KR20210083268A - 광학 입자 센서, 특히 배기 가스 센서 - Google Patents

광학 입자 센서, 특히 배기 가스 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20210083268A
KR20210083268A KR1020217012491A KR20217012491A KR20210083268A KR 20210083268 A KR20210083268 A KR 20210083268A KR 1020217012491 A KR1020217012491 A KR 1020217012491A KR 20217012491 A KR20217012491 A KR 20217012491A KR 20210083268 A KR20210083268 A KR 20210083268A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
protective tube
optical
opening
inlet
particle sensor
Prior art date
Application number
KR1020217012491A
Other languages
English (en)
Inventor
에노 바스
마틴 부흐홀츠
라도슬라브 루사노프
요하네스 베버
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 로베르트 보쉬 게엠베하
Publication of KR20210083268A publication Critical patent/KR20210083268A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • G01M15/108—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases using optical methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2252—Sampling from a flowing stream of gas in a vehicle exhaust
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1456—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1027—Determining speed or velocity of a particle
    • G01N2015/1075—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8578—Gaseous flow

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명은 측정 가스 유동에서 입자를 검출하기 위한, 특히 버너 또는 내연 기관의 배기 가스 채널에서 그을음 입자를 검출하기 위한 입자 센서에 관한 것이며, 상기 입자 센서는 레이저 광(10)을 생성 또는 공급하기 위한 수단, 레이저 광(10)을 포커싱하기 위한 수단, 및 열 복사를 검출 또는 전달하기 위한 수단을 포함하고, 상기 입자 센서(16)는 측정 가스에 노출된 영역(16.1)을 측정 가스에 노출되지 않은, 측정 가스 반대편 영역(16.2)으로부터 분리하는 적어도 하나의 광학 입구(40)를 갖는다. 레이저 광(10)을 생성 또는 공급하기 위한 수단 및/또는 열 복사를 검출 또는 전달하기 위한 수단은 측정 가스 반대편 영역(16.2)에 배치된다. 본 발명은 입자 센서(16)가 측정 가스 유동에서 부분 유동(321)을 빼내어 레이저 포커스(22)에 공급하고, 추가로 광학 입구(40)를 상기 부분 유동(321)에 대해 유체 차폐하는 것을 특징으로 한다.

Description

광학 입자 센서, 특히 배기 가스 센서
본 발명은 측정 가스의 유동에서 입자를 검출하기 위한 입자 센서, 특히 버너 또는 자기 점화 또는 외부 점화 내연 기관의 배기 채널에서 그을음(soot) 입자를 검출하기 위한 센서, 예를 들어, 해당 그을음 입자 필터의 온보드 진단을 위해 사용될 수 있는 센서에 관한 것이다. 물론, 배출을 모니터링하기 위한 휴대용 시스템 및 실내 공기질을 측정하기 위한 시스템과 같은 다른 사용 분야도 가능하다.
예를 들어, 출원인의 DE 10 2017 207 402 A1은 레이저를 구비한 레이저 모듈과 열 복사를 검출하도록 설계된 검출기를 포함하는 그을음 입자 센서에 관한 것이다. 거기에 제시된 그을음 입자 센서는, 레이저가 레이저 광을 생성하도록 설계되고, 그을음 입자 센서가 레이저의 빔 경로에 배치된 광학 요소를 포함하며, 상기 광학 요소는 레이저 모듈로부터 나오는 레이저 광을 하나의 스폿으로 번들링하도록 설계되고, 검출기는 스폿으로부터 나오는 방사선을 검출하도록 그을음 입자 센서 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.
출원인의 DE 10 2017 207 402 A1에 제시된 센서는 레이저 유도 백열의 측정 원리를 기반으로 한다.
출원인의 DE 10 2017 207 402 A1에서는 또한 그을음 입자 센서가 측정 가스에 노출되도록 설계된 제 1 부분과 측정 가스에 노출되지 않으며 그을음 입자 센서의 광학 부품을 포함하는 제 2 부분으로 나눠지는 것이 제안되고, 두 부분들은 측정 가스에 불투과성인 분리 벽에 의해 분리되며, 레이저 광에 대해 그리고 스폿으로부터 나오는 방사선에 대해 투과성인 윈도우가 상기 분리벽에서 레이저 광의 빔 경로에 부착된다.
본 발명은 입자 센서의 경우, 입자 센서의 광학 입구가 그 서비스 수명 동안 오염될 수 있다는 발명자들의 관찰에 기초한다. 상기 오염은 불리한 상황에서 레이저 광 및 열 복사에 대한 광학 입구의 충분한 투명성이 더 이상 보장되지 않으며 입자 센서가 더 이상 제대로 작동하지 않을 정도로 진행될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따르면, 입자 센서는 측정 가스 유동으로부터 부분 유동을 빼내어 이를 레이저 포커스에 공급하고, 또한 부분 유동에 대해 광학 입구를 유체 차폐한다. 이러한 방식으로, 입자 함량 측면에서 측정 가스 유동을 나타내는 부분 유동이 레이저 포커스, 즉 입자 검출의 실제 위치에 공급된다. 그러나 광학 입구는 측정 가스 유동과 부분 유동으로부터 차폐된다. 즉, 상기 유동들이 광학 입구에 접근하지 않고 경우에 따라 상기 유동들에 포함된 오염물, 예를 들어 그을음 입자가 광학 입구에 도달할 수 없다. 따라서, 광학 입구의 오염은 서비스 수명 동안 더 이상 발생하지 않거나 허용 가능한 범위 내에서만 발생하며, 이러한 점에서 입자 센서의 서비스 수명은 제한되지 않거나 크게 증가한다.
