DE69020533T2

DE69020533T2 - Partikelfühler mit parallellauf durch mehrere löcher.

Info

Publication number: DE69020533T2
Application number: DE69020533T
Authority: DE
Inventors: Louis Petralli
Original assignee: Met One Inc
Current assignee: Met One Inc
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: EP0441904A4; US5011286A; JPH04500858A; EP0441904B1; DE69020533D1; EP0441904A1; WO1991002236A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Teilchengrößenmessung und speziell eine Vorrichtung zur Bestimmung der Größe und Konzentration von Teilchen in einem Fließmittel.
Einrichtungen, die Teilchen in einem Fließmittel messen und auszählen, sind bekannt. Solche Einrichtungen werden beispielsweise von Halbleiterplättchenherstellern verwendet, um das Ausmaß aus der Luft stammender Feinstoffe in einem reinen Raum zu überwachen. Hersteller von pharmazeutischen Mitteln verwenden solche Vorrichtungen für die Feststellung und Kontrolle von Fremdteilchen. In kleinerem Genauigkeitsgrad messen auch Rauchdetektoren eine Teilchenkonzentration.
Ein Beispiel einer von gewerblichen Wäschereien verwendeten Vorrichtung zum Auszählen von Teilchen in einem Fließmittel ist in der US-Patentschdft US-A-4 639 137 beschrieben. Die US-A-4 639 137 beschreibt ein Flüssigkeiterneuerungsverfahren, bei dem eine Probe von verbrauchter Flüssigkeit, wie einer Wäschereiflüssigkeit, in einem Körper nahe einem zweiten Körper, der eine Bezugsflüssigkeit mit einer annehmbaren Klarheit enthält, gesammelt wird. Ein einfallender Strahl wird durch aufeinanderfolgendes Druchqueren der beiden Flüssigkeitskörper erzeugt. Die optische Klarheit der beiden Körper wird durch Messung der durch Teilchen in der Flüssigkeit gestreuten Lichtintensität bestimmt. Das Verfahren wird beendet, wenn die optischen Klarheiten im wesentlichen gleich sind.
Es gibt viele Methoden zur Feststellung von Teilchen in einem Fließmittel. Eine Methode zur Teilchenfeststellung ist die Lichtunterbrechungs-Teilchenauszählungs- oder Lichtverdunkelungsmethode. Lichtverdunkelungssensoren arbeiten nach dem Prinzip, einen Schatten auf einen Photodetektor zu werfen, wenn ein Fluß von mit Teilchen beladenem Fließmittel durch einen Lichtstrahl gerichtet wird, der durch eine weißglühende Lampe erzeugt wird. Eine empfindlichere Methode ist die Lichtstreuungsmethode. Wenn ein Teilchen durch einen Lichtstrahl geht, streut das Teilchen Licht. Für ein ortsfestes Teilchen ist die Menge an gestreutem Licht eine Funktion der Teilchengröße, der Wellenlänge und Intensität des einfallenden Lichtes und des Unterschiedes zwischen den Lichtstreuungseigenschaften des Teilchens und des umgebenden Mediums. Eine Laserquelle kann verwendet werden, um den Lichtstrahl zu erzeugen, und das gestreute Licht wird von einem Detektor abgefühlt, der lesbare Signale liefert, die die Teilchengröße anzeigen.
Zusätzlich zu jenen oben aufgelisteten Faktoren, die in die Bestimmung der durch ein Teilchen gestreuten Lichtmenge eingehen, müssen andere Faktoren berücksichtigt werden, wenn das Teilchen nicht ortsfest, sondern eher in einem Fließmittelprobenstrom enthalten ist. Um alle Teilchen in einem Probenstrom festzustellen, muß der Strom einen genügend kleinen Querschnitt haben, um vollständig im Sichtvolumen einer Ermittlungsvorrichtung zu bleiben. Bei Anwendungen, wie der Überwachung eines reinen Raumes, ist die Fließgeschwindigkeit eines bestimmten Volumens typischerweise ein Standard, wie beispielsweise 1 Fuß³/min. Folglich wird die kleinste Geschwindigkeit des mit Teilchen beladenen Probenstromes durch das Sichtvolumen des einfallenden Strahles festgelegt.
