DE102011079816A1

DE102011079816A1 - Scattered light measuring device for measuring particle concentration in exhaust gases of internal combustion engine, has measuring chamber including reflecting surfaces that reflect irradiated light beam

Info

Publication number: DE102011079816A1
Application number: DE201110079816
Authority: DE
Inventors: Karl Stengel; Andrea Matteucci; Gerhard Haaga; Michael Neuendorf; Raymond Sieg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-01-31
Also published as: ITMI20121288A1

Abstract

The device has a light source (2) i.e. laser light source, irradiating a light beam (4) into a polyhedral measuring chamber (6) e.g. cylinder or polyhedron. A light sensor (10) measures intensity of light emerged from the measuring chamber. An evaluation unit (12) determines particle concentration in an aerosol from the intensity measured of the light sensor. The measuring chamber includes reflecting surfaces that reflect the irradiated light beam, where the reflecting surfaces are arranged in the form of polygon with eight sides, ellipse or circle. An independent claim is also included for a method for measuring particle concentration in an aerosol.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Partikelkonzentrationen in Aerosolen, insbesondere in den Abgasen eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a device and a method for measuring particle concentrations in aerosols, in particular in the exhaust gases of an internal combustion engine.

Stand der Technik:State of the art:

Zur Bestimmung der Konzentration von Partikeln in Abgasen und anderen Aerosolen werden sogenannte Opazimeter eingesetzt. Diese beruhen auf dem Lambert-Beerschen Gesetz, indem sie die Abschwächung eines Lichtstrahls in dem untersuchten Medium erfassen und auswerten.To determine the concentration of particles in exhaust gases and other aerosols so-called opacimeters are used. These are based on the Lambert-Beer law by detecting and evaluating the attenuation of a light beam in the medium under investigation.

Üblich sind dabei Anordnungen, bei denen auf einer Seite einer geraden Messkammer eine Lichtquelle und auf der gegenüberliegenden Seite ein Lichtsensor angeordnet sind.Common are arrangements in which on one side of a straight measuring chamber, a light source and on the opposite side, a light sensor are arranged.

Ebenso sind Messanordnungen bekannt, bei denen zur Erhöhung der effektiven optischen Weglänge Spiegelsysteme verwendet werden. Ein Messstrahl durchläuft dabei mehrfach eine lineare Messstrecke.Likewise, measuring arrangements are known in which mirror systems are used to increase the effective optical path length. A measuring beam passes several times a linear measuring section.

Zur Messung sehr geringer Partikelkonzentrationen, wie sie den aktuellen und zukünftigen Abgasnormen für Kraftfahrzeuge entsprechen, sind längere Messstrecken erforderlich.To measure very low particle concentrations, which correspond to the current and future emission standards for motor vehicles, longer measuring distances are required.

Eine Verlängerung der Messstrecke durch Vergrößern der Länge der Messkammer hat zur Folge, dass die Messgeräte groß und unhandlich werden.An extension of the measuring section by increasing the length of the measuring chamber has the consequence that the measuring devices become large and unwieldy.

Offenbarung der Erfindung:Disclosure of the invention:

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die bei geringer Baugröße der Messvorrichtung eine große optische Wegstrecke und damit eine hohe Sensibilität auch bei geringen Partikelkonzentrationen realisiert.It is an object of the invention to provide a measuring device and a method which, with a small size of the measuring device, realizes a large optical path and thus high sensitivity even at low particle concentrations.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach dem unabhängigen Patentanspruch 10 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 1 bis 9 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The object is achieved by a device according to independent claim 1 and a method according to independent claim 10. The dependent claims 1 to 9 describe advantageous embodiments of a device according to the invention.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Partikelkonzentration in einem Aerosol hat eine Messkammer, in die das zu messende Aerosol einbringbar ist; eine Lichtquelle, die zum Einstrahlen eines Lichtstrahls in die Messkammer ausgebildet ist; wenigstens einen Lichtsensor, der zur Messung der Intensität von aus der Messkammer austretendem Licht ausgebildet ist; und eine Auswerteeinheit, die zur Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Aerosol aus der von dem Lichtsensor gemessenen Intensität ausgebildet ist. Die Messkammer weist Reflexionsflächen auf, die ausgebildet sind, um den in die Messkammer eingestrahlten Lichtstrahl zu reflektieren. Die Reflexionsflächen sind in der Form eines Polygons, einer Ellipse oder eines Kreises angeordnet, so dass der Lichtstrahl innerhalb der Messkammer mehrfach an den Reflexionsflächen reflektiert wird und so eine Weglänge in der Messkammer zurücklegt, die größer als der Durchmesser der Messkammer ist.An apparatus according to the invention for measuring the particle concentration in an aerosol has a measuring chamber, into which the aerosol to be measured can be introduced; a light source adapted to irradiate a light beam into the measuring chamber; at least one light sensor adapted to measure the intensity of light exiting the measuring chamber; and an evaluation unit, which is designed to determine the particle concentration in the aerosol from the intensity measured by the light sensor. The measuring chamber has reflecting surfaces, which are designed to reflect the light beam irradiated into the measuring chamber. The reflection surfaces are arranged in the shape of a polygon, an ellipse or a circle, so that the light beam within the measuring chamber is reflected several times on the reflection surfaces and thus covers a path length in the measuring chamber which is greater than the diameter of the measuring chamber.

Kreisförmig angeordnete Reflexionsflächen lassen sich besonders einfach in Form eines Zylinders realisieren. In der Form eines Polygons angeordnete Reflexionsflächen ermöglichen es, den Reflexionswinkel gezielt auf einen gewünschten Wert einzustellen.Circularly arranged reflection surfaces can be realized particularly easily in the form of a cylinder. Reflecting surfaces arranged in the shape of a polygon make it possible to set the reflection angle specifically to a desired value.

Ein Verfahren zum Messen der Partikelkonzentration in einem Aerosol schließt ein, einen Lichtstrahl in eine das Aerosol enthaltende Messkammer einzustrahlen und die Partikelkonzentration aus der Intensität von Licht, das aus der Messkammer austritt, zu bestimmen. Dabei wird der Lichtstrahl innerhalb der Messkammer an Reflexionsflächen reflektiert, die in Form eines Polygons oder in Form einer Ellipse bzw. eines Kreises angeordnet sind.A method for measuring particle concentration in an aerosol includes radiating a light beam into a measurement chamber containing the aerosol and determining the particle concentration from the intensity of light exiting the measurement chamber. In this case, the light beam is reflected within the measuring chamber at reflecting surfaces, which are arranged in the form of a polygon or in the form of an ellipse or a circle.

Dadurch, dass der Lichtstrahl erfindungsgemäß innerhalb der Messkammer mehrfach an Reflexionsflächen reflektiert wird, die in der Form eines Polygons, einer Ellipse oder eines Kreises angeordnet sind, kann trotz einer kleinen Baugröße der Messkammer eine große optische Weglänge des Lichtstrahls innerhalb der Messkammer realisiert werden. Auf diese Weise kann eine Messvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die trotz geringer Baugröße eine hohe Sensibilität aufweist und daher insbesondere auch zur Messung kleiner Partikelkonzentrationen geeignet ist.Due to the fact that the light beam according to the invention is repeatedly reflected within the measuring chamber on reflecting surfaces which are arranged in the shape of a polygon, an ellipse or a circle, a large optical path length of the light beam within the measuring chamber can be realized despite a small size of the measuring chamber. In this way, a measuring device can be made available, which has a high sensitivity despite its small size and is therefore particularly suitable for measuring small particle concentrations.

In einer Ausführungsform sind die Reflexionsflächen in der Form eines Polygons angeordnet, das mindestens fünf, vorzugsweise acht Seiten aufweist. Durch ein Polygon mit fünf oder mehr Seiten kann bei geringer Baugröße der Messkammer eine besonders lange optische Weglänge innerhalb der Messkammer realisiert werden.In one embodiment, the reflective surfaces are arranged in the shape of a polygon having at least five, preferably eight sides. By a polygon with five or more sides can be realized with a small size of the measuring chamber a particularly long optical path length within the measuring chamber.