본 발명의 맥락에서, 입자의 검출은 특히 측정을 의미하는 것으로 이해되며, 상기 측정의 결과는 입자의 질량 및/또는 수 및/또는 특히 레이저 포커스의 위치에서, 단위 시간당 유동 중의 입자의 질량 및/또는 수이다. 입자의 크기 및/또는 크기 분포와 관련된 정보를 수집하는 것도 입자의 검출에 포함될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 레이저 광을 생성하기 위한 수단은 특히 레이저, 예를 들어 다이오드 레이저, 특히 cw 레이저를 의미하는 것으로 이해되며, 상기 레이저의 출력 및 포커싱 가능성은 레이저가 열 복사를 방출하도록 그을음 입자를 자극할 수 있을 정도로 높고, 예를 들면 3500 K를 초과한다.
본 발명의 맥락에서, 레이저 광을 공급하기 위한 수단은 특히 해당 레이저 광에 투명한 광섬유 및/또는 레이저 광에 투명한 광학 윈도우를 의미하는 것으로 이해된다. 레이저 광은 기본적으로 자외선, 가시 광선 또는 적외선일 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 레이저 광을 포커싱하기 위한 수단은 특히 해당 레이저 광에 투명한 수렴 렌즈를 의미하는 것으로 이해된다. 대안으로서, 오목 거울일 수도 있다.
본 발명의 맥락에서, 열 복사를 전달하기 위한 수단은 특히 관련 열 복사에 투명한 광섬유 및/또는 관련 열 복사에 투명한 광학 윈도우를 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 맥락에서, 열 복사는 특히 고온 바디의 방출에 해당하는 전자기 복사, 예를 들어 인코히어런트 적외선 및/또는 가시광선을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 맥락에서, 광학 입구는 특히 광 섬유 또는 광학 윈도우인 것으로 이해된다. 광학 입구는 특히 레이저 광을 포커싱하기 위한 수단의 기능을 동시에 수행할 수 있고, 예를 들어 수렴 렌즈로서 설계될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 측정 가스 유동으로부터 부분 유동을 빼낸다는 것은 특히 측정 가스 유동의 일부, 즉 부분 유동이 입자 센서의 내부로 향하는 한편, 측정 가스 유동의 나머지 부분은 입자 센서의 내부에 도달하지 않고 입자 센서를 지나 흐른다. 상기 부분 유동은 입자 센서의 내부에 서로 분리되어 도달하는 다수의 개별 유동으로 구성될 수도 있다.
본 발명의 맥락에서, 유입 개구 및 오버플로 개구는 예를 들어 1-3 mm의 직경을 가질 수 있거나, 비원형 형상의 경우 상응하는 단면적을 가질 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 부분 유동에 대한 광학 입구의 유체 차폐는 특히 유동 차폐를 의미하는 것으로 이해된다. 즉, 부분 유동은 광학 입구에 부딪히지 않도록 편향되거나, 다시 말해 광학 입구 앞에 부분 유동이 흐르지 않는 영역이 남아 있다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이는 특히 상기 부분 유동이 흐르지 않는 영역이 이동 현상(transport phenomena)의 의미에서, 특히 대류 지배 유동 영역이라고 하는 센서 내부의 흐름 영역과는 달리, 확산 지배 유동 영역을 형성한다는 사실로 표현될 수 있다.
광학 입구의 유체 차폐는 하기에서 그리고 종속 청구항에서 그리고 실시예에서 예시적으로 설명되지만 결정적이지 않은, 특별한 구조적 조치에 의해 수행될 수 있다.
추가 개선에서, 입자 센서는 예를 들어, 금속 하우징을 포함하며, 상기 하우징 내에 또는 상에 광학 입구가 배치되고, 상기 하우징은 측정 가스의 유동으로부터 부분 유동을 빼내어 상기 하우징의 내부로 유입시킬 수 있는 적어도 하나의 유입 개구를 포함하며, 상기 하우징은 부분 유동이 하우징을 빠져나가게 하는 적어도 하나의 배출 개구를 포함하고, 차폐부가 하우징 내부에 제공되며, 상기 차폐부는 부분 유동을 광학 입구 반대편 방향으로 편향시킨다. 즉, 특히 상기 편향에 의해, 부분 유동이 광학 입구에 부딪히는 것을 방지하고 및/또는 부분 유동이 광학 입구에 부딪히지 않게 한다.
광학 입구를 차폐하기 위한 부분 유동의 편향은 특히 광학 입구를 향한 방향으로부터 광학 입구 반대편 방향으로 수행된다. 편향 또는 차폐를 일으키는 조치가 제공되지 않았으면, 부분 유동이 광학 입구에 작용했을 것이다.
