the detection of particles (24) or aerosol in
einem strömenden Fluid (36, 42) unter Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz, welche umfasst: eine Einrichtung (12) zum Erzeugen von Laserlicht (14); eine Einrichtung (20) zum Bündeln des a flowing fluid (36, 42) using the principle of laser-induced incandescence, comprising: means (12) for generating laser light (14); a device (20) for bundling the
Laserlichts (14) in einem Spot (22); einen Detektor (32) zum Erfassen von Temperaturstrahlung (26), die von einem im Spot (22) erhitzten Partikel (24) emittiert wird, und eine Auswerteeinrichtung (49) zum Auswerten eines Ausgangssignals (34) des Detektors (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (49) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem derLaser light (14) in a spot (22); a detector (32) for detecting temperature radiation (26) emitted by a particle (24) heated in the spot (22), and an evaluation device (49) for evaluating an output signal (34) of the detector (32), characterized that the evaluation device (49) is set up to implement a method according to one of the
Ansprüche 1-9 auszuführen. Execute claims 1-9.
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