用于确定粒子分布的方法与流程

背景技术：

0、现有技术

1、本发明的背景是pm1、pm2.5和pm10值的检测，所述检测是基于低于1、2.5或10微米的粒子大小的以μg/m3为单位的粒子质量。

2、wo 2017017282 a1公开了一种用于从测得信号得出粒子大小的方法。描述一种粒子大小检测的激光传感器模块。所述激光传感器模块包括至少一个第一激光器、至少一个第一检测器、至少一个电驱动器以及至少一个评估装置。所述第一激光器适于响应于所述至少一个驱动器所提供的信号而发射第一激光光(laser light)。

3、为了准确地确定pm1、pm2.5和pm10值，需要较好地估计检测到的粒子大小。尽管较大的粒子通常导致较长的检测时间和/或较大的检测幅度，但大粒子通常还产生非常弱的信号。如果粒子穿过为检测而发射的激光束的边缘区，那么就是这种情况。然而，如果粒子穿透激光束的焦点，则可产生具有高光强度的反射。因此检测到强信号。此处，将在信噪比的意义上来理解强信号和弱信号，其中有用信号的功率与噪声相关。

4、本发明所解决的问题在于提供一种使得能够更准确地确定粒子流中的粒子分布的方法。

技术实现思路

1、提出的是，提供一种用于使用激光设备来确定粒子流中的粒子分布的方法，其中激光设备具有半导体激光器，半导体激光器发射具有非均匀强度廓线(profile)的激光光，非均匀强度廓线优选地横向于激光光的传播方向和/或在激光光的传播方向上延伸，在方法中进行以下步骤：接收激光光在粒子流的粒子处产生的光反射；连接到激光设备的评估单元在粒子穿透激光光时就基于强度廓线产生的信号强度值的频率分布评估由光反射产生的反射信号；处理器单元基于信号强度值来确定各别粒子的粒子直径；基于激光设备的敏感度来对所确定的粒子直径中的至少一些进行直径校正；创建粒子直径的频率分布的直径列表；使用校正列表来对直径列表进行频率校正；以及将所校正的直径列表存储在存储介质上。

2、这使得有可能确定使得能够作出关于粒子流中的粒子的数目和大小的更准确报告的粒子分布。

3、直径校正提供对所确定的粒子直径的直径相关校正。这因此尤其有利，因为激光光的反向散射取决于激光光的波长和粒子直径。因为波长是常数或仅在优选红外线范围中的较窄频带内变化，并且在真实条件下对粒子直径没有影响，因此直径校正必须考虑对激光光的波长以及粒子直径的依赖。

4、在直径列表中，以直方图形式列出了不同等级的粒子直径，其中列出优选在测量持续时间期间，粒子直径中的每一者在粒子流中的出现频率。

5、频率校正使得有可能近似表示粒子流中实际存在的频率分布。为此，明确地说，可将校正列表中所创建的粒子直径的频率值从频率分布中去除。

6、检测可能受半导体激光器组件本身和/或受额外光电二极管影响。

7、由于附属权利要求中所提到的措施，本发明的有利设计和改进是可能的。

8、有利的是，基于测量持续时间和粒子的流动速度来确定粒子直径。在此情况下，可根据以下方程来来确定粒子直径

9、d～snr0.5t1.5 v2

10、其中v是流动速度，t是测量持续时间，srn是信号强度值，并且d是粒子直径。此处，可通过gps数据，通过来自天气服务的数据和/或来自激光设备和/或额外传感器设备的测量的数据，来确定流动速度。作为替代方案或另外，将对激光光应用周期性频率调制，使得可确定穿过激光光的粒子的速度。

11、特定改进涉及将直径校正作用于<1微米的粒子直径。此处，如果粒子直径<1微米，则所确定的粒子直径的大小根据以下方程减小d'＝d0.5

12、如果粒子直径<0.1微米，则进行较大的直径校正，其为d”＝d0.25。

13、根据方法，通过存储粒子直径小于来自直径列表的代表性粒子直径的频率分布来创建校正列表。此处，从并不对应于代表性粒子直径的粒子直径来创建校正列表。

14、在优选示例性实施方案中，可通过使用校正列表进行频率校正，来降低小于代表性粒子直径的粒子直径的频率。因此，代表性粒子直径的频率不降低，使得可假定粒子流中对应于代表性粒子直径的粒子直径的实际频率不低于未经校正的代表性粒子直径的频率。

15、为了尽可能接近粒子流中的代表性粒子直径的实际频率，通过校正列表来增加代表性粒子直径的频率。在此情况下，代表性粒子直径的频率增加了粒子直径小于代表性粒子直径的粒子的数目。

16、直径列表中的不同直径的数目指定了频率校正对直径列表的重复次数，其中将直径列表中的最大粒子直径选择为第一次频率校正中的代表性粒子直径，并且将直径列表中的最小粒子直径选择为最后一次频率校正中的代表性直径。使用校正迭代步骤中的每一者，校正选定为代表性粒子直径的粒子直径的频率。