편향은 특히 유입 개구로부터 광학 입구를 향하는 방향으로부터, 광학 입구로부터 멀리 배출 개구를 향하는 방향으로 수행될 수 있다.
편향은 특히 오버플로 개구(아래 참조)로부터 광학 입구를 향한 방향으로부터, 광학 입구로부터 멀리 배출 개구를 향하는 방향으로 수행될 수 있다.
추가 개선에서, 입자 센서의 하우징은 하우징 바디와 상기 하우징 바디에 고정된 보호 튜브 모듈을 포함한다.
하우징 바디는 예를 들어 내부에 관통 채널을 갖는 거대한 강 부품일 수 있으며, 상기 강 부품은 특히 나사산, 예를 들어 외부 나사산, 및 장착 프로파일, 예를 들어 외부 육각형 프로파일을 포함한다. 나사산과 장착 프로파일을 갖는 유니온 너트/유니온 스크류가 하우징 바디 슬리브 상으로 밀려지는, 하우징 바디의 2 부분 설계도 가능하다.
보호 튜브 모듈은 예를 들어, 강판으로 제조된 다수의 보호 튜브를 포함할 수 있고, 상기 보호 튜브들 중 적어도 하나 또는 모두는 하우징 바디에 고정, 예를 들어 용접되고 및/또는 하우징 바디 내로 삽입된다. 보호 튜브들은 또한 서로 용접될 수 있거나 서로 끼워질 수 있고, 특히 가압될 수 있다.
보호 튜브 모듈과 하우징 바디의 일체형 설계도 바람직하다.
보호 튜브 모듈을 제공하기 위한 추가 개선에서, 보호 튜브 모듈은 측정 가스 유동으로부터 부분 유동을 빼내어 보호 튜브 모듈의 내부로 유입시킬 수 있는 적어도 하나의 유입 개구, 및 부분 유동이 보호 튜브 모듈을 빠져나가게 하는 적어도 하나의 배출 개구를 포함한다.
유입 개구 또는 유입 개구들 및 배출 개구 또는 배출 개구들 및 오버플로 개구 또는 오버플로 개구들(아래 참조)은 보호 튜브 모듈 또는 개별 보호 튜브들 내의 구멍으로서 설계될 수 있다. 소용돌이 플랩이 각각 추가될 수 있고, 상기 소용돌이 플랩은 특히 보호 튜브 모듈 또는 보호 튜브 상의 단단한 성형부이며 구멍을 통해 흐를 때 부분 유동을 미리 정해진 방향으로 안내하고 및/또는 편향시킨다. 구멍과 소용돌이 플랩의 조합체는 예를 들어 보호 튜브 모듈 또는 개별 보호 튜브들의 영역의 절단 및 가압에 의해 제조될 수 있다.
특히, 부분 유동에 대한 광학 입구의 유체 차폐를 특히 전술한 바와 같이 수행하는 차폐부가 보호 튜브 모듈의 내부에 제공된다. 유체 차폐에 의해, 특히 부분 유동이 광학 입구 반대편 방향으로 편향된다. 차폐부가 없을 경우, 부분 유동은 특히 광학 입구에 작용했을 것이고 부분 유동에 포함된 입자는 특히 광학 입구를 오염시켰을 것이다.
바람직한 개선에서, 보호 튜브 모듈은 적어도 2개의 보호 튜브, 즉 제 1 보호 튜브와 제 2 보호 튜브를 포함한다.
제 1 보호 튜브는 측정 가스의 유동으로부터 부분 유동을 빼내어 보호 튜브 모듈의 내부로 유입시킬 수 있는 적어도 하나의 유입 개구를 포함할 수 있다.
제 2 보호 튜브가 제 1 보호 튜브의 내부에 배치될 수 있어서, 제 1 보호 튜브와 제 2 보호 튜브 사이에 환형 공간이 형성된다. 제 1 및 제 2 보호 튜브는 기본 형상(즉, 구멍들, 소용돌이 플랩들 및 제조 관련 약간의 치수 편차와는 별도로)으로서 축 대칭을 가질 수 있으며, 이 점에서 서로 동심으로 또는 동축으로 배치될 수 있다.
또한, 제 2 보호 튜브는 부분 유동이 환형 공간으로부터 제 2 보호 튜브의 내부에 배치된 가스 공간 내로 흐르게 하는 적어도 하나의 오버플로 개구를 포함할 수 있다.
배출 개구는 제 1 또는 제 2 보호 튜브 상에, 특히 광학 입구의 측정 가스 측에 위치하는 입자 센서의 단부면 상에 형성될 수 있다. 배출 개구는 특히 단일 배출 개구일 수 있다.
이와 관련하여, 특히 오버플로 개구를 통해 흐르는 동안 또는 오버플로 개구를 통해 흐른 후에 부분 유동을 광학 입구로부터 멀리 그리고 특히 배출 개구를 향한 방향으로 편향시키는 수단이 제공된다. 이 수단은 특히 전술한 유체 차폐부에 해당한다. 해당 설명이 참조된다.
