专利名称：用于校准散射光测量设备的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于校准散射光测量设备的装置和方法，所述散射光测量设备例如用于测量机动车辆废气中的颗粒浓度。
背景技术：
在现有技术中已知使用散射光方法来测量废气和其他胶体中的颗粒的浓度。在此，通常使用强光光源、例如激光器，所述光源将光辐射到测量室中，要测量的胶体被引导通过所述测量室。存在至少一个光传感器，所述光传感器检测已经被存在于胶体中的颗粒散射的光。为了检查这种散射光测量设备的按规定的功能并且校准该设备，需
要在测量室中设定所定义的状态，其中入射光以所定义的和已知的方式被散射。用于官方测量的散射光测量设备涵盖了校正义务，由此还进一步提高了以高可靠性提供精确测量结果的必要性。
发明内容
本发明的任务是，提供一种装置，其使得能够简单、可靠和精确地检查和校准散射光测量设备。该任务通过根据独立权利要求I所述的本发明校准装置、根据独立权利要求6所述的散射光测量设备、以及根据权利要求9所述的本发明方法来解决。根据本发明的用于校准被构造为测量机动车辆废气中的颗粒浓度的散射光测量设备的校准装置具有至少一个散射体。在所述散射体中有一定数目的散射中心，所述散射中心被布置为使得所述散射体在所定义的光照射时输出具有由所述散射体预先给定的强度和分布的散射光图案。利用具有散射中心的这样定义的布置的散射体，可以在测量室中简单和快速地生成所定义的散射光图案。与使用校正气体(Eichgas)或例如具有反射平面的常规校准装置相比，这样的散射体操作起来更简单，能够更好地以可再现的特性和所需的精度来制造。这样的散射体在校准期间还不受到损耗和磨损。本发明还包括一种用于测量机动车辆废气中的颗粒浓度的散射光测量设备，具有散射光测量室、至少一个光源和至少一个散射光传感器，其中所述测量室具有至少一个容纳装置，所述容纳装置被构造为容纳根据本发明的校准装置。这样的散射光测量设备能够特别好地校准，因为校准装置能够特别简单地引入到所述测量室中。本发明还包括一种用于校准散射光测量设备的方法，所述散射光测量设备用于测量机动车辆废气中的颗粒浓度，所述散射光测量设备具有散射光测量室、至少一个光源以及至少一个散射光传感器，其中该方法包括将根据本发明的校准装置引入到所述散射光测量室中的所定义的位置；用来自所述光源的光照射所述校准装置；用光传感器接收被所述校准装置散射的光(散射光)；以及将由所述光传感器输出的信号与预先给定的参考值相比较。
这样的方法使得能够特别简单和可靠地以高精度校准散射光测量设备。尤其是可以放弃使用特殊的校正气体，其中所述校正气体的存放和操作是费事的并且其中颗粒浓度取决于外部参数、例如压力和/或温度。在一个实施方式中，所述散射体具有透明的载体材料，其中散射中心布置在透明的载体材料中。在透明的载体材料中，可以以所定义的结构特别好地布置散射中心，以便在用光照射时生成所定义的散射光图案。所述散射中心例如可以被构造成载体材料内的微晶。在一个实施方式中，所述散射中心具有所定义的大小和/或以所定义的相互距离布置在散射体内。在一个实施方式中，所述散射中心以有序的结构、例如以规则的网格结构布置在散射体内。里面以有序结构布置有散射中心的散射体具有特别良好地定义的散射行为。
在一个实施方式中，所述载体材料包含玻璃陶瓷。玻璃陶瓷是一种特别合适的载体材料，因为其具有高透明度、高强度、以及小的热膨胀。在载体材料的高透明度的情况下，校准也可以在小的光强度下执行。通过高强度和小的热膨胀，避免或至少减少了散射光图案的由于外部影响、尤其是机械影响和/或温度改变造成的强度分布改变，使得校准可以与外部影响无关地始终以闻精度执行。在一个实施方式中，所述散射体在至少一个表面上具有着色层或附加的灰玻璃滤光器。通过布置在表面上的着色层或灰玻璃滤光器，可以按照要求调节散射光的强度。通过使用具有不同着色层或灰玻璃滤光器的不同散射体，可以在不同光强度下执行校准。由此校准可以在大的强度范围上执行，使得测量设备可以在宽的强度范围上以高精度运行。