In einer Ausführungsform weist das Polygon n Seiten auf und der Lichtstrahl wird innerhalb der Messkammer 2n-mal reflektiert, um eine besonders effektive Nutzung der Messkammer zu ermöglichen.In one embodiment, the polygon has n sides and the light beam is reflected twice within the measuring chamber 2 to allow a particularly effective use of the measuring chamber.

In einer Ausführungsform ist zusätzlich im Zentrum des Polygons oder Kreises ein Reflexionselement mit einem polygonen oder kreisförmigen, reflektierenden Umfang ausgebildet ist. Durch ein derartiges Reflexionselement werden zusätzliche Reflexionsflächen geschaffen, die den optischen Weg des eingestrahlten Lichtstrahles in der Messkammer weiter vergrößern.In one embodiment, additionally in the center of the polygon or circle is a reflection element with a polygonal or circular, reflective scope is formed. By such a reflection element additional reflection surfaces are created, which further increase the optical path of the incident light beam in the measuring chamber.

In einer Ausführungsform verlaufen die reflektierten Lichtstrahlen innerhalb der Messkammer in einer gemeinsamen Ebene. Eine Anordnung, bei der die Lichtstrahlen in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, ist besonders einfach und kostengünstig realisierbar, da die Reflektoren einfach auszurichten sind.In one embodiment, the reflected light rays within the measuring chamber extend in a common plane. An arrangement in which the light beams run in a common plane, is particularly simple and inexpensive to implement, since the reflectors are easy to align.

In einer Ausführungsform ist die Messkammer als Zylinder oder als mehrseitiges Polyeder so ausgebildet, dass der Lichtstahl durch die Reflexionsflächen auch in Richtung der Längsachse des Zylinders bzw. Polyeders umgelenkt wird. Die optische Wegstrecke des Lichtstrahls in der Messkammer kann so durch Ausnutzen der Längserstreckung der Messkammer noch weiter vergrößert werden.In one embodiment, the measuring chamber is designed as a cylinder or as a multi-sided polyhedron so that the light beam is deflected by the reflection surfaces in the direction of the longitudinal axis of the cylinder or polyhedron. The optical path of the light beam in the measuring chamber can be further increased by exploiting the longitudinal extent of the measuring chamber.

In einer Ausführungsform wird der Lichtstrahl im Wesentlichen schraubenartig um die Achse des Zylinders bzw. Polyeders reflektiert. Durch einen schraubenförmigen Verlauf des reflektierten Lichtstrahls kann eine besonders lange Wegstrecke des Lichtstrahls in der Messkammer realisiert werden.In one embodiment, the light beam is substantially helically reflected about the axis of the cylinder or polyhedron. By a helical course of the reflected light beam, a particularly long distance of the light beam in the measuring chamber can be realized.

In einer Ausführungsform sind die Wände der Messkammer auf den Innenseiten Licht reflektierend ausgebildet. Licht reflektierend ausgebildete Wände stellen eine besonders einfach und kostengünstig zu realisierende Messkammer zur Verfügung.In one embodiment, the walls of the measuring chamber are designed to reflect light on the inner sides. Light reflective trained walls provide a particularly simple and inexpensive to be realized measuring chamber.

In einer Ausführungsform sind auf der Innenseite der Wände der Messkammer Reflektoren angeordnet. Durch auf den Wänden der Messkammer angebrachte Reflektoren kann der Lichtstrahl in der Messkammer besonders effektiv reflektiert werden. Durch eine geeignete Ausrichtung der Reflektoren kann eine beliebige Ablenkung des Lichtstrahls realisiert werden; insbesondere kann der Lichtstrahl auch in Richtung der Längserstreckung der Messkammer abgelenkt werden.In one embodiment, reflectors are arranged on the inside of the walls of the measuring chamber. By mounted on the walls of the measuring chamber reflectors, the light beam in the measuring chamber can be reflected particularly effective. By suitable alignment of the reflectors, any deflection of the light beam can be realized; In particular, the light beam can also be deflected in the direction of the longitudinal extension of the measuring chamber.