Die Geschwindigkeit eines Probenstromes bestimmt die Zeit, in welcher ein Teilchen in einem Sichtvolumen der Feststellungsvorrichtung bleibt. Diese Zeit ist aus zwei Gründen wichtig. Erstens ist die Lichtmenge, die ein bestimmtes Teilchen, während es in dem Sichtvolumen ist, streuen kann, umgekehrt proportional zur Teilchengeschwindigkeit und direkt proportional zur Teilchengröße. Eine Steigerung der Geschwindigkeit eines Teilchens um einen Faktor 2 führt zu einer Halbierung der Zeitspanne, in welcher das Teilchen durch das Sichtvolumen wandert, wodurch die Menge an gestreutem Licht halbiert wird.
Zweitens spielt die Impulsbreite eine wichtige Rolle bei der Optimierung des Verhältnisses von Signal zu Rauschen eines Teilchendetektors. Die kleinste Teilchengeschwindigkeit legt die Mindestzeit fest, in welcher ein Teilchen durch das Sichtvolumen des einfallenden Strahles wandert, was seinerseits die kleinste Impulsbreite bestimmt, die durch die Detektorelektronik erzeugt wird. Schnelle Impulse verlangen, daß die Hochfrequenz-Ansprechkurve der Elektronik erhöht wird. Anheben der Hochfrequenz-Ansprechkurve steigert die Menge an Verstärkerrauschen und verschlechtert so das Verhältnis von Signal zu Rauschen des Teilchenauszählers. Da jedoch die Teilchengeschwindigkeit durch ein Sichtvolumen typischerweise hoch ist, werden schnelle Impulse erzeugt, so daß das Hochfrequenzrauschen weniger wahrscheinlich abzuweisen ist.
Eine Antwort auf die Steigerung der Aggregatmenge von durch ein Teilchen gestreutem Licht und zur gleichzeitigen Steigerung der kleinsten erwarteten Impulsbreite ist die, die Geschwindigkeit des Probenstromes zu reduzieren und die Probenzeit auszudehnen. Proben-Ströme eines bestimmten Volumens werden jedoch typischerweise durch die Industrie spezifiziert.
Eine andere mögliche Antwort ist die, das Sichtvolumen der Vorrichtung zu vergrößern. Das maximale Sichtvolumen ist jedoch durch die Lichtquelle und die Streulicht-Sammeloptik beschränkt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung von Teilchen zu bekommen, in der die Aggregatmenge von Licht, das durch ein bestimmtes Teilchen in einem Probenvolumen gestreut wird, signifikant vergrößert wird und worin die erwartete Mindestimpulsbreite, die durch ein durch ein Sichtvolumen wanderndes Teilchen verursacht wird, ebenfalls erhöht wird.
Nach einem Aspekt betrachtet liefert die Erfindung eine Gasanalysenvorrichtung zur Feststellung von Teilchen in einem Gas mit
einem Sensorkörper mit wenigstens vier Probenbereichen darin in Nachbarschaft zu Probenbereichen, die durch einen optischen Durchgang verbunden sind,
einer in bezug auf den Sensorkörper derart angeordneten Lichtquelle, daß ein einfallender Strahl entlang einem Lichtweg durch jeden der Probenbereiche über den optischen Durchgang, der benachbarte Probenbereiche verbindet, projiziert wird,
einem Verteiler, um mehrere im wesentlichen identische Probenströme von Teilchen mit sich tragendem Gas von im wesentlichen identischer Feuchtigkeit in die Probenbereiche derart zu lenken, daß jeder Probenstrom durch den Lichtweg geht, und
mehreren Detektoren zum Abfühlen von gestreutem Licht, das durch Auftreffen von Teilchen entlang dem Lichtweg erzeugt wird, und zur Lieferung eines Signals entsprechend der Menge an abgefühltem Licht, wobei diese Detektoren in bezug auf den Sensorkörper derart angeordnet sind, daß jeder Detektor im wesentlichen auf das Abfühlen von gestreutem Licht von einem betriebsmäßig getrennten Probenbereich beschränkt ist.
