专利名称：散射光测量方法
散射光测量方法本发明涉及用于确定在气体中、尤其在内燃机尾气中与微粒有关的至少ー个參数的散射光測量方法以及用于实施本发明方法的装置。
现有技术为了测量在尾气和其他胶体中与微粒有关的參数，比如微粒质量浓度(质量/体积)，通常采用散射光方法。在此把ー个光束照射到包含微粒的气体中。作为光源通常采用激光。由微粒所散射的光(散射光)由至少两个传感器来探測和分析，其中这两个传感器关于所入射光束的方向以不同的角度来设置。散射光的強度并从而由传感器所发送信号的大小除了与要测量的微粒质量浓度有关之外，还与微粒的平均大小有关。从而在微粒大小未知的情况下，不能単独由散射光信号来确定微粒质量浓度。本发明的公开
本发明的任务是提供一种散射光方法，即使微粒大小是未知的，该方法也可以精确确定在气体中与微粒有关的參数，比如微粒质量浓度。该任务通过根据独立权利要求1所述的ー种散射光方法以及根据独立权利要求7所述的用于对含微粒气体进行散射光测量的ー种装置而得到解決。从属权利要求描述了本发明方法以及本发明装置的有利扩展。在根据本发明的用于测量和确定含微粒(尾气)气体的与微粒有关的參数的散射光方法中，要测量的含微粒气体被导入测量室中。光束被照射到该测量室中，该光束由该气体中所包含的微粒被散射。由微粒所散射的光线(散射光)由至少两个散射光传感器来接收，并且该散射光传感器输出电气散射光传感器信号，该信号分别是由相应散射光传感器所接收的散射光強度的函数。从至少两个散射光传感器的散射光信号中利用在现有技术中所公开的方法来确定平均微粒大小。在知道如此所确定的平均微粒大小的情况下，可以由散射光传感器信号来确定在測量室中与微粒有关的其他參数比如微粒质量浓度和/或该含微粒气体的吸收系数。利用本发明的方法，即使平均微粒大小在测量前是未知的，也可以以高的精确度来确定与微粒有关的參数、尤其微粒质量浓度以及可与浊度计兼容的吸收系数。根据本发明的方法可以简单并以微小的耗费来实施，因为可以采用常规的散射光測量设备，而不需要进行机械增配或改造。该散射光传感器优选地关于照射到測量室中光束的入射方向而以不同角度来设置，使得其分别探测由气体中所包含微粒以不同方向所散射的散射光。在一个实施方式中，该平均微粒大小是至少两个散射光传感器信号的一个多项式函数。由至少两个散射光传感器信号来确定微粒大小在现有技术中是已知的，井比如在US2009/079981 A 和 GB 2 226 880 A 中已进行了 阐述。在一个实施方式中，要确定的微粒參数是散射光传感器信号以及之前所确定的特征曲线斜率的多项式函数。
该多项式函数的系数可以通过理论考虑或通过相应多项式函数与实验结果的匹配(配合)来确定。多项式函数可以简单地来处理，并实现了所期望參数的快速而精确的计算。该方法的精确度尤其可以通过选择多项式的级而按照需要来选择。多项式函数可以利用已知的自适应算法而良好地与实验结果相匹配。本发明还包括用于散射光測量含微粒气体的装置，其具有測量室，该测量室构造用于容纳要测量的含微粒气体；并具有光源，该光源在运行中把光束照射到该测量室中；并具有至少两个散射光传感器，该散射光传感器如此设置在该测量室中，使得其以不同的角度来探测气体中所含微粒所散射的光线(散射光)；并具有分析装置，该分析装置构造用于实施本发明的方法以测量气体中的微粒參数。在一个实施方式中，该光源是单色光源，尤其激光光源。该散射光方法利用単色光源可以尤其有效并以高的精确度来实施。激光光源尤其适于提供高质量的単色光线。本发明的一个实施例在下文中借助附图来进行阐述。其中
图1示出了根据本发明的用于散射光测量的装置的示意构造；
图2示出了ー个图，其描述了散射光传感器信号与平均微粒大小和微粒质量浓度的相关性；以及
图3示出了根据本发明的散射光測量方法的示意流程图。如在图1中所示，根据本发明的用于散射光测量的装置具有測量室2，该测量室构造有至少ー个入口 8和至少ー个出口 9。通过该入口 8和该出口 9，在运行中要测量的气体或另ー胶体穿过该测量室2。在该测量室2之上或之中设置了光源4，其比如作为激光光源4来构造。在运行中该光源4把光束6照射到该测量室2中。附加地，在该测量室2中还设置有至少两个散射光传感器12a、12b。该散射光传感器12a、12b与设置在该测量室2外部的分析单兀10相电连接，以把散射光传感器信号传输到该分析単元10，其中散射光传感器信号分别是由相应散射光传感器12a、12b所接收的散射光7的函数。在运行中，由光源4照射到该测量室2中的光线6由导入到该测量室2中的气体中所含微粒14被散射。被散射的光线(散射光)7由该散射光传感器12a、12b来检测，并且相应的散射光传感器信号由该散射光传感器12a、12b输出到该分析单兀10。图2示出了ー个图，其作为在测量室2中微粒质量浓度c和平均微粒大小d的函数示出了由该散射光传感器12a、12b之一所输出的散射光传感器信号的电压U的相关性。在图2中针对不同的平均微粒大小d作为在测量室2中微粒质量浓度c (X轴)的函数而尤其记录了由散射光传感器12a、12b所输出的散射光传感器信号的电压U (y轴)。不同的平均微粒大小d在此通过測量点的不同符号来表示。在图2中所示的图表明，在该微粒质量浓度c与该散射光传感器信号U之间的关系与平均微粒大小d高度量相关。如果平均微粒大小d是未知的，那么尤其不能由散射光传感器信号U来推断微粒质量浓度C，因为在这种情况下不知道采用在图2中所示的哪个特征曲线(直线)来进行分析。图3示出了本发明方法的示意流程图。
