[发明专利]用于机动车的光学烟灰颗粒传感器

说明书

提出一种烟灰颗粒传感器(16)，所述烟灰颗粒传感器具有激光器模块(18)和探测器(26)，所述激光器模块具有激光器，所述探测器设置用于探测热辐射(14)。所述烟灰颗粒传感器(16)的特征在于，所述激光器设置用于产生激光(10)，并且所述烟灰颗粒传感器(16)具有布置在所述激光器模块(18)的激光器的光路中的光学元件(20)，所述光学元件设置用于将从所述激光器模块(18)发出的激光(10)聚束成光斑(22)，并且所述探测器(26)如此布置在所述烟灰颗粒传感器(16)中，使得所述探测器探测到从所述光斑(22)发出的辐射(14)。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的烟灰颗粒传感器。这样的烟灰颗粒传感器包括具有激光器的激光器模块和设置用于探测热辐射的探测器。

背景技术

以现代的柴油发动机驱动的机动车装配有柴油颗粒过滤器。这些颗粒过滤器的功能能力必须相应于法律规定地借助车载诊断工具来监测。在此，例如对于机动车使用由申请人制造和销售的具有电阻的传感器。这些已知传感器的功能方式基于在两个叉指电极之间的能导电的烟灰路径的形成。在这些传感器的情况下，在施加电压后电流的上升时间是烟灰浓度的度量。在此，测量质量浓度(mg/m³废气或mg/km行驶段)。在这种传感器方案的情况下，出于多种原因很难或甚至不可能计算出浓度数(每立方米废气或每公里行驶段的颗粒数)。已知的传感器周期性地再生，其方式是，通过集成的加热元件将传感器加热到至少700℃，由此将烟灰沉积物燃烧掉。

在涉及细颗粒对健康影响的科学场景中，一直以来在讨论颗粒总质量的大小(以mg/m³或mg/km说明)或颗粒数n(n/m³或n/km)在损害健康方面的临界大小是多少。在此应注意，小的烟灰颗粒——其由于其非常小的质量(m～r³)而仅仅占总质量的一小部分——恰好是特别危险的。这是由于其小尺寸引起的能够进入人体的大的“侵入深度”。因此可以预见，用于在测量技术检测的车载诊断装置的立法也规定颗粒数，只要在市场上存在相应的(从于性能和价格出发可接受的)解决方案。

激光诱导白炽(LII)的原理长久以来已经已知用于探测(空气中的)纳米颗粒，并且例如也密集地用于表征实验室中的“以玻璃制成的”发动机的燃烧过程或表征实验室环境中的废气。在此，借助高功率激光器的纳秒脉冲将烟灰颗粒加热到几千摄氏度，从而所述烟灰颗粒明显地发射热辐射。烟灰颗粒的这种热诱导光发射借助光探测器来测量。所述方法允许探测具有最小直至数十纳秒的尺寸的直径的非常小的烟灰颗粒。这种激光诱导白炽形成权利要求1的前序部分。

发明内容

本发明与以高功率纳秒激光器工作的现有技术的区别在于，烟灰颗粒传感器具有布置在激光器模块的激光器的光路中的光学元件，所述光学元件设置用于将从激光器模块发出的激光聚焦成光斑，并且探测器如此布置在烟灰颗粒传感器中，使得所述探测器探测到从所述光斑发出的辐射。辐射可以是热辐射或者也可以是通过化学反应——例如在光斑中发生的烟灰氧化——释放的辐射。

与已知的传感器相反，根据本发明的传感器也适合用作机动车中的车载诊断传感器。在此，根据本发明的烟灰颗粒传感器同样使用激光诱导白炽的原理。

一种优选的构型的特征在于，所述激光器模块设置用于产生平行的激光，并且所述光学元件设置用于将从所述激光器模块发出的平行的激光聚束成所述光斑。

在一种优选的构型中，所述激光器是有利的CW激光器(连续波激光器)，例如二极管激光器。在现有技术中使用价格高的Q开关的(gütegeschaltet)固态激光器用于LII实验。在此，CW激光器的通常较低的功率可以通过激光的强聚焦来补偿。