Das obige Ziel wurde durch eine Vorrichtung erreicht, die mehrere parallele Probenströme, beispielsweise in der Anzahl n, worin n ≥ 2 ist, liefert, um so zu gestatten, daß irgendein bestimmtes Teilchen n-mal solange in einem Feststellungs- oder Proben bereich verbleibt. So nimmt das Aggregat von gestreutem Licht um einen Faktor n zu und wird die Mindestimpulsbreite um 1/n reduziert. Dies geschieht durch Benutzung einer einzelnen Lichtquelle, typischerweise eines Lasers, um mehrere Probenbereiche zu beleuchten. Ein einzelner Probenstrom, der mit einer bekannten oder feststehenden Geschwindigkeit voranschreitet, wird in mehrere langsamere Probenströme unterteilt, die so gelenkt werden, daß sie den einfallenden Strahl der Lichtquelle in voneinander beabstandeten Probenbereichen schneiden. Die Feststellung von Teilchen in jedem der Probenbereiche erfolgt unabhängig, wonach die Informationen vereinigt werden können, um eine Teilchenauszählung für den ursprünglichen einzelnen Probenstrom zu liefern.
Die Vorrichtung schließt einen Sensorkörper mit Innenwänden ein, welche mehrere Probenbereiche begrenzen, wobei jeder Probenbereich eine Einlaßöffnung und eine Ausströmöffnung hat. Benachbarte Probenbereiche sind durch Durchgänge miteinander verbunden. Der Laser lenkt einen einfallenden Strahl entlang einem Lichtweg durch jeden der Probenbereiche über die Durchgänge, welche die benachbarten Probenbereiche miteinander verbinden. Der gesamte Probenfluß tritt in einen Verteiler ein, der einen Strom in mehrere Teilprobenströme teilt. Jeder Teilprobenstrom tritt in einen verbundenen Probenbereich durch die Einlaßöffnung ein und durch die Ausströmöffnung aus.
Teilchen innerhalb eines Teilprobenstromes bewirken eine Streuung von Strahlung, wenn der einfallende Strahl auf die Teilchen auftrifft. Ein konkaver kugeliger Reflektor und ein Linsensystem wirken zusammen, um die gestreute Strahlung zu sammeln und die Strahlung zu einem Photodetektor zu lenken. Der Photodetektor fühlt die Energie der gesammelten Strahlung ab und gibt ein Signal entsprechend der abgefühlten Energie ab. Das Signal kann verwendet werden, um eine Teilchengröße und eine Teilchenauszählung zu bestimmen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Untergrenze der Teilchengrößenbestimmung reduziert wird. Ein Faktor bei der Bestimmung des Parameters der Teilchengröße ist die Geschwindigkeit des Teilchendurchgangs durch den Probenbereich. Ein sich langsamer bewegendes Teilchen hält sich in einem Probenbereich während einer längeren Zeitdauer auf, so daß die Gesamtmenge an durch das Teilchen gestreutem Licht vergößert wird. Die Vergrößerung der gestreuten Lichtmenge steigert die Wahrscheinlichkeit, daß das Vorhandensein des Teilchens ermittelt wird. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß, weil die Impulsbreite von dem Photodetektor gleich der Zeit ist, in welcher ein Teilchen in einem Probenbereich vorliegt, die erwartete Mindestimpulsbreite durch Vorsehen mehrerer Teilprobenströme statt eines einzelnen Probenstromes vergrößert wird. Eine Vergrößerung der erwarteten Mindestimpulsbreite gestattet eine Erhöhung des Verhältnisses Signal zu Rauschen und die Reduzierung des Hochfrequenz-Bandbreitenerfordernisses.
