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原文传递颗粒物传感器装置

专利名称：	颗粒物传感器装置
摘要：	本申请涉及颗粒物传感器装置，其包括：封围件(21)，其包括流入口(11)、流出口(12)和在流入口(11)与流出口(12)之间延伸的流通道(2)；辐射源，其用于将辐射发射到流通道(2)中以在气溶胶样品的流(20)被导引通过流通道(2)时使辐射与该流(20)中的颗粒物相互作用；辐射检测器(4)，其用于检测所述辐射中的在与颗粒物相互作用之后的至少一部分辐射。传感器装置包括流修正装置(511)，其设置在辐射检测器(4)的上游和/或辐射源(3)的上游用于修正流(20)以降低颗粒物到辐射检测器(4)上的、和/或到辐射源(3)上的、和/或者到位于检测器(4)和/或源(3)附近的通道壁部段上的沉淀。本发明还涉及使用该颗粒物传感器装置来确定气溶胶样品中的颗粒物的参数的方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	瑞士;CH
申请人：	盛思锐股份公司
发明人：	弗兰克·古特莱;乌尔里希·莱登贝里耶;泽利科·姆尔查里察;斯特凡·科斯特纳;斯特凡·蒂勒
专利状态：	有效
申请日期：	2018-03-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201880000211.1
公开号：	CN109791104A
代理机构：	北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：	王艳江;董敏
分类号：	G01N15/14(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	瑞士斯塔法
主权项：	1.一种颗粒物传感器装置(1)，所述颗粒物传感器装置(1)用于检测和/或表征被导引通过所述颗粒物传感器装置(1)的气溶胶样品的流(20)中的颗粒物，所述颗粒物传感器装置(1)包括： -封围件(21)，所述封围件(21)包括流入口(11)和流出口(12)，并且所述封围件(21)设置并构造成限定流通道(2)以用于将所述气溶胶样品的所述流(20)从所述流入口(11)穿过所述颗粒物传感器装置(1)导引至所述流出口(12)； -辐射源(3)，所述辐射源(3)设置并构造成将辐射至少部分地发射到所述流通道(2)中以使所述辐射与所述气溶胶样品的所述流(20)中的所述颗粒物中的至少一些颗粒物相互作用； -辐射检测器(4)，所述辐射检测器(4)设置并配置成检测所述辐射中的在与所述颗粒物相互作用之后的至少一部分辐射；以及 -流修正装置(511、511a、512、513、514；521)，所述流修正装置(511、511a、512、513、514；521)靠近所述辐射检测器(4)的上游和/或所述辐射源(3)的上游设置并且构造成至少局部地修正所述辐射检测器(4)的区域中的、和/或所述辐射源(3)的区域中的、和/或位于所述辐射源(3)和/或所述辐射检测器(4)附近的通道壁的区域中的所述气溶胶样品的流、优选地所述气溶胶样品的流速、所述气溶胶样品的方向和/或气溶胶密度，以降低所述颗粒物到所述辐射检测器(4)上的、和/或到所述辐射源(3)上的和/或到位于所述辐射源(3)和/或所述辐射检测器(4)附近的通道壁部段上的沉淀。 2.根据权利要求1所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述辐射检测器(4)安装在电路板(23)上；其中，所述辐射检测器(4)优选地是表面安装器件型光电二极管；和/或其中，所述封围件(21)优选地设置并构造成用于接纳所述电路板(23)或者与所述电路板(23)连接，所述电路板(23)优选地对所述流通道(2)的一部分限界；和/或其中，所述封围件(21)优选地包括为模制元件的第一封围元件(211)或者由为模制元件的第一封围元件(211)构成，并且其中，所述封围件(21)优选地包括为模制元件的第二封围元件(212)。 3.根据权利要求1或权利要求2所述的颗粒物传感器装置(1)，包括风扇(220)，所述风扇(220)设置并构造成产生和/或控制从所述流入口(11)穿过所述颗粒物传感器装置(1)到所述流出口(12)的所述气溶胶样品的所述流(20)，流速优选地在2米每秒至10米每秒的范围内；和/或包括用于测量流量和/或流速的流量计。 4.根据前述权利要求中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，包括设置并配置成处理所述辐射检测器(4)的输出信号以导出颗粒物数量浓度和/或颗粒物平均质量和/或颗粒物质量浓度的微处理器(6)和/或集成电路(60)；其中，所述微处理器(6)优选地安装在所述电路板(23)上，和/或其中，所述微处理器(6)和/或所述集成电路(60)优选地相应地与所述辐射检测器(4)集成。 5.