오버플로 개구를 통해 흐르는 동안 또는 오버플로 개구를 통해 흐른 후에 부분 유동을 광학 입구로부터 멀리 그리고 특히 배출 개구를 향한 방향으로 편향시키는 이러한 수단은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이 수단은 제 2 보호 튜브의 오버플로 개구 상에 형성된 적어도 하나의 소용돌이 플랩에 의해 구현되며, 상기 소용돌이 플랩은 광학 입구로부터 멀리 그리고 특히 배출 개구를 향하는 방향을 가리킨다. 여기서, 부분 유동은 광학 입구 반대편 방향으로 가스 공간 내로 유입된다. 따라서, 부분 유동은 광학 입구에 영향을 주지 않는다.
다른 실시예에 따르면, 이 수단은 제 2 보호 튜브 내에 배치된 제 3 보호 튜브에 의해 구현된다. 이 수단은 광학 입구로부터 배출 개구를 향하는 방향으로 오버플로 개구의 높이에서 원추형으로 또는 계단형으로 테이퍼되는 제 3 보호 튜브일 수 있다. 오버플로 개구를 통해 흐른 후, 부분 유동은 제 3 보호 튜브에 닿고, 보호 튜브의 테이퍼링 형상으로 인해 부분 유동이 광학 입구로부터 멀리 편향된다.
또 다른 실시예에 따르면, 이 수단은 하우징 바디의 광학 입구 반대편 단부면에 형성된 리세스에 의해, 예를 들면 제 2 보호 튜브의 오버플로 개구 반대편에 있는 홈에 의해 구현된다. 리세스, 예를 들어 홈은 부분 유동이 오버플로 개구를 통해 흐른 후, 부분 유동을 광학 입구로부터 멀리 그리고 특히 배출 개구를 향해 예를 들어 최대 180°만큼 편향시킨다.
또한, 오버플로 개구를 통해 흐르는 동안 또는 오버플로 개구를 통해 흐른 후에 부분 유동을 광학 입구로부터 멀리 그리고 특히 배출 개구를 향한 방향으로 편향시키는 수단이 제공될 수 있고, 상기 수단은 유입 개구 및/또는 오버플로 개구로부터 볼 때 광학 입구가 보이지 않게 한다. 즉, 상기 수단은 기하학적으로 유입 개구와 광학 입구 사이에 및/또는 오버플로 개구와 광학 입구 사이에 배치된다. 이 특징은 광학 입구의 전체 공간 범위와 관련될 수 있거나, 광학 입구의 공간 범위의 일부에만 관련되는 경우, 예를 들어 오버플로 개구로부터 볼 때 광학 입구가 부분적으로는 보이고 부분적으로는 상기 수단에 의해 은폐되는 경우, 이미 충족될 수 있다.
바람직하게, 배출 개구는 보호 튜브 모듈의 하우징 바디 반대편 단부면에 형성되고, 유입 개구는 광학 입구로부터 배출 개구를 향하는 방향으로 광학 입구로부터 볼 때 배출 개구 앞에 배치될 수 있다. 즉, 배출 개구는 보호 튜브 모듈 또는 입자 센서의 말단에 배치되고, 적어도 하나의 유입 개구는 배출 개구에 근접하게 배치된다. 입자 센서가 유동 채널 내에 배치될 때, 이러한 배치는 배출 개구의 위치에서 측정 가스 유동이 유입 개구의 위치에서보다 더 빠른 속도를 갖게 한다. 이 경우, 유입 개구의 위치에서 정압은 배출 개구의 위치에서보다 더 높고, 보호 튜브 모듈 또는 입자 센서의 내부에서 유입 개구로부터 배출 개구로 부분 유동이 흐른다.
다수의 유입 개구도 제공될 수 있다. 예를 들어, 6 내지 12개의 유입 개구가 제공될 수 있다. 이들 중 일부 또는 전부는 광학 입구로부터 배출 개구를 향하는 방향으로 동일한 높이에 배치될 수 있다. 본 출원의 범위에서 유입 개구에 대해 설명된 것은 유입 개구들 중 다수 또는 전부에 적용된다. 대안으로서, 유입 개구는 또한 제 1 보호 튜브와 제 2 보호 튜브 사이에 존재하는 환형 갭의 개방 입구로서 설계될 수 있다.
다수의 오버플로 개구들이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 4 내지 12개의 오버플로 개구가 제공될 수 있다. 이들 중 일부 또는 전부는 광학 입구로부터 배출 개구를 향하는 방향으로 동일한 높이에 배치될 수 있다. 본 출원의 범위에서 오버플로 개구에 대해 설명된 것은 상기 오버플로 개구들 중 다수 또는 전부에 적용된다.
유입 개구가 광학 입구로부터 배출 개구를 향하는 방향으로 광학 입구로부터 볼 때 오버플로 개구 뒤에 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 배치는 부분 유동이 먼저 광학 입구를 향한 방향으로 흐르게 한다. 편향 후 부분 유동이 레이저 포커스로 향한 다음 배출 개구를 통해 보호 튜브 모듈을 빠져나갈 수 있다.
레이저 포커스는 바람직하게 부분 유동으로부터 유체 차폐되는 영역의 외부에 있다. 그 대신, 레이저 포커스는 특히 부분 유동이 접근하는 영역에 있다.