在一个实施方式中，校准装置具有至少用于容纳散射体的保持装置。通过保持装置，可以将散射体特别简单地以及必要时可更换地安装在校准装置处。在一个实施方式中，所述容纳装置被构造为使得当校准装置被容纳在容纳装置中时散射体布置在测量室内的所定义的位置处。通过这样的容纳装置保证了，校准装置在校准期间位于测量室内的所定义位置处并且在由光源照射时生成所定义的散射光分布。校准可以简单地和以高精度进行。校准装置的位置不必在每个校准过程之前费事地调整，并且避免了可能由于错误布置的散射体造成的误差。在一个实施方式中，所述校准装置可以锁定在容纳装置中。通过锁定保证了，校准装置在校准期间保持其定义的位置并且在照射时发出具有所定义的强度分布的散射光。因此，可以可靠地避免由于错误放置的校准装置造成的有误校准。本发明还包括将散射体用于校准散射光测量设备的应用，所述散射体包含具有所定义的大小和所定义的相互距离的一定数目的散射中心，使得散射体在由光源进行所定义的照射时生成具有预先给定的强度和分布的散射光，所述散射光测量设备被构造为测量机动车辆废气或其他胶体中的颗粒浓度。
下面根据附图进一步描述本发明的实施例，在此
图I示意性地示出散射光测量设备的构造；
图2示意性地示出本发明校准装置的构造；图3示意性地示出根据第一实施例的散射体的构造和功能；以及 图4示意性地示出根据第二实施例的散射体的构造和功能；
图5示意性地示出根据第二实施例的变型方案的散射体的构造和功能。
具体实施例方式图I示意性地示出用于测量机动车辆废气或其他胶体中的颗粒浓度的散射光测量设备的构造。这样的散射光测量设备具有散射光测量室12，来自机动车辆的废气经由在图I中未示出的输送管和排出管被引导通过所述散射光测量室12。在此，废气可以通过由机动车辆的发动机产生的压力、即所谓的废气背压被引导通过测量室。可选地，可以附加地设置图I中未示出的泵，以便支持废气流动通过测量室12。
散射光测量设备具有至少一个光源10，所述光源10例如被构造为激光器。光源10在接通状态下生成在测量室12内具有所定义的强度和方向的光束11。此外，在测量室12中设置至少一个、在图I所示的实施例中为两个光传感器8a、8b，所述光传感器检测来自光源10、被引导通过测量室12的废气流中存在的颗粒所散射的光。在图I的示意图中，为更清楚起见，光源10和光传感器8a、8b被示出在测量室12之外，但是它们在实际中至少部分地布置在散射光测量室12之内或紧靠散射光测量室12。光传感器8a、8b优选地被布置为与入射光束11的方向成不同角度,使得该光传感器8a、8b检测以不同角度被散射的散射光20。从散射光传感器8a、8b输出的电信号被输送给一个或多个电子放大器和分析设备14a、14b，所述电子放大器和分析设备14a、14b分析所述信号并且确定和输出被引导通过测量室12的气流中的颗粒的浓度。
为了获得具有例如对应于高法律要求的高精度的测量结果，散射光测量设备必须有规律地被校准。为此，在测量室12中生成散射光，所述散射光对应于预先给定的已知颗粒浓度，并且分析设备14a、14b被调整为使得其输出预先给定的已知颗粒浓度作为测量结果。根据本发明，测量室12具有至少一个容纳装置16以用于容纳根据本发明的校准装置。在所示的实施例中，容纳装置16被构造成开口，通过所述开口可以将根据本发明的如在下面将描述的校准装置引入到测量室12中。如果没有校准装置被引入到测量室12中，则容纳装置16的开口被盖18封闭，以便避免来自环境的颗粒和/或光侵入到测量室12中并且避免由此造成的测量结果不可信。在一个未示出的替代实施例中，校准装置I可以通过图I中未示出的开口——所述开口被设置为输送或排出机动车辆废气——被引入到测量室12中。这是可能的，因为在校准过程期间，没有废气被引导通过测量室12。图2以示意图示出根据本发明的校准装置I的构造。根据本发明的校准装置I具有保持器3，所述保持器3例如被构造为圆柱销或者(板)条并且固定在根据本发明的散射体2处。散射体2例如可以粘接到保持器3上，使得散射体2在保持器3上的位置是固定的。