如前所述，由光源4把光束6照射到測量室2中，在该测量室中具有要测量的气体。由要测量的气体中所含的微粒14散射的光线7被两个散射光传感器12a、12b来检测。散射光传感器12a、12b输出散射光传感器信号UpU2,其中所述信号是由相应散射光传感器12a、12b所接收的散射光7的函数。在ー个第一步骤16中，由两个散射光传感器12a、12b的散射光传感器信号U1' U2来计算在该测量室2内气体中所包含微粒14的平均微粒大小d。如前所述，由至少两个散射光传感器信号U1. U2来计算未知微粒分布的平均微粒大小d在当前技术中是已知的。如果平均微粒大小d是已知的，那么就可以由已知的、在分析单元中所存储的特征曲线组(比如见图2)来选择分配给相应平均微粒大小d的特征曲线，并在步骤15中借助特征曲线由该散射光传感器信号UpU2来计算在该测量室2中的平均微粒质量浓度C，或计算与微粒14有关的其他參数17、18、19比如吸 收系数。在一个实施例中，在步骤15中要确定的參数17、18、19作为传感器光信号UpU2以及与平均微粒大小d有关的特征曲线斜率m=g(d)的函数hn来表示
An=hn(Ul，U2，m)。该函数g(d)、也即特征曲线斜率可以表示为平均微粒大小d的函数，hn(Ul，U2，m)可以表示为多项式函数，其中多项式系数比如可以通过相应多项式函数与实验测量结果的匹配(配合)来确定。代替地，该函数g和hn也可以根据理论考虑来设定。即使平均微粒大小d在測量前是未知的，那么利用本发明的方法和本发明的装置也可以可靠地确定微粒质量浓度c和/或与气体中微粒14有关的其他參数17、18、19。
权利要求
1.用于确定含微粒气体、尤其内燃机含微粒尾气的与微粒有关的至少一个参数(17、18,19)的散射光方法，具有以下的步骤 a)把含微粒气体导入测量室(2)中； b)把光束(6)照射到该测量室(2)中； c)利用至少两个散射光传感器(12a、12b)来接收在气体中所含微粒(16)上所散射的散射光(7)，其中散射光传感器(12a、12b)生成散射光传感器信号(Ul、U2)，散射光传感器信号分别是由相应散射光传感器(12a、12b)所接收的散射光(7)的函数； d)由至少两个散射光传感器(12&、1210的散射光传感器信号(仍、似)来确定平均微粒大小(d)，以及 e)由之前所确定的平均微粒大小(d)和散射光传感器信号(Ul、U2)来确定至少另一微粒参数(17、18、19)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中散射光传感器(12a、12b)被构造和/或设置为，使得其探测散射光(7)，其中该散射光关于入射的光束(6)以不同的角度被散射。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中要确定的微粒参数(19)是在测量室(2)内气体中微粒(14)的质量浓度(c)或者是含微粒气体的光学吸收系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该平均微粒大小(d)作为所述散射光传感器信号(U1、U2)的多项式函数来表示。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中该传感器信号(U1、U2)的特征曲线的斜率Cm)作为微粒质量浓度(c)的函数作为平均微粒大小(d)的多项式函数来表示。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中要确定的微粒参数(17、18、19)作为散射光传感器信号(U1、U2)以及与该平均微粒大小(d)有关的特征曲线斜率(m)的多项式函数(h)来表示。
7.用于确定含微粒气体、尤其内燃机含微粒尾气的与微粒有关的至少一个参数的装置，具有 测量室(2)，其构造用于容纳要测量的含微粒气体； 光源(4)，其构造用于在运行中把光束(6)照射到该测量室(2)中； 至少两个散射光传感器(12a、12b)，其被设置在该测量室(2)中，使得其在运行中探测由气体中所含微粒(14)散射的散射光(7);以及 分析装置(10)，其与该散射光传感器(12a、12b)相连以进行数据传输，并构造用于按照权利要求1至6之一所请求的方法来确定平均微粒大小(d)和至少另一与微粒有关的参数(17、18、19)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述散射光传感器(12a、12b)关于该光束(6)的入射方向而以至少两个不同的角度设置在该测量室(2)中。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中该光源(4)是单色光源。
10.根据权利要求7至9之一所述的装置，其中该光源(4)是激光光源。
全文摘要
根据本发明的用于测量气体的与微粒有关的参数(17、18、19)、尤其内燃机尾气或其他胶体的与微粒有关的参数(17、18、19)的散射光方法，其具有以下的步骤把含微粒气体导入测量室(2)中；把光束(6)照射到该测量室(2)中；利用至少两个散射光传感器(12a、12b)来接收在微粒(14)上所散射的光线(7)，其中该散射光传感器(12a、12b)生成散射光传感器信号(U1、U2)，该散射光传感器信号分别是由相应散射光传感器(12a、12b)所接收的光线(7)的函数；由至少两个散射光传感器(12a、12b)的散射光传感器信号(U1、U2)来确定平均微粒大小(d)，以及由之前所确定的平均微粒大小(d)和散射光传感器信号(U1、U2)来确定至少另一微粒参数(17、18、19)。
文档编号G01N15/06GK103026201SQ201180037983
公开日2013年4月3日 申请日期2011年7月18日 优先权日2010年8月4日
发明者K.施滕格尔, G.哈加, M.诺伊恩多夫, R.西格 申请人:罗伯特·博世有限公司