根据前述权利要求中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述流通道(2)具有下述横截面： -所述横截面沿着所述流通道(2)的长度在面积和/或形状方面基本上恒定；和/或 -所述横截面是大致多边形的、特别地是大致三角形或大致四边形的且所述横截面优选地是基本上直线的；或者所述横截面为圆的、特别地至少部分为圆形或至少部分为椭圆形。 6.根据前述权利要求中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述流修正装置(511、511a、512、513、514；521)包括至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)或由所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)构成，以形成进入所述流通道(2)的或来自所述流通道(2)的至少一个附加流，所述至少一个附加流开口优选地为流入口；其中，所述流通道(2)由第一壁部段(215)、第二壁部段(216)和至少一个第三壁部段(217)径向地限界，其中，所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)设置在: -所述第一壁部段(215)中，以用于将第一附加流引入所述流通道(2)中；和/或 -所述第二壁部段(216)中，以用于将第二附加流引入所述流通道(2)中；和/或 -所述至少一个第三壁部段(217)中的至少一个第三壁部段中，以用于将第三附加流引入所述流通道(2)中；其中，所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)中的至少一个附加流开口具有下述横截面： (i)优选地大致点状横截面，以产生受约束的射流状附加流；或者 (ii)优选地缝隙状截面，以产生片状附加流；其中，优选地，缝隙状的附加流开口(514)相对于所述流通道(2)的横截面沿周向方向且优选地部分地或完全地围绕所述流通道(2)的横截面延伸；其中，优选地，与所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)关联有过滤器(213)，使得所述附加流是经过滤的流；所述过滤器(213)优选地为空气过滤器或路径过滤器；和/或其中，所述附加流开口(511、511a、512、513、514)优选地相应地设置在所述辐射检测器(4)和/或所述辐射源(3)的上游的第一距离(d1、d1a、d2)处，所述第一距离(d1、d1a、d2)小于8毫米、优选地在1毫米至6毫米的范围内。 7.根据权利要求6所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)由从与所述流入口(11)分开的辅助入口(13)吸入所述颗粒物传感器装置(1)中的气体来供给；并且其中，所述颗粒物传感器装置(1)构造成使得穿过所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)的所述至少一个附加流是基于抽吸的。 8.根据权利要求6或7所述的颗粒物传感器装置(1)，还包括：至少一个第一凹部(22)，所述至少一个第一凹部(22)设置在所述流通道(2)中并且构造成用于接纳所述辐射源(3)和/或所述辐射检测器(4)；和/或第二凹部(22a)，所述第二凹部(22a)设置并构造成用于接纳光束止挡件(31)；并且其中，所述至少一个附加流开口中的至少一个附加流开口(513、514)优选地相应地设置在所述第一凹部(22)和/或所述第二凹部(22a)中，使得所述至少一个附加流中的至少一个附加流相应地从所述第一凹部(22)和/或所述第二凹部(22a)进入所述流通道(2)。 9.根据权利要求6至8中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述辐射检测器(4)安装在所述电路板(23)上，所述辐射检测器(4)优选地为表面安装器件型光电二极管；和/或其中，所述颗粒物传感器装置配置成使得至少一个附加流在使用期间经由一个或更多个通孔(231)横穿所述电路板(23)；和/或其中，所述至少一个附加流开口中的至少一个附加流开口(511、511a)设置并构造成形成所述至少一个附加流开口(511、511a)的附加流，使得该附加流包覆所述辐射检测器(4)和/或所述辐射源(3)。 10.根据权利要求6至9中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述至少一个流修正装置(511、511a、512、513、514)构造成用于将所述至少一个附加流引入所述流通道(2)中，使得所述至少一个附加流的量值总计等于或小于通过所述流通道(2)的在所述至少一个流修正装置(511、511a、512、513、514)上游的所述气溶胶样品的所述流(20)的量值的30％。 11.