In einer Ausführungsform weist die Messvorrichtung einen Sensor auf, der den aus der Messkammer austretenden Lichtstrahl erfasst. Durch die Auswertung der Intensität des aus der Messkammer austretenden Lichtstrahls, dessen Intensität durch die Streuung an in der Messkammer vorhandenen Partikeln geschwächt ist, kann die Partikelkonzentration in der Messkammer bestimmt werden.In one embodiment, the measuring device has a sensor which detects the light beam emerging from the measuring chamber. By evaluating the intensity of the light beam emerging from the measuring chamber, the intensity of which is weakened by the scattering of particles present in the measuring chamber, the particle concentration in the measuring chamber can be determined.

In einer Ausführungsform ist eine Streulichtoptik vorgesehen, die ausgebildet ist, um von den Partikeln in der Messkammer gestreutes Licht (Streulicht) zu erfassen und auf einen Sensor zu leiten. Die Auswertung des von den Partikeln in der Messkammer gestreuten Lichts stellt eine alternative oder ergänzende Möglichkeit zur Messung der Partikelkonzentration in der Messkammer zur Verfügung.In one embodiment, a scattered light optical system is provided, which is designed to detect light scattered by the particles in the measuring chamber (scattered light) and to guide it to a sensor. The evaluation of the light scattered by the particles in the measuring chamber provides an alternative or supplementary possibility for measuring the particle concentration in the measuring chamber.

Die Messung der Intensität des aus der Messkammer austretenden, durch die Partikel geschwächten Lichtstrahls, kann auch mit der Messung des aus der Messkammer austretenden Streulichts kombiniert werden, um eine Plausibilitätskontrolle durchzuführen und/oder die Messgenauigkeit zu erhöhen.The measurement of the intensity of the light beam emerging from the measurement chamber and weakened by the particle can also be combined with the measurement of the scattered light emerging from the measurement chamber in order to carry out a plausibility check and / or to increase the measurement accuracy.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Showing:

1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Streulichtmessgeräts; 1 a schematic view of a first embodiment of a scattered light measuring device according to the invention;

2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Streulichtmessgeräts; 2 a schematic view of a second embodiment of a scattered light measuring device according to the invention;

3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Messkammer; und 3 a perspective view of a measuring chamber according to the invention; and

4 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Streulichtmessgeräts. 4 a schematic view of a third embodiment of a scattered light measuring device according to the invention.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Streulichtmessgeräts. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a scattered light measuring device according to the invention.

Das Streulichtmessgerät weist eine Lichtquelle 2 auf, die beispielsweise als Laserlichtquelle ausgebildet ist und im Betrieb einen für die Messung verwendeten Lichtstrahl 4 erzeugt.The scattered light meter has a light source 2 on, which is formed for example as a laser light source and in operation a light beam used for the measurement 4 generated.

Der von der Lichtquelle 2 erzeugte Lichtstrahl 4 wird durch eine Eintrittsöffnung 7 in eine Messkammer 6 eingestrahlt, die in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Querschnitt in der Form eines achteckigen Polygons hat und deren acht Wände 8 jeweils Licht reflektierend ausgebildet sind. Der in die Messkammer 6 eingestrahlte Lichtstrahl 4 wird daher mehrfach an den Wänden 8 der Messkammer 6 reflektiert und durchläuft mehrfach das Volumen der Messkammer 6, bevor er durch eine in einer der Wände 8 der Messkammer 6 ausgebildete Austrittsöffnung 9 wieder aus der Messkammer 6 austritt.The one from the light source 2 generated light beam 4 is through an entrance opening 7 in a measuring chamber 6 irradiated in the in the 1 shown embodiment has a cross section in the shape of an octagonal polygon and their eight walls 8th each light is formed reflecting. The in the measuring chamber 6 irradiated light beam 4 will therefore be repeated on the walls 8th the measuring chamber 6 reflects and repeatedly passes through the volume of the measuring chamber 6 before going through one in one of the walls 8th the measuring chamber 6 trained outlet opening 9 again from the measuring chamber 6 exit.