由此保证散射体2在校准期间始终位于所期望的定义的位置处。可替代地，可以在保持器3处设置图2中未示出的保持装置，所述保持装置将散射体2容纳和固定在所定义的位置处。在此，所述保持装置可以被构造为使得散射体2为可更换的。因此，可以使用具有不同散射体2的唯一的保持器3。校准装置I被构造为使得其可以被引入到容纳装置16的在测量室12中所购造的开口中并且可以被锁定在那里。如果校准装置I被引入到测量室12中并且被锁定在那里，则测量体2具有在测量室12内的所定义的位置并且在用来自光源10的光照射时产生所定义的散射光图案。在保持器3处可以设置图2中未示出的密封装置，以便当校准装置I被布置在容纳装置16中时光密地密封容纳装置16的开口。因此防止了，校准由于通过开口 16侵入到测量室12中的环境光而不可信。图3示出根据第一实施例的散射体2的示意图，所述散射体2例如用在根据本发明的校准装置I中。
根据本发明的散射体2具有透明的载体材料4，所述载体材料4优选地是具有特别小的热膨胀的材料、例如玻璃陶瓷材料。在载体材料4中，布置有一定数目的散射中心6，其中散射中心6具有所定义的大小和所定义的相互距离。散射中心6优选地以规则的栅格结构布置在载体材料4内，这在图3中示意性示出。散射中心6可以是在载体材料中构造的微晶。这样构成的散射体2具有所定义的、在长时期上恒定的散射特性，使得其在用来自光源10的光11照射时发出具有由散射体2定义的强度和空间分布的散射光20。由散射体2生成的散射光20落到散射光传感器8a和8b上并且被该散射光传感器8a和8b检测，这在图3中示意性示出。为了执行根据本发明的校准，通过容纳装置16的开口将根据本发明的具有(如在图3中所示的)散射体2的校准装置I置入到测量室12内的所定义位置处。由光源10生成的光11被散射体12以所定义的预先给定的空间强度分布散射，并且所散射的光(散射光)20被散射光传感器8a、8b检测并转换成电信号。电信号被一个或多个分析设备14a、14b换算成颗粒浓度。将由分析设备14a、14b确定的颗粒浓度与被分配给相应散射体2的所定义的颗粒浓度相比较。如果由分析设备14a、14b确定的颗粒浓度偏离于预先给定的被分配给散射体2的颗粒浓度，则分析设备14a、14b被重新调整，直到由分析设备14a、14b确定的颗粒浓度在预先给定的精度内对应于预先给定的被分配给散射体2的颗粒浓度。所计算出的颗粒浓度与预先给定的颗粒浓度的比较以及分析设备14a、14b的调整可以自动地或人工地进行。通过使用其散射行为与具有不同颗粒浓度的废气的散射行为相对应的不同散射体2，可以在不同的工作点简单地执行散射光测量设备的校准。由此，可以在大的测量范围上实现散射光测量设备的精确校准。散射体2的载体材料4有利地具有特别小的热膨胀，使得散射体2的散射行为在大的温度范围中与环境温度无关。于是，校准可以与在使用参考气体的情况下不同地与环境温度无关地以高精度执行。图4示出根据本发明的散射体2a的替代实施例。在该实施例中，散射体2a也具有载体材料4，其中在所述载体材料4中嵌入一定数目的散射中心6。就此而言，散射体2的构造对应于图2所示的第一实施例的构造。根据第二实施例的散射体2a附加地具有至少一个着色层12或附加的灰玻璃滤光器12，所述至少一个着色层12或灰玻璃滤光器12被施加到散射体2a的至少一个表面上，并且通过散射体2a的经镀层的表面或通过灰玻璃滤光器入射到散射体2a中或从其中出射的光被削弱或衰减。在图4所示的实施例中，着色层12或灰玻璃滤光器12被布置为使得从散射体2a中出射的散射光20被削弱。而在散射体2a的来自光源10的光束11入射到散射体2a中所通过的表面上，未设置着色层12以及未设置灰玻璃滤光器12。在图5所示的替代实施例中，着色层5b或灰玻璃滤光器5b还被附加地构造在散射体2a的来自光源10的光束11入射到散射体2a中所通过的表面上。可替代地，着色层5b或灰玻璃滤光器5b也可以仅仅被构造在散射体2a的来自光源10的光束11入射到散射体2a中所通过的表面上。 