根据权利要求6至9中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述至少一个流修正装置(511、511a、512、513、514)构造成用于将所述至少一个附加流引入所述流通道(2)中使得所述至少一个附加流的量值总计等于或小于通过所述流通道(2)的在所述至少一个流修正装置(511、511a、512、513、514)上游的所述气溶胶样品的所述流(20)的量值的20％。 12.根据前述权利要求中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述流修正装置(511、511a、512、513、514、521)包括或由所述流通道(2)中的收缩部(521)或者所述流通道(2)的所述收缩部(521)构成，所述收缩部(521)构造成将所述气溶胶样品(2)的所述流中的至少一部分流引导远离所述检测器(4)的检测区域(40)和/或远离所述辐射源(3)的发射区域(300)；并且其中，所述收缩部(521)优选地设置并构造成使得所述收缩部(521)的收缩最大部(525)位于所述辐射检测器(4)和/或所述辐射源(3)的上游的第二距离(d3、d4)处，所述第二距离(d3、d4)小于5毫米、优选地小于3毫米。 13.根据权利要求12所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述收缩部(521)将所述流通道(2)收缩成、优选地以连续的方式将所述流通道(2)收缩成使得所述收缩最大部(525)处的收缩的最小净宽度(D1)与平均流通道直径(D0)的比率在0.2至0.95的范围内、优选地在0.3至0.6的范围内，所述收缩的最小净宽度(D1)优选地在1毫米至5毫米的范围内，和/或所述平均流通道直径(D0)优选地在1毫米至15毫米的范围内、优选地在2毫米至8毫米的范围内。 14.根据权利要求12或13所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述收缩部(521)在收缩区域(524)上延伸，并且其中，所述辐射检测器(4)和/或所述辐射源(3)设置在收缩凹部(523)中，所述收缩凹部(523)设置在所述收缩区域(524)中并且径向延伸到所述收缩部(521)中，所述收缩凹部(523)优选地为盲孔和/或所述收缩凹部(523)的直径(DPD)优选地为0.5毫米至5毫米。 15.根据权利要求12至14中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述检测区域(40)与所述收缩最大部(525)之间的所述距离(d3)小于所述收缩部(521)的下游半长度(c0)的三分之二；和/或其中，所述收缩部(521)的每毫米的张角变化量(β)在每毫米1°至每毫米10°的范围内；并且其中，所述收缩部(521)的最大张角(Θmax)优选地在1°至失速角(SA)的范围内，所述失速角(SA)优选地在5°至10°的范围内，其中，所述收缩中央部(525)与所述最大张角(Θmax)的位置之间的距离(L0)优选地是根据以下公式选择的：其中，所述收缩的最小净宽度(D1)优选地是根据以下公式选择的：其中，所述收缩中央部(525)与所述失速角(SA)的位置之间的距离(L1)优选地是根据以下公式选择的：其中，所述收缩中央部(525)与具有直径(DPD)的所述收缩凹部(523)的下游边缘之间的距离(L2)优选地是根据以下公式选择的： DPD＜L2＜L1。 16.根据前述权利要求中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述流修正装置(511、511a、512、513、514、521)包括至少一个收缩部(521)和至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)，所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)优选地包括设置在所述收缩部(521)的收缩最大部(525)的上游或下游的至少一个附加流开口。 17.根据前述权利要求中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述颗粒物传感器装置(1)包括：彼此分开地延伸的至少两个流通道(2)；至少两个辐射源(3)；以及至少两个辐射检测器(4)，其中，在所述至少两个流通道(2)中的每个流通道中均设置有所述至少两个辐射源(3)中的至少一个辐射源和所述至少两个辐射检测器(4)中的至少一个辐射检测器；并且其中，所述封围件(21)优选地设置并构造成接纳所述电路板(23)，且/或其中，所述至少两个辐射检测器(4)优选地安装在同一电路板(23)上。 18.根据前述权利要求中的任一项所述的颗粒物质传感器装置(1)，其中，所述流修正装置(511、511a、512、513、514；521)包括至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)或由至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)构成，以用于形成进入所述流通道(2)的附加流，并且其中，所述颗粒物传感器装置(1)包括用于确定至少一个环境参数的环境传感器(7)，所述环境传感器(7)在所述附加流的流路径中设置在所述附加流开口(511、511a、512、513、514)的上游。 