Das zu messende Aerosol wird über in der 1 nicht gezeigte Leitungen in die Messkammer 6 eingebracht, so dass der Lichtstrahl 4 auf seinem Weg durch das Volumen der Messkammer 6 an den in dem Aerosol enthaltenen Partikeln gestreut und abgeschwächt wird. Die Intensität des aus der Messkammer 6 austretenden Lichtstrahls 5 ist daher in Abhängigkeit von der Partikelkonzentration im Aerosol gegenüber der Intensität des einfallenden Lichtstrahls 4 reduziert. Insbesondere ist die Intensität des austretenden Lichtstrahls 5 eine Funktion der Partikelkonzentration im Aerosol. Der austretende Lichtstrahl 5 wird auf einen Sensor 10 geführt, der die Intensität des austretenden Lichtstrahls 5 misst und das Ergebnis an eine mit dem Sensor 10 verbundene Auswerteeinheit 12 weiter gibt. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt aus der von dem Sensor 10 gemessenen Intensität des austretenden Lichtstrahls 5 die Partikelkonzentration im Aerosol und gibt das Ergebnis über eine Anzeigevorrichtung 14 oder eine nicht in der Figur gezeigte elektrische Schnittstelle aus.The measured aerosol is over in the 1 not shown lines in the measuring chamber 6 introduced so that the light beam 4 on its way through the volume of the measuring chamber 6 is scattered and attenuated on the particles contained in the aerosol. The intensity of the out of the measuring chamber 6 emerging light beam 5 is therefore dependent on the particle concentration in the Aerosol versus the intensity of the incident light beam 4 reduced. In particular, the intensity of the exiting light beam 5 a function of particle concentration in the aerosol. The exiting light beam 5 is on a sensor 10 led, the intensity of the emerging light beam 5 measures and the result to one with the sensor 10 connected evaluation unit 12 continues to exist. The evaluation unit 12 determined from that of the sensor 10 measured intensity of the exiting light beam 5 the particle concentration in the aerosol and gives the result via a display device 14 or an electrical interface not shown in the figure.

Dadurch, dass der Lichtstrahl 4, 5 innerhalb der Messkammer 6 mehrfach reflektiert wird, beträgt die effektive Messstrecke, über die die Intensität des Lichtstrahls 4, 5 durch die im Aerosol enthaltenen Partikel reduziert wird, ein Mehrfaches des Durchmessers der Messkammer 6. Es kann daher auch mit einer kompakt aufgebauten Messkammer 6 eine lange Messstrecke mit einer großen effektiven optischen Weglänge realisiert werden, so dass auch geringe Partikelkonzentrationen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können.Because of the light beam 4 . 5 within the measuring chamber 6 is reflected several times, is the effective measuring distance, over which the intensity of the light beam 4 . 5 is reduced by the particles contained in the aerosol, a multiple of the diameter of the measuring chamber 6 , It can therefore also be used with a compact measuring chamber 6 a long measurement path can be realized with a large effective optical path length, so that even low particle concentrations can be determined with high accuracy.

Die in der 1 gezeigte Ausführung der Messkammer 6 als achteckiges Polygon ist nur beispielhaft und es ist offensichtlich, dass die Messkammer 6 auch als Polygon mit weniger oder mehr Seiten bis hin zu einer Messkammer mit einer kreis- oder ellipsenförmig ausgebildeten umlaufenden reflektierenden Wand 8 realisiert werden kann.The in the 1 shown embodiment of the measuring chamber 6 as an octagonal polygon is only exemplary and it is obvious that the measuring chamber 6 as a polygon with fewer or more sides to a measuring chamber with a circular or elliptical shaped circumferential reflective wall 8th can be realized.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Streulichtmessgeräts. Dabei sind diejenigen Elemente, die mit denen des in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut im Detail beschrieben. 2 shows a second embodiment of a scattered light measuring device according to the invention. Here are those elements, those with those of the 1 are identical, are denoted by the same reference numerals and will not be described again in detail.