通过将至少一个着色层5a、5b或灰玻璃滤光器5a、5b施加到散射体2a的至少一个表面上，可以有针对性地削弱从光源10入射到散射体2a中的光11的强度和/或从散射体2a出射的散射光20的强度。例如，如果光源10的强度过大，则可以通过这样的着色层5a、5b或灰玻璃滤光器5a、5b避免对散射光传感器8a、8b和/或分析设备14a、14b的过度散射或损害。也可以有针对性地调节散射光20的不同强度水平，使得校准可以在不同的散射光强度下执行。尤其是可以通过具有着色强度不同的层5a、5b或着色强度不同的灰玻璃滤光器5a、5b的散射体2a来调节百分比不同的散射光强度。 通过在不同散射光强度下执行的校准，散射光测量设备可以在大强度范围中被校准，使得在大强度范围上提供具有特别高精度的测量结果。
权利要求
1.用于校准散射光測量设备的校准装置(1)，所述散射光测量设备被构造为测量机动车辆废气中的颗粒浓度，其中校准装置(I)具有至少ー个散射体(2)，所述散射体(2)具有一定数目的散射中心(6 ),所述散射中心(6 )被布置为使得散射体(2 )在用光(11)照射时发出具有由散射体(2)所定义的强度和分布的散射光(20)。
2.根据权利要求I所述的校准装置(1)，其中散射中心(6)在散射体(2)内具有所定义的大小和/或所定义的相互距离，并且优选地以有序的结构布置在散射体(2)内。
3.根据权利要求I或2所述的校准装置(1)，其中散射体(2)具有透明的载体材料(4)，所述载体材料(4)包含玻璃陶瓷。
4.根据前述权利要求之一所述的校准装置(1)，其中散射体(2)具有至少ー个着色层 (5a ;5b)。
5.根据前述权利要求之一所述的校准装置(1)，其中所述校准装置(I)具有至少ー个用于容纳散射体(2)的保持装置(3)。
6.用于测量机动车辆废气中的颗粒浓度的測量设备，具有散射光測量室(12)、至少ー个光源(10)、以及至少ー个散射光传感器(8a，8b)，其中散射光测量室(12)具有至少ー个容纳装置(16)，所述容纳装置(16)被构造为容纳根据权利要求I至5之一所述的校准装置(I)。
7.根据权利要求6所述的测量设备，其中所述容纳装置(16)被构造为使得当校准装置(I)被布置在容纳装置(16)中时，散射体(2)被布置在測量室(12)内的所定义的位置处。
8.根据权利要求6或7所述的测量设备，其中校准装置(I)能固定在容纳装置(16)中。
9.用于校准散射光測量设备的方法，所述散射光测量设备被构造为测量机动车辆废气中的颗粒浓度并且具有散射光測量室(12)、至少ー个光源(10)和至少ー个散射光传感器(8a，8b)，其中该方法包括将根据权利要求I至5之一所述的校准装置(I)引入到散射光測量室(12)中的所定义位置处；用来自光源(10)的光(11)照射校准装置(I);用至少ー个光传感器(8a，8b)接收被校准装置(I)散射的光(20);以及将从光传感器(8a，8b)输出的信号与预先给定的參考信号相比较。
10.将散射体(2)用于校准散射光测量设备的应用，所述散射体(2)包含一定数目的具有所定义的大小和所定义的相互距离的散射中心(6)，使得散射体(2)在用来自光源(10)的光(11)照射时发出具有预先给定的强度和分布的散射光(20)，所述散射光測量设备被构造为測量机动车辆废气或其他胶体中的颗粒浓度。
全文摘要
根据本发明的用于校准散射光测量设备的校准装置，所述散射光测量设备被构造为测量机动车辆废气中的颗粒浓度，所述校准装置具有至少一个散射体(2)，所述散射体(2)具有一定数目的具有所定义的大小和所定义的相互距离的散射中心(6)。所述散射中心(6)被布置为使得散射体(2)在用光(11)照射时发出具有由散射体(2)预先给定的强度和分布的散射光(20)。
文档编号G01N21/53GK102762974SQ201180011133
公开日2012年10月31日 申请日期2011年1月3日 优先权日2010年2月26日
发明者G.哈加, K.施坦格尔, M.诺伊恩多夫, R.西格 申请人:罗伯特·博世有限公司