Von einem anderen Aspekt aus betrachtet liefert die Erfindung eine Gasanalysevorrichtung zur Feststellung von Teilchen in einem Gasprobenvolumen mit
einer Lichtquelle zum Projizieren eines einfallenden Strahles entlang einem Lichtweg,
mehreren Kanälen zum Teilen eines Gasprobenstromes unter Bildung mehrerer getrennter Probenströme von im wesentlichen identischer Feuchtigkeit, die den Lichtweg schneiden, wobei jeder Schnittpunkt des Lichtweges mit einem Probengasstrom einen Probenbereich begrenzt und eine Streuung von Strahlung durch in dem betreffenden Probengasstrom suspendierte Teilchen bewirkt und wobei keiner der Probenströme in bezug auf die anderen Probenströme ein Bezugsstrom ist, und
mehreren Detektoren, um gestreute Strahlung abzufühlen und ein Signal in Reaktion hierauf abzugeben, wobei die mehreren Detektoren in bezug auf die Kanäle derart angeordnet sind, daß jeder der Detektoren optische Teilchen in nur einem Probenbereich mißt.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhalber in bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in welcher
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teilchenfühlers mit aufgespaltenem Fluß durch mehrere Öffnungen nach der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Fühler von Fig. 1 ist,
Fig. 2a eine hintere Querschnittsdarstellung des Fühlers von Fig. 2 entlang den Linien 2a-2a ist,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Fühlers von Fig. 2 ist und
Fig. 3a eine obere Schnittansicht des Fühlers von Fig. 3 entlang den Linien 3a-3a ist.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 enthält ein Teilchenfühler 10 mit aufgespaltenem Fluß durch mehrere Öffnungen ein Plasmarohr 12 und einen Fühlerkörper 14. Der Fühlerkörper 10 ist ein Lasersystem mit offenem Hohlraum, das mit einer Diode in festem Zustand vereinigt ist, um ein elektrisches Signal mit einer Charakteristik entsprechend der Größe eines Teilchens in einem Probenstrom zu liefern. Der Fühler 10 benutzt einen HeNe-Laser, doch ist dies nicht kritisch. Das Plasmarohr ist an dem Fühlerkörper an einer Ringhalterung 16 befestigt. An dem Vorderende des Fühlerkörpers 14 nächst dem Plasmarohr sind nicht gezeigt ein Brewster- Fenster und eine Lichtschleuse. An dem entgegengesetzten Ende sind ein Laser-Resonatorspiegel und eine andere Lichtschleuse mit einer Spiegelhalterung 18, die in Fig. 2 gezeigt ist. Weitere nichtgezeigte Lichtschleusen werden bei jedem nachfolgend beschriebenen Lichtdurchgang benutzt.
Ein Spülluftsystem wird verwendet, um eine Verunreinigung der optischen Laserteile zu verhindern. Ein unterer reiner Luftstrom tritt in ein Spüleinlaßrohr 20 ein, wie durch den Pfeil A gezeigt ist, und wird bei einem T-förmigen Begrenzer 22 geteilt. Der Luftstrom geht weiter durch Rohre 24 und 26 zu Paßstücken 28, die an dem Fühlerkörper 14 bei Spüldüsen 30 befestigt sind. Der Durchmesser des Durchgangs zu dem T-förmigen Begrenzer 22 bestimmt die Strömungsgeschwindigkeit der gespülten Luft. Eine mit einem Probenausströmrohr 32 verbundene Vakuumquelle, die in Fig. 1 gezeigt ist, zieht auch die reine Luft aus dem gespülten Einlaßrohr 20, um so die Laseroptik rein zu halten.
Bezieht man sich nun auf die Fig. 2 und 2a, so wird ein gesamter Probenstrom, der durch den Pfeil B angezeigt ist, in einen Einlaßverteiler 34 von einem Aerosoleinlaßrohr 36 aus gezogen. Teilchenhaltiges Gas, typischerweise Luft, tritt in den Einlaßverteiler 34 ein und wird einmal und dann wieder gespalten, um vier getrennte Ströme zu ergeben. Die vier getrennten Teilprobenströme werden von vier Düsen 38, 40, 42 und 44 aufgenommen, welche an dem Fühlerkörper durch Allenhead-Schrauben 46 gehalten werden. Jede Düse 38 bis 44 hat einen Luftdurchgang.
Die Struktur der Durchgänge für teilchenhaltiges Gas durch den Einlaßverteiler 34 ist ein wichtiges Merkmal, um eine genaue Ablesung einer Teilchenauszählung in einem reinen Raum oder dergleichen zu erhalten. Große Teilchen, die auf die Wände eines Durchganges treffen, können in kleinere Teilchen zerbrochen werden und erzeugen dabei eine ungenaue Teilchenauszählung. Wo, wie hier, ein Strom auf einzelne Durchgänge aufgeteilt wird, gibt es außerdem Veränderungen der Temperatur, des Druckes und der Geschwindigkeit, wenn Abstromdurchgänge die gleiche Querschnittsfläche wie die ursprünglichen haben. Eine Druckveränderung kann ein Verdampfen oder Kondensieren von Dämpfen verursachen und dabei die Teilchenauszählung gefährden. Eine Geschwindigkeitsverminderung kann zum Absetzen größerer Teilchen führen. Daher ist der Einlaßverteiler 34 so strukturiert, daß die Abstromdurchgänge eine Gesamtquerschnittsfläche haben, die gleich der Querschnittesfläche des Einlasses ist. Außerdem wird der Übergang von einer Querschnittsfläche zu einer anderen so glatt wie möglich gemacht, um Teilchenbrüche und Turbulenz zu reduzieren. Jede Veränderung der Richtung bei einem aufgespaltenen Strom ist so klein wie mechanisch möglich, um die Gefahr eines Zerbrechens von Teilchen zu reduzieren.