Auch das in der 2 gezeigte Streulichtmessgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine achteckige Messkammer 6 auf. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel ist im Zentrum der achteckigen Messkammer 6 ein ebenfalls achteckig ausgebildetes zentrales Reflexionselement 16 angeordnet, das auf seinem äußeren Umfang reflektierend ausgebildet oder mit Reflektoren versehen ist. Der in die Messkammer 6 eingestrahlte Lichtstrahl 4 durchläuft in einer Messkammer 6 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht das Zentrum der Messkammer 6, sondern wird an den reflektierenden Flächen bzw. Reflektoren des im Zentrum der Messkammer 6 angeordneten Reflexionselements 16 reflektiert, so dass der in die Messkammer 6 eingestrahlte Lichtstrahl 4 abwechselnd am äußeren Umfang des zentralen Reflexionselements 16 und an den Außenwänden 8 der Messkammer 6 reflektiert wird. Im Ergebnis wird durch den Lichtstrahl 4, 5 innerhalb der Messkammer 6 ein sternförmiges Lichtstrahlmuster ausbildet.Also in the 2 shown scattered light meter according to the second embodiment has an octagonal measuring chamber 6 on. Unlike in the first embodiment is in the center of the octagonal measuring chamber 6 a likewise octagonal trained central reflection element 16 arranged, which is formed on its outer circumference reflective or provided with reflectors. The in the measuring chamber 6 irradiated light beam 4 goes through in a measuring chamber 6 according to the second embodiment, not the center of the measuring chamber 6 but is reflected at the reflective surfaces or reflectors in the center of the measuring chamber 6 arranged reflection element 16 reflected, so that in the measuring chamber 6 irradiated light beam 4 alternately on the outer circumference of the central reflection element 16 and on the outer walls 8th the measuring chamber 6 is reflected. The result is by the light beam 4 . 5 within the measuring chamber 6 forms a star-shaped light beam pattern.

Nachdem der Lichtstrahl 4, 5 in Form des sternförmigen Lichtstrahlmusters den Umfang der Messkammer 6 umlaufen hat, verlässt er die Messkammer 6 durch eine in einer der Außenwände 8 ausgebildete Austrittsöffnung 9 und fällt zur weiteren Auswertung auf einen Lichtsensor 10, wie es im Zusammenhang mit dem ersten, in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist.After the light beam 4 . 5 in the form of the star-shaped light beam pattern, the circumference of the measuring chamber 6 he has left the measuring chamber 6 through one in one of the outer walls 8th trained outlet opening 9 and falls on a light sensor for further evaluation 10 as related to the first, in the 1 embodiment shown has been described.

Auch die Messkammer 6 des zweiten Ausführungsbeispiels wird im Betrieb mit dem zu messenden Aerosol gefüllt, so dass der Lichtstrahl 4 an den im Aerosol enthaltenen Partikeln gestreut wird und seine Intensität als Funktion der Partikelkonzentration im Aerosol abnimmt.Also the measuring chamber 6 of the second embodiment is filled in operation with the aerosol to be measured, so that the light beam 4 is scattered on the particles contained in the aerosol and its intensity decreases as a function of the particle concentration in the aerosol.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Messkammer 6, die als sechsseitiger Polyeder ausgebildet ist. Im Betrieb wird der Lichtstrahl 4 durch eine Eintrittsöffnung 7 schräg in die polyederförmige Messkammer 6 eingestrahlt, so dass er von in der 3 nicht erkennbaren Reflektoren, die an den Seitenwänden 8 der Messkammer 6 angeordnet sind, schraubenartig um den Umfang der polyederförmigen Messkammer 6 und gleichzeitig in Richtung der Längsachse A der polyederförmigen Messkammer 6 abgelenkt wird, bevor er durch eine Austrittsöffnung 9, die entlang der Längsachse des Polyeders 6 versetzt ist, wieder aus der Messkammer 6 austritt. 3 shows a perspective view of a measuring chamber according to the invention 6 , which is formed as a six-sided polyhedron. In operation, the light beam 4 through an entrance opening 7 obliquely into the polyhedron-shaped measuring chamber 6 so that he is in from the 3 unrecognizable reflectors on the side walls 8th the measuring chamber 6 are arranged helically around the circumference of the polyhedron-shaped measuring chamber 6 and simultaneously in the direction of the longitudinal axis A of the polyhedral measuring chamber 6 is deflected before passing through an outlet 9 along the longitudinal axis of the polyhedron 6 is offset, again from the measuring chamber 6 exit.