17、为了获得可能的最简单校正算法，对于对应于直径列表中的最大直径的代表性直径，可仅确定校正列表一次，此校正列表用于所有的频率校正。校正列表可在工厂中为典型粒子分布确定，并且保存在指派给激光设备的存储器中。在一个替代方案中，可在最大代表性粒子直径的情况下，在校正迭代步骤开始时确定校正列表，并且接着将其保存在用于所有后续校正迭代步骤的存储器中。

18、优选将垂直腔表面发射激光器用作半导体激光器。此类vcsel可用于接收半导体激光器所产生的光反射，其中光反射在半导体激光器内产生自混合干涉，通过评估装置来对自混合干涉进行评估。半导体激光器可因此同时用作传感器。

19、为了能够根据标准化准则来评定粒子流中的粒子分布，评估单元根据颗粒物标准pm1、pm2.5和pm10产生粒子分布的数据集。pm10中的悬浮粒子是具有小于或等于10μm的直径的粒子。pm1(直径<1μm)和pm2.5(直径<2.5μm)包括在pm10中，但可由评估单元在单独的数据集中发出。

20、在一个特定发展中，激光设备可容纳微机械镜，借助微机械镜，通过微机械镜周期性地使激光光偏转，激光设备可测量粒子流的流动速度。因此，可特别准确地确定粒子直径。

21、特别优选的是使用傅里叶算法来进行测量，其中测量持续时间由傅里叶算法的块大小指定。最佳块大小可通过一系列傅里叶算法和逆傅里叶算法来确定。

技术特征：

1.一种用于使用具有发射具有非均匀强度廓线(30)的激光光(16)的至少一个半导体激光器(14)的激光设备(12)来确定粒子流(10)中的粒子分布的方法，所述方法的特征在于

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于测量持续时间和所述粒子(18)的流动速度(11)来确定所述粒子直径。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对<1微米的粒子直径实现所述直径校正。

4.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，通过存储小于来自所述直径列表的代表性粒子直径的所述粒子直径的所述频率分布来创建所述校正列表。

5.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，通过所述校正列表来降低小于所述代表性直径的粒子直径的频率。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过所述校正列表来增加所述代表性直径的所述频率。

7.如权利要求4至6中一项所述的方法，其特征在于，所述直径列表中的不同直径的数目指定对所述直径列表的所述频率校正的重复次数，其中选择最大粒子直径作为第一次频率校正中的代表性直径，并且选择所述直径列表中的最小粒子直径作为最后一次频率校正中的代表性直径。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，仅为对应于所述直径列表中的最大直径的代表性直径确定所述校正列表一次，其中此校正列表用于所有的频率校正。

9.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，所述半导体激光器(14)是垂直腔表面发射激光器。

10.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，所述光反射(20)由所述半导体激光器(14)接收，其中所述光反射(20)在所述半导体激光器(14)内产生自混合干涉，所述自混合干涉由所述评估装置(22)评估。

11.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，将周期性频率调制应用于所述激光光(16)。

12.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，所述粒子流(10)中的pm1、pm2.5和pm10粒子分布的数据集由所述评估单元(22)产生。

13.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，借助指派给所述激光设备(12)的微机械镜通过所述微机械镜使所述激光光(16)周期性地偏转来测量所述粒子流(10)的流动速度(11)。

14.如前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，测量持续时间由傅里叶算法的块大小指定。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，最佳块大小由一系列傅里叶算法和逆傅里叶算法确定。

16.一种具有计算机程序的计算机程序产品，所述计算机程序包括用于进行如前述权利要求中一项所述的方法的指令。

17.一种用于进行如权利要求1至15中一项所述的方法的激光设备(12)。

技术总结
一种用于使用具有发射具有非均匀强度廓线(30)的激光光(16)的半导体激光器(14)的激光设备(12)来确定粒子流(10)中粒子分布的方法，所述方法的特征在于：‑24P8接收所述激光光(16)在粒子流(10)的粒子(18)处产生的光反射(20)，‑连接到激光设备(12)的评估单元(22)在粒子(18)穿透激光光(16)时就基于强度廓线(30)产生的信号强度值的频率分布评估由光反射(20)产生的反射信号，‑处理器单元基于信号强度值来确定各别粒子的粒子直径，‑基于激光设备的敏感度来执行所确定的粒子直径中的至少一些的直径校正，‑创建粒子直径的频率分布的直径列表，‑使用校正列表来执行直径列表的频率校正,‑将所校正的直径列表存储在存储介质上。

技术研发人员：汉斯·斯普里特,奥克·奥韦尔蒂斯,亚历山大·马克·范德李,罗伯特·魏斯
受保护的技术使用者：通快光电器件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5