본 발명의 실시예들이 도면에 도시되어 있고 이하의 설명에서 더 상세하게 설명된다. 상이한 도면들에서 동일한 도면 부호는 각각 동일한 또는 적어도 기능 면에서 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에서 바람직하게 사용되는 레이저 유도 백열에 기초한 측정 원리를 도시한다.
도 2는 센서의 기능를 설명하기 위한 기본 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 입자 센서의 기본 구조의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 세 가지 변형을 도시한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 세 가지 변형을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예를 도시한다.
도 1은 레이저 유도 백열에 기초한 측정 원리를 도시한다. 고강도의 레이저 광(10)은 입자(12), 예를 들어 그을음 입자(soot particle)에 부딪힌다. 레이저 광(10)의 강도가 높아서 입자(12)에 의해 흡수된 레이저 광(10)의 에너지가 입자(12)를 섭씨 수천도로 가열한다. 가열의 결과로서, 입자(12)는 자발적으로 그리고 실질적으로 우선 방향없이 열 복사 형태의 상당한 방사선(14)을 방출한다. 따라서, 열 복사 형태로 방출되는 방사선(14)의 일부가 입사 레이저 광(10)의 방향과 반대로 방출된다.
도 2는 입자 센서(16)의 기능을 설명하기 위한 기본 구조를 개략적으로 도시한다. 여기서, 입자 센서(16)는 CW 레이저 모듈(CW:continuous wave)로 설계된 레이저(18)를 포함하며, 상기 레이저의 바람직하게는 시준된 레이저 광(10)은 레이저(18)의 빔 경로에 배치된 적어도 하나의 수렴 렌즈(20)에 의해 매우 작은 포커스(22)에 포커싱되고, 상기 포커스(22)에서 레이저 광(10)의 강도는 레이저 유도 백열을 위해 충분히 높다. 본 발명은 CW 레이저의 사용으로 제한되지 않는다. 펄스 방식으로 작동되는 레이저를 사용하는 것도 가능하다.
스폿(22)의 치수는 수 ㎛의 범위, 특히 최대 200 ㎛의 범위에 있어서, 스폿(22)을 가로 지르는 입자(12)는 레이저 유도 백열에 의해 또는 화학 반응(특히, 산화)에 의해 평가 가능한 방사 출력을 방출하도록 자극된다. 그 결과, 스팟(22)에는 항상 최대 하나의 입자(12)가 있고 입자 센서(16)의 순간 측정 신호는 상기 최대 하나의 입자(12)에서만 발생하는 것이 가정될 수 있다. 측정 신호는 검출기(26)에 의해 생성되고, 상기 검출기(26)는 스폿(22)을 통해 날아가는 입자(12)로부터 방출되는 방사선(14), 특히 열 복사를 검출하는 방식으로 입자 센서(16)에 배치된다. 이를 위해, 검출기(26)는 바람직하게는 적어도 하나의 광 다이오드(26.1)를 포함한다. 이에 따라, 기본적으로 크기 및 속도와 같은 입자(12)에 대한 정보를 추출할 수 있게 하는 개별 입자 측정이 가능해진다.
도 3은 본 발명에 따른 입자 센서(16)의 기본 구조를 예시적으로 도시한다.
입자 센서(16)는 제 1 외부 보호 튜브(210) 및 제 2 내부 보호 튜브(220)로 이루어진 장치를 포함한다. 보호 튜브들의 장치는 여기에 개략적으로만 도시되어 있으며, 이 점에서 도 4, 도 5 및 도 6이 참조된다.
입자 센서(16)는 바람직하게는 시준된 레이저 광(10)을 생성하는 레이저(18)를 포함한다. 빔 스플리터(34)는 레이저 광(10)의 빔 경로에 위치한다. 편향없이 빔 스플리터(34)를 통과하는 레이저 광(10)의 일부는 수렴 렌즈(20)를 통해 매우 작은 포커스(22)에 포커싱된다. 이 포커스(22)에서, 광 강도는 배기 가스(32)와 함께 운반된 입자(12)를 섭씨 수천도로 가열하기에 충분히 높기 때문에 가열된 입자(12)가 열 복사 형태의 상당한 방사선(14)을 방출한다. 이 방사선(14)은 예를 들어 근적외선 및 가시 스펙트럼 범위에 있으며, 본 발명은 이 스펙트럼 범위의 방사선(14)으로 제한되지 않는다. 열 복사 형태로 방출되는 이러한 무지향성 방사선(14)의 일부는 수렴 렌즈(20)에 의해 검출되고 빔 스플리터(34)를 통해 검출기(26)로 향한다. 이 구조는, 동일한 광학 장치, 특히 동일한 수렴 렌즈(20)가 포커스(22)을 생성하기 위해 그리고 입자(12)로부터 방출되는 방사선(14)을 검출하기 위해 사용되기 때문에, 배기 가스(32)를 향한 단 하나의 광학 입구(40)가 필요하다는 장점을 갖는다. 배기 가스(32)는 측정 가스의 일례이다. 측정 가스는 다른 가스 또는 가스 혼합물, 예를 들어 실내 공기일 수도 있다.