Der Lichtstrahl 4 beschreibt so im Inneren der polyederförmigen Messkammer 6 eine schraubenartige Bahn mit einer großen optischen Weglänge, die insbesondere um ein Mehrfaches größer als der Abstand zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung entlang der Längsachse des Polyeders ist. Mit einer derartigen polyederförmigen Messkammer 6 kann daher eine besonders lange optische Weglänge realisiert werden, mit der auch kleine Partikelkonzentrationen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können.The light beam 4 describes so inside the polyhedral measuring chamber 6 a helical path having a large optical path length which is in particular several times greater than the distance between the inlet opening and the outlet opening along the longitudinal axis of the polyhedron. With such a polyhedron-shaped measuring chamber 6 Therefore, a particularly long optical path can be realized, with the small particle concentrations can be determined with high accuracy.

4 zeigt eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Streulichtmessgeräts. Das Streulichtmessgerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist ebenfalls eine polyederförmige Messkammer 6 auf, in die ein von der Lichtquelle 2 erzeugter Lichtstrahl 4 eingestrahlt wird, so dass er von den Wänden 8 der Messkammer mehrfach reflektiert und von Partikeln, die in der Messkammer 6 vorhanden sind, gestreut wird. 4 shows a schematic view of a third embodiment of a scattered light measuring device according to the invention. The scattered light measuring apparatus according to the third embodiment also has a polyhedron-shaped measuring chamber 6 on, in the one of the light source 2 generated light beam 4 is radiated so that he from the walls 8th the measuring chamber is reflected several times and by particles in the measuring chamber 6 are present, scattered.

Anders als bei den Anordnungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, wie sie in den 1 und 2 gezeigt sind, wird bei dem Streulichtmessgerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nicht die Intensität des aus der Messkammer 6 austretenden Lichtstrahls 5 gemessen, um die Partikelkonzentration eines Aerosols in der Messkammer 6 zu bestimmen. Vielmehr wird das von den Partikeln gestreute Licht (Streulicht) 22 von einem optischen Streulichtsystem 18 erfasst und auf einen Streulichtsensor 20 konzentriert. In dem in der 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel wird insbesondere Streulicht 22 erfasst, das in einem im Wesentlichen rechten Winkel zur Ebene, in der der Lichtstrahl 4 durch die Messkammer 6 geführt wird, abgestrahlt wird.Unlike the arrangements according to the first and second embodiments, as shown in the 1 and 2 are not shown in the scattered light meter according to the third embodiment, the intensity of the out of the measuring chamber 6 emerging light beam 5 measured to the particle concentration of an aerosol in the measuring chamber 6 to determine. Rather, the light scattered by the particles (stray light) 22 from a scattered light optical system 18 detected and on a scattered light sensor 20 concentrated. In the in the 4 shown third embodiment, in particular scattered light 22 detected at a substantially right angle to the plane in which the light beam 4 through the measuring chamber 6 is guided, is emitted.

Da die Intensität des von den Partikeln im Aerosol gestreuten Streulichts 22 eine Funktion der Partikelkonzentration im Aerosol ist, kann aus der von dem Streulichtsensor 20 gemessenen Intensität des Streulichts 22 von der Auswerteeinheit 12 auf die Partikelkonzentration im Aerosol geschlossen werden.As the intensity of scattered light scattered by the particles in the aerosol 22 is a function of the particle concentration in the aerosol, may be from that of the scattered light sensor 20 measured intensity of the scattered light 22 from the evaluation unit 12 be concluded on the particle concentration in the aerosol.