Ein außen mit Gewinde versehenes Paßstück 48 ist an dem Einlaßverteiler 34 an einem Ende befestigt und besitzt Reibsitz auf dem Aerosoleinlaßrohr 36 an dem entgegengesetzten Ende. Die Schrauben 46 befestigen sowohl den Einlaßverteiler 34 als auch die Düse 44, wie am besten in Fig. 2a zu sehen ist. Die Düse 44 wirkt als eine Einlaßöffnung für das teilchenhaltige Gas in einen Probenbereich des Fühlerkörpers 14. Wie durch die Reihe von vier Pfeilen gezeigt ist, die mit dem Eingangspfeil B beginnen und mit dem Ausströmpfeil C enden, schneidet der Teilprobenstrom durch den Fühlerkörper 14 den einfallenden Strahl des Lasers, der durch die Ellipse 50 wiedergegeben ist. Der Probenbereich ist jener Schnittbereich zwischen dem einfallenden Strahl 50 und dem Teilprobenstrom. Ein in dem Teilprobenstrom enthaltenes Teilchen bewirkt eine Lichtstreuung, wenn das Teilchen durch den einfallenden Strahl geht. Licht wird in vielen Richtungen gestreut. Ein Teil des gestreuten Lichtes wird zu einem Linsensystem 52 gelenkt, das in seiner Position durch ein zylindrisches Teil 54 befestigt ist. Ein zweiter Teil des gestreuten Lichtes wird von einem konkaven kugeligen Reflektor 56 reflektiert, welcher die Energie zurück durch den Probenbereich zu dem Linsensystem 52 reflektiert. Das Linsensystem 52 fokussiert die Strahlung zu einem Photodetektor in dem Detektordeckel 100. Der nichtgezeigte Photodetektor liefert ein elektrisches Signal, welches eine Charakteristik entsprechend der von dem Linsensystem aufgenommenen Energie hat. Der Teilprobenstrom tritt aus dem Probenbereich durch eine Ausströmöffnung 60 aus, die zu einem mit Außengewinde versehenen Paßstück 62 führt, welches Preßsitz auf einem Schlauch 64 hat.
Bezieht man sich nun auf die Fig. 3 und 3a, so wird ein Laserstrahl von dem Plasmarohr 12 projiziert und geht zu einem Laserresonatorspiegel 66 an der Rückseite des Fühlerkörpers 14. Der Spiegel ist in der Spiegelhalterung 18 enthalten. Die Achse des einfallenden Strahles ist durch die Linie 68 wiedergegeben. Der einfallende Strahl tritt aus einem Brewster-Fenster 70 aus und geht durch eine Lichtschleuse 72. Vier Hohlräume 74, 76, 78 und 80 sind entlang der Achse 68 des einfallenden Strahles angeordnet, wobei einander benachbarte Hohlräume durch Lichtdurchgänge 82 miteinander verbunden sind. Eine Lichtschleuse 84 ist an dem hinteren Ende des Fühlerkörpers 14 unmittelbar dem Laserresonatorspiegel 66 vorgeschaltet angeordnet. Weitere nichtgezeigte Lichtschleusen werden an jedem Lichtdurchgang 82 benutzt.
Jeder der Hohlräume 74 bis 80 ist mit einem getrennten Probenbereich verbunden. Der Probenbereich ist jener Bereich, in welchem der Laserstrahl einen der vier Teilprobenströme schneidet. Die Teilprobenströme werden durch Kreise 86, 88, 90 und 92 in der Mitte des betreffenden Hohlraumes wiedergegeben. Die Achse 68 des einfallenden Strahles ist so ausgerichtet, daß sie durch die Mitte jedes der Probenströme 86 bis 92 geht. Der Laserstrahl selbst hat einen Durchmesser, der im wesentlichen den Probenbereich füllt.