레이저(18)는 레이저 다이오드(36) 및 제 2 렌즈(38)를 포함하며, 상기 제 2 렌즈(38)는 바람직하게는 레이저 다이오드(36)로부터 방출되는 레이저 광(10)을 시준한다. 레이저 다이오드(36)의 사용은 특히 저렴하고 쉽게 관리할 수 있는 레이저 광(10) 생성 가능성을 나타낸다. 바람직하게 시준된 레이저 광(10)은 수렴 렌즈(20)에 의해 포커싱된다.
광학 입자 센서(16)는 배기 가스에 노출된 제 1 부분(16.1)(배기 가스 측), 및 배기 가스에 노출되지 않으며 입자 센서(16)의 광학 부품을 포함하는 제 2 부분(16.2)(청정 가스 측)을 포함한다. 두 부분은 보호 튜브들(210, 220)과 입자 센서(16)의 광학 요소들 사이에 연장되는 분리벽(16. 3)에 의해 분리된다. 벽(16.3)은 배기 가스(32)로부터 민감한 광학 요소들을 격리하는 역할을 한다. 윈도우로서 설계된 광학 입구(40)는 분리벽(16.3)에서 레이저 광(10)의 빔 경로에 부착되고, 상기 광학 입구(40)를 통해 레이저 광(10)이 배기 가스(32) 내로 입사되며, 포커스(22)로부터 나온 방사선(14)은 상기 광학 입구(40)를 통해 수렴 렌즈(20)로 그리고 거기서부터 빔 스플리터(34)를 통해 검출기(26)로 입사될 수 있다.
여기에 도시된 실시예에 대한 대안으로서, 포커스(22)의 생성 및 포커스(22) 내의 입자로부터 방출되는 방사선(14)의 검출은 별도의 광학 빔 경로를 통해서도 이루어질 수 있다.
단지 실시예로서 여기에 제시된 것과는 다른 렌즈 조합으로 포커스(22)를 생성하는 것도 가능하다. 또한, 입자 센서(16)는 실시예를 위해 여기에 제시된 레이저 다이오드(36)와는 다른 레이저 광원으로도 구현될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 배기 가스에 노출되지 않는 제 2 부분(16.2)에 배치된 부품들은 더 나은 명확성을 위해 도 4a에서 생략되어 있다. 이 점에서, 도 3이 참조될 수 있다.
입자 센서(16)는 하우징 바디(300), 및 배기 가스 측에서 상기 하우징 바디(300)에 고정된 보호 튜브 모듈(200)로 구성된 하우징(100)을 포함한다.
하우징 바디(300)는 원통형 하우징 바디 슬리브(310), 및 상기 하우징 바디 슬리브(310) 상으로 밀릴 수 있는 유니온 스크류(320)로 구성된다.
하우징 바디 슬리브(310)는 배기 가스를 향하는 측면에서 광학 입구(40)를 형성하는 광학 윈도우에 의해 기밀 방식으로 폐쇄되는 관통 채널(311)을 포함한다. 따라서, 입자 센서(16)의 배기 가스에 노출되지 않은 제 2 부분(16.2)은 광학 입구(40)의 배기 가스 반대편 측에 위치한다.
하우징 바디 슬리브(310)는 또한 배기 가스를 향하는 단부에 환형 지지 요소(312)를 포함하며, 상기 지지 요소(312)의 배기 가스 측은 예를 들어 배기관의 연결부에 설치하기 위해 제공된다. 지지 요소(312)의 배기 가스 반대편 측은 유니온 스크류(320)에 의해 작용한다. 유니온 스크류(320)는 재킷면에 외부 나사산(323)과 육각형 프로파일(322)을 가지고 있어서 입자 센서(16)가 예를 들어, 내연 기관의 배기관에 고정될 수 있다.
지지 요소(312)의 배기 가스 측에서, 보호 튜브 모듈(200)은 입자 센서(16)의 배기 가스에 노출된 부분(16.1)에서 하우징 바디 슬리브(310)에 고정된다. 이 예에서, 보호 튜브 모듈(200)은 제 1 보호 튜브(210), 제 2 보호 튜브(220) 및 제 3 보호 튜브(230)를 포함한다.
제 1 보호 튜브(210)는 하우징 바디 슬리브(310)의 지지 요소(312)에 고정된, 예를 들어 용접된 포트 림(211)을 갖는 포트 형상이다. 제 1 보호 튜브(210)는 또한 재킷면을 형성하는 포트 벽(212), 및 포트 바닥(213)을 포함한다. 포트 벽(212)에서 포트 바닥(213) 근처에, 입자 센서(16)의 예를 들어 12개의 유입 개구(101)로 이루어진 구멍 링이 형성된다.