Aufgrund des großen Volumens und der langen optischen Wegstrecke, die von dem Lichtstrahl 4 in der Messkammer 6 durchlaufen wird, werden starke Sensorsignale erzeugt, so dass eine hohe Sensibilität vorhanden ist und selbst geringe Partikelkonzentrationen im Aerosol mit guter Genauigkeit bestimmt werden können.Due to the large volume and the long optical path taken by the light beam 4 in the measuring chamber 6 is passed, strong sensor signals are generated so that a high sensitivity is present and even small particle concentrations in the aerosol can be determined with good accuracy.

Die Auswertung des von den Partikeln gestreuten Streulichts 22 kann auch mit der Auswertung der Intensität des aus der Messkammer 6 austretenden Lichtstrahls 5 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kombiniert werden, um eine Plausibilitätskontrolle durchzuführen und/oder die Genauigkeit der Messergebnisse weiter zu verbessern.The evaluation of the scattered light scattered by the particles 22 can also evaluate the intensity of the out of the measuring chamber 6 emerging light beam 5 according to the first and second embodiments are combined to perform a plausibility check and / or to further improve the accuracy of the measurement results.

Die Erfindung stellt ein Streulichtmessgerät mit kleiner Baugröße und hoher Sensibilität zur Verfügung, das insbesondere auch zur Bestimmung geringer Partikelkonzentrationen geeignet ist.The invention provides a scattered light measuring device of small size and high sensitivity, which is particularly suitable for the determination of low particle concentrations.

Claims

Apparatus for measuring particle concentration in an aerosol comprising: a measuring chamber ( 6 ) into which the aerosol to be measured can be introduced; a light source ( 2 ) for irradiating a light beam ( 4 ) into the measuring chamber ( 6 ) is trained; at least one light sensor ( 10 . 20 ) used to measure the intensity of out of the measuring chamber ( 6 ) emitted light is formed; and an evaluation unit ( 12 ), which is designed to determine the particle concentration in the aerosol from that of the light sensor ( 10 . 20 ) measured intensity; characterized in that the measuring chamber ( 6 ) Reflecting surfaces, which for reflecting the incident light beam ( 4 ) are formed, wherein the reflection surfaces are arranged in the shape of a polygon, an ellipse or a circle.

The device of claim 1, wherein the reflective surfaces are arranged in the shape of a polygon having at least five, preferably eight sides.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein additionally in the center of the polygon or circle a reflection element ( 16 ) is formed with a polygonal, circular or elliptical circumference.

Device according to one of the preceding claims, wherein the reflected light beams ( 4 . 5 ) within the measuring chamber ( 6 ) run in a common plane.

Apparatus according to claim 1, wherein the measuring chamber ( 6 ) is designed as a polyhedron or cylinder such that the reflected light beams ( 4 . 5 ) helically around the axis (A) of the cylinder or polyhedron.

Device according to one of the preceding claims, wherein the walls ( 8th ) of the measuring chamber ( 6 ) are formed reflecting light on the insides.

Device according to one of the preceding claims, wherein on the inside of the walls ( 8th ) of the measuring chamber ( 6 ) Reflectors ( 11 ) are arranged.

Device according to one of the preceding claims, wherein a light sensor ( 10 ) is adapted to the intensity of the out of the measuring chamber ( 6 ) emerging light beam ( 5 ) to eat.

Device according to one of the preceding claims, wherein a light sensor ( 20 ) is adapted to the intensity of the measuring chamber ( 6 ) leaking scattered light, the particles in the measuring chamber ( 6 ) has been scattered to measure.

Method for measuring particle concentration in an aerosol, the method comprising detecting a light beam ( 4 ) into a measuring chamber containing the aerosol ( 6 ) and the particle concentration from the intensity of light ( 5 ) coming from the measuring chamber ( 6 ), characterized in that the light beam ( 4 ) within the measuring chamber ( 6 ) is reflected at reflecting surfaces, which are arranged in the form of a polygon, an ellipse or a circle.