Ein Teilprobenstrom von teilchenhaltigem Fließmittel geht durch den Laserstrahl, was eine Streuung von Licht bewirkt, wenn sich Teilchen durch den Strahl bewegen. Das gestreute Licht in einem Hohlraum wird von dem konkaven Kugelreflektor 56 reflektiert und zu einem Photodetektor durch das verbundene Linsensystem 52 gelenkt. Die nichtgezeigten Photodetektoren sind in Detektordeckeln 94, 96, 98 und 100 untergebracht. Jeder Photodetektor erzeugt ein elektrisches Signal mit einer Charakteristik entsprechend der Intensität des aus dem verbundenen Hohlraum 74 bis 80 gesammelten gestreuten Lichtes. Wie in Fig. 1 erläutert, werden Drähte 102 und 104 benutzt, um Signale von den Detektoren auszusenden. Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung und Datenverarbeitung wandeln dann die Messung von gestreutem Licht in Teilchengrößen- und Teilchenzahlablesungen um. Die vier Messungen von gestreutem Licht werden in solcher Weise vereinigt, daß man eine Teilchenauszählung für den gesamten Probenfluß bekommt, der durch das Aerosoleinlaßrohr 36 eintritt.
Wie oben angegeben, ist das Probenausströmrohr 32 an einem Abstromende mit einer Vakuumquelle verbunden. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Ausströmrohr an einem Aufstromende mit einem ersten T-förmigen Teil 106 verbunden, das seinerseits in Fließmittelverbindung mit zweiten und dritten T-förmigen Teilen 108 und 110 steht, um einen Überatmosphärendruck über Leitungen 103, 105, 107 und 109 zu jedem der Hohlräume, die die Probenbereiche einschließen, zu liefern.
Im Betrieb tritt ein gesamter Probenstrom in das Aerosoleinlaßrohr 36 ein. Dieser gesamte Probenstrom ist typischerweise bei einer standardisierten Strömungsgeschwindigkeit zum Beispiel 1 Fuß&sub3;/min. Der gesamte Probenstrom wird in vier Teilprobenströme durch den Einlaßverteiler 34 aufgeteilt. Diese Teilprobenströme sind durch Kreise 86 bis 92 in Fig. 3a wiedergegeben. Die Schnittpunkte der Teilprobenströme mit dem Laserstrahl, der entlang der Achse 68 des einfallenden Strahles wandert, begrenzen vier unabhängige Probenbereiche. Teilchen, die in die Probenbereiche eintreten, streuen Licht, welches reflektiert, gesammelt und abgefühlt wird, um durch die abgefühlte Energie gekennzeichnete elektrische Signale zu liefern. Wiederum werden die vier Ablesungen dann vereinigt. Ein großes Teilchen streut eine größere Lichtmenge als ein kleines Teilchen. Folglich hat der Impuls, der durch ein großes durch einen Probenbereich wanderndes Teilchen erzeugt wird, eine größere Amplitude. Umgekehrt ist ein kleines Teilchen in der Lage, nur einen Impuls mit kleiner Amplitude zu erzeugen, und daher besteht für das Vorhandensein eines relativ kleinen Teilchens eine größere Wahrscheinlichkeit, daß es unentdeckt bleibt. Durch Teilen des gesamten Probenstromes in mehrere Probenströme wird die Geschwindigkeit durch den Bereich, in welchem Teilchen festgestellt werden, reduziert. Da ein Teilchen ein Streuen von Licht während der gesamten Zeit, in der das Teilchen von dem Laserstrahl beleuchtet wird, verursacht, führt die Geschwindigkeitsabnahme zu einer Steigerung der Gesamtmenge an gestreutem Licht. Dies hat zwei Wirkungen. Erstens erhöht die Steigerung des gesamten gestreuten Lichtes die Möglichkeit, daß relativ kleine Teilchen festgestellt werden. So wird die Untergrenze der Teilchenfeststellung herabgesetzt. Zweitens wird die erwartete Mindestimpulsbreite vergrößert, da Teilchen in dem Teilchenbereich während einer längeren Zeitspanne vorhanden sind. Eine Fließgeschwindigkeit, die um einen Faktor 4 vermindert wird, führt zu einem Teilchen, das sich die vierfache Zeit in einem Probenbereich aufhält. Dies vervierfacht die Länge des Feststellungsimpulses. Die Vergrößerung der erwarteten Mindestimpulsbreite erlaubt es, daß Verstärker eine verminderte Rauschbandbreite haben, wodurch das Verhältnis von Signal zu Rauschen verbessert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung so beschrieben wurde, daß sie parallele Teilprobenströme liefert, ist dies nicht kritisch. Die Probenströme können in einem Winkel zueinander sein. Außerdem wurden die Detektoren so erläutert, als hätten sie einen 70º-Winkel in bezug auf den einfallenden Strahl. Andere Winkel sind möglich, wobei der Detektor typischerweise einen Winkel im Bereich von 50 bis 90º hat.