제 2 보호 튜브(220)는 실질적으로 모자 형상을 가지며, 실질적으로 제 1 보호 튜브(210)의 내부에 배치된다. 제 2 보호 튜브(220)의 반경 방향 플랜지 섹션(221)은 하우징 바디 슬리브(310)의 지지 요소(312) 상에 축 방향으로 그리고 제 1 보호 튜브(210)의 포트 벽(212)의 내부면에 반경 방향으로 안착된다. 제 2 보호 튜브(220)의 반경 방향 플랜지 섹션(221)에는, 환형 단차(222)를 통해 테이퍼되는, 제 2 보호 튜브(220)의 오버플로 개구 섹션(223)이 이어진다. 오버플로 개구 섹션(223)에는 예에서 12개의 오버플로 개구(103)로 구성된 구멍 링이 제공되며, 상기 오버플로 개구들(103)은 제 1 보호 튜브(210)와 제 2 보호 튜브(220) 사이에 형성된 환형 공간(240)을 제 2 보호 튜브(220)의 내부에 형성된 가스 공간(250)에 연결한다. 제 2 보호 튜브(220)의 오버플로 개구 섹션(223)에는 원추형으로 테이퍼되는 영역(224)이 이어지고, 상기 원추형으로 테이퍼되는 영역(224)에는 제 2 보호 튜브(220)의 컵형 단부 영역(225)이 이어지며, 제 2 보호 튜브(220)의 재킷면(225.1)은 제 1 보호 튜브(210)의 포트 바닥(213) 내의 개구 내로 압입된다. 제 2 보호 튜브(220)의 단부 영역(225)의 단부면(225.2)에는 입자 센서(16)의 배출 개구(102)가 제공되며, 상기 배출 개구(1020)는 본 예에서 단부면(225.2) 자체보다 약간만 더 작다.
제 3 보호 튜브(230)는 제 2 보호 튜브(220) 내부에 배치된다. 제 3 보호 튜브(230)는 지지 요소(312)의 개구(312.1) 내로 압입되는 제 1 직선 원통형 섹션(231)을 포함한다. 제 3 보호 튜브(230)의 직선 원통형 섹션(231)에는 원추형으로 테이퍼되는 섹션(232)이 이어지고, 상기 섹션(232)은 제 3 보호 튜브(230)의 배기 가스를 향한 측면(233)에서 개방된다.
예를 들어 광학 입구(40)로부터 배출 개구(102)로 향하는 방향에 의해 정의되는 축 방향(400)을 따라, 제 3 보호 튜브(230)의 원추형으로 테이퍼되는 섹션(232)은 제 2 보호 튜브(220) 내의 오버플로 개구(103)와 동일한 축 방향 높이에 놓인다.
입자 센서(16) 및 특히 하우징(100)의 구조로 인해, 배기 가스(32)의 유동으로부터 부분 유동(321)이 빼내질 수 있으며, 상기 부분 유동(321)은 먼저 제 1 보호 튜브(210) 내에 배치된 입자 센서(16)의 유입 개구(101)를 통해 제 1 보호 튜브(210)와 제 2 보호 튜브(220) 사이에 배치된 환형 공간(240) 내로 들어가고, 거기서부터 제 2 보호 튜브(220) 내의 오버플로 개구들(103)을 통해 제 2 보호 튜브(220) 내부에 배치된 가스 공간(250) 내로 들어가며, 거기서 제 3 보호 튜브(230)의 원추형으로 테이퍼되는 섹션(232)을 통해 편향되고, 끝으로 배출 개구(102)를 통해 제 2 보호 튜브(220) 및 그에 따라 보호 튜브 모듈(200)을 다시 빠져나간다.
제 3 보호 튜브(230)의 원추형으로 테이퍼되는 섹션(232)에서의 편향에 의해, 부분 유동(321)이 광학 입구(40)에 도달하지 않게 된다. 상기 광학 입구(40)는 부분 유동(321)으로부터 차폐된 영역(500) 내에 놓인다. 따라서, 배기 가스(32)에 포함된 입자(12)가 광학 입구(40)를 오염시킬 수 없다.
도 4b는 입자 센서(16)의 유입 개구(101)가 단순한 구멍들이 아니라 소용돌이 플랩(101.1)을 구비한 구멍들로서 설계되는 변형을 도시한다. 소용돌이 플랩(101.1)은, 제 1 보호 튜브(210)의 재킷면(212)에 접하는 성분, 및 하우징 바디(300)를 향하는, 즉 도 4b에서 아래쪽을 향하는 성분을 갖는 유동 방향을 환형 공간(240) 내로 유입되는 부분 유동(321)에 부과하도록 정렬된다.
관련 소용돌이 플랩(101.1)과 구멍의 조합체로서 유입 개구(101)는 예를 들어 제 1 보호 튜브(210)의 영역의 절단 및 가압에 의해 제조될 수 있다.
도 4c는 도 4a에 도시된 입자 센서(16)의 또 다른 변형을 도시한다. 차이점은 유입 개구(101)가 제 1 보호 튜브(210)의 포트 벽(212)에 형성되지 않고 제 1 보호 튜브(210)의 포트 바닥(213) 내의 구멍 링에 형성된다는 것이다.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 배기 가스에 노출되지 않은 제 2 부분(16.2)에 배치된 부품들은 더 나은 명확성을 위해 도 5a에서 생략되어 있다. 이 점에서, 도 3이 참조될 수 있다.
입자 센서(16)는 하우징 바디(300) 및 배기 가스 측에서 상기 하우징 바디(300)에 고정된 보호 튜브 모듈(200)로 구성된 하우징(100)을 포함한다.
하우징 바디(300)는 원통형 하우징 바디 슬리브(310), 및 상기 하우징 바디 슬리브(310) 상으로 밀릴 수 있는 유니온 스크류(320)로 구성된다.