19.一种颗粒物传感器装置(1)，包括：封围件(21)，所述封围件(21)限定流通道(2)；辐射源(3)，所述辐射源(3)用于发射辐射到所述流通道(2)中，以用于使所述辐射与所述流通道(2)中的气溶胶样品中的颗粒物相互作用；辐射检测器(4)，所述辐射检测器(4)用于检测所述辐射中的在与所述颗粒物相互作用之后的至少一部分；至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)，所述至少一个附加流开口(511、511a、512、513、514)用于形成进入所述流通道(2)的附加流；以及环境传感器(7)，所述环境传感器(7)用于确定至少一个环境参数，所述环境传感器(7)在所述附加流的流路径中设置在所述附加流开口(511、511a、512、513、514)的上游。 20.根据权利要求18或19所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述环境传感器(7)配置成确定以下各者中的至少一者：温度；湿度；以及一种或更多种目标气体的浓度，特别是气体混合物的浓度或一种或更多种单一气体的浓度。 21.根据权利要求18至20中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，包括用于过滤所述附加流的过滤器(213)，所述环境传感器(7)在所述附加流的所述流路径中设置在所述过滤器(213)的下游。 22.根据权利要求18至21中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述附加流的所述流路径由所述封围件(21)限界。 23.根据权利要求22所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述封围件(21)限定进入所述流通道(2)的主要流入口(11)和用于接收将形成所述附加流的气体的辅助流入口(13)，所述辅助流入口(13)与所述主要流入口(11)是分开的。 24.根据权利要求23所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述颗粒物传感器装置(1)构造成在所述辅助流入口(13)处产生负压。 25.根据权利要求18至24中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述辐射检测器(4)在所述附加流的流路径中设置在所述环境传感器(7)的下游。 26.根据权利要求18至25中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述辐射检测器(4)和所述环境传感器(7)安装在共同的电路板(23)上，所述辐射检测器(4)优选地是表面安装型光电检测器。 27.根据权利要求26所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述电路板(23)包括允许所述附加流穿过所述电路板(23)的一个或更多个通孔(231)。 28.根据权利要求26或27所述的颗粒物传感器装置(1)，其中，所述辐射检测器(4)和所述环境传感器(7)设置在所述电路板(23)的相反侧。 29.根据权利要求18至28中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)，包括补偿装置(72)，所述补偿装置(72)配置成对所述环境传感器(7)进行读取并且导出输出参数，所述输出参数指示所述附加流中的气体在所述气体进入所述颗粒物传感器装置(1)之前的特性。 30.一种用于检测和/或表征气溶胶样品的流(20)中的颗粒物的方法，所述方法包括下述步骤： -将所述气溶胶样品的所述流(20)导引通过优选地根据权利要求1至16中的任一项所述的颗粒物传感器装置(1)的流通道(2)； -从辐射源(3)发射辐射到所述流通道(2)中，以与所述气溶胶样品的所述流(20)中的所述颗粒物相互作用； -借助于辐射检测器(4)检测所述辐射中的在与所述颗粒物相互作用之后的至少一部分辐射；以及 -借助于靠近所述辐射检测器(4)的上游和/或所述辐射源(3)的上游和/或位于所述辐射源(3)和/或所述辐射检测器(4)附近的通道壁的上游设置的流修正装置(511、511a、512、513、514、521)至少局部地修正所述辐射检测器(4)和/或所述辐射源(3)的区域中的所述气溶胶样品的所述流、优选地所述气溶胶样品的速度、方向和/或气溶胶密度，以相应地降低所述颗粒物到所述辐射检测器(4)上的、和/或到所述辐射源(3)上的、和/或到位于所述辐射检测器(4)和/或所述辐射源(3)附近的通道壁部段上的沉淀。
所属类别：	发明专利