Claims

1. Gasanalysiervorrichtung zur Ermittlung von Teilchen in einem Gas mit einem Fühlerkörper (14; 112) mit wenigstens vier Probenbereichen (74, 76, 78, 80) darin, wobei einander benachbarte Probenbereiche durch einen optischen Durchgang (82) miteinander verbunden sind,

einer Lichtquelle, die in bezug auf den Fühlerkörper derart angeordnet ist, daß sie einen einfallenden Strahl (50) entlang einem Lichtweg durch jeden der Probenbereiche über die benachbarte Probenbereiche verbindenden optischen Durchgänge projiziert, einem Verteiler (34), der mehrere im wesentlichen identische Probenströme (86, 88, 90, 92) von teilchenhaltigem Gas mit im wesentlichen identischer Feuchtigkeit in die Probenbereiche derart lenkt, daß jeder Probenstrom durch den Lichtweg geht, und mehreren Detektoren (94, 96, 98, 100; 114) zum Abfühlen von gestreutem Licht, das durch Auftreffen von Teilchen entlang dem Lichtweg erzeugt wird, und zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Menge von abgefühltem Licht, wobei die Detektoren in bezug auf den Fühlerkörper derart angeordnet sind, daß jeder Detektor im wesentlichen auf das Abfühlen von gestreutem Licht aus einem betriebsmäßig getrennten Probenbereich beschränkt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Fühlerkörper eine Einlaßöffnung (44) und eine Auslaßöffnung (60) zu jedem der Probenbereiche einschließt, wobei die Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen so ausgerichtet sind, daß sie im Abstand voneinander liegende parallele Probenströme quer zu dem Lichtweg liefern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Verteiler einen einzelnen Einlaßdurchgang (36) und mehrere Auslaßdurchgänge (103, 105, 107, 109) einschließt wobei diese Auslaßdurchgänge so ausgerichtet sind, daß sie Probenströme in jeden der Probenbereiche ergeben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder der Detektoren einen Photodetektor enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Probenbereiche linear angeordnet sind und durch einen Längsdurchgang (82), der den Lichtweg definiert, verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle ein Laser ist.

7. Gasanalysiervorrichtung zur Ermittlung von Teilchen in einem Gasprobenvolumen mit einer Lichtquelle zum Projizieren eines einfallenden Strahles entlang eines Lichtweges, mehreren Kanälen, um einen Gasprobenstrom unter Bildung mehrerer getrennter Probenströme von im wesentlichen identischer Feuchtigkeit, die den Lichtweg schneiden, zu teilen, wobei jeder Schnittpunkt des Lichtweges mit einem Probengasstrom einen Probenbereich definiert, und eine Streuung von Strahlung durch Teilchen bewirkt, die in dem betreffenden Probengasstrom suspendiert sind, und keiner der Probenströme in bezug auf die anderen Probenströme ein Bezugsstrom ist, und mehreren Detektoren, um gestreute Strahlung abzufühlen und ein Signal in Reaktion hierauf auszusenden, wobei diese mehreren Detektoren in bezug auf die Kanäle derart angeordnet sind, daß jeder der Detektoren optische Teilchen in nur einem Probenbereich mißt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, in der jeder Kanal in einem Abstand von einem benachbarten Kanal ist, um voneinander beabstandete Probenbereiche zu definieren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jeder Kanal so angeordnete Leitungen einschließt, daß man parallele Probenströme quer zu dem Lichtweg bekommt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jeder Kanal einen Durchgang durch einen Verteiler mit einem einzigen Einlaß und mehreren Auslässen einschließt, welche so ausgerichtet sind, daß man parallele Probenströme von Fließmittel quer zu dem Lichtweg bekommt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die Lichtquelle ein Laser ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin jeder der Detektoren ein Photodetektor ist und eine Optik einschließt, um die Streuung von Strahlung zu sammeln und die gesammelte Strahlung in den Photodetektor zu fokussieren.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, worin der Photodetektor eine Photodiode ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, worin jeder der Detektoren in einem Winkel zu dem Lichtweg angeordnet ist, wobei dieser Winkel im Bereich von 50 bis 90º einschließlich liegt.