하우징 바디 슬리브(310)는 배기 가스를 향하는 측면에서 광학 입구(40)를 형성하는 광학 윈도우에 의해 기밀 방식으로 폐쇄되는 관통 채널(311)을 포함한다. 따라서, 입자 센서(16)의 배기 가스에 노출되지 않은 제 2 부분(16.2)은 광학 입구(40)의 배기 가스 반대편 측에 위치한다.
하우징 바디 슬리브(310)는 배기 가스를 향하는 단부에 환형 지지 요소(312)를 포함하며, 상기 지지 요소(312)의 배기 가스 측은 예를 들어 배기관의 연결부에 설치하기 위해 제공된다. 지지 요소(312)의 배기 가스 반대편 측은 유니온 스크류(320)에 의해 작용한다. 유니온 스크류(320)는 그 재킷면에 외부 나사산(323)과 육각형 프로파일(322)을 포함하므로 입자 센서(16)가 예를 들어, 내연 기관의 배기관에 고정될 수 있다.
지지 요소(312)의 배기 가스 측에서, 보호 튜브 모듈(200)은 입자 센서(16)의 배기 가스에 노출된 부분(16.1)에서 하우징 바디 슬리브(310)에 고정된다. 이 예에서, 보호 튜브 모듈(200)은 제 1 보호 튜브(210) 및 제 2 보호 튜브(220)를 포함한다.
제 1 보호 튜브(210)는 하우징 바디 슬리브(310)의 지지 요소(312)에 고정되는, 예를 들어 용접되는 포트 림(211)을 갖는 포트 형상이다. 제 1 보호 튜브(210)는 또한 재킷면을 형성하는 포트 벽(212)을 포함한다. 포트 벽(212)은 환형 숄더 면(216)을 통해 계단형으로 테이퍼된다. 인접한 원추형으로 테이퍼되는 섹션(217)은 단부면에 중앙 개구를 포함하며, 상기 중앙 개구는 입자 센서(16)의 배출 개구(102)이다.
제 2 보호 튜브(220)는 실질적으로 양측이 개방된 계단형 슬리브의 형상을 갖는다. 제 2 보호 튜브(220)는 제 1 보호 튜브(210)의 내부에 배치된다. 제 2 보호 튜브(220)의 반경 방향 플랜지 섹션(221)은 하우징 바디 슬리브(310)의 지지 요소(312)에 축 방향으로 그리고 제 1 보호 튜브(210)의 포트 벽(212)의 내부면에 반경 방향으로 안착된다. 제 2 보호 튜브(220)의 반경 방향 플랜지 섹션(221)에는, 환형 단차(222)을 통해 테이퍼되며 제 2 보호 튜브(220)의 실질적으로 원통형인 오버플로 개구 섹션(223)이 이어진다. 오버플로 개구 섹션(223)에는, 제 1 보호 튜브(210)와 제 2 보호 튜브(220) 사이에 형성된 환형 공간(240)을 제 2 보호 튜브(220) 내부에 형성된 가스 공간(250)에 연결하는, 예에서 8개의 오버플로 개구(103)으로 이루어진 구멍 링이 제공된다.
오버플로 개구(103)는 소용돌이 플랩(103.1)을 갖는 구멍으로서 설계되고, 상기 소용돌이 플랩(103.1)은 환형 공간(240)으로부터 가스 공간(250) 내로 유입되는 부분 유동(321)에, 광학 입구로부터 멀리 향하며 배출 개구(102)를 향하는 방향을 부과한다.
관련 소용돌이 플랩(103.1)과 구멍의 조합체로서 오버플로 개구(103)는 예를 들어 제 2 보호 튜브(220)의 영역의 절단 및 가압에 의해 제조될 수 있다.
이 예에서, 제 2 보호 튜브(220)의 오버플로 개구 섹션(223)의 배기 가스를 향한 단부 섹션(223.1)은 제 1 보호 튜브(210)의 포트 벽(212)의 테이퍼된 섹션에서 편평한 밀봉 지지면(223.2)을 형성한다.
입자 센서(16) 및 특히 하우징(100)의 구조로 인해, 배기 가스(32)의 유동으로부터 부분 유동(321)이 빼내질 수 있으며, 이 부분 유동은 먼저 제 1 보호 튜브(210)에 배치된 입자 센서(16)의 유입 개구(101)를 통해, 제 1 보호 튜브(210)와 제 2 보호 튜브(220) 사이에 배치된 환형 공간(240) 내로 이르고, 거기서부터 제 2 보호 튜브(220) 내의 오버플로 개구(103)를 통해 제 2 보호 튜브(220)의 내부에 배치된 가스 공간(250) 내로 이른다. 오버플로 개구(103)를 통과할 때, 광학 입구(40)로부터 멀어지는, 도 5a에서 위쪽을 향한 방향이 부과된다. 이 점에서, 광학 입구(40)는 부분 유동(321)으로부터 차폐된 영역(500)에 놓인다. 따라서, 배기 가스(32)에 포함된 입자(12)가 광학 입구(40)를 오염시킬 수 없다.
도 5b는 입자 센서(16)의 유입 개구(101)가 단순한 구멍이 아니라 소용돌이 플랩(101.1)을 구비한 구멍으로서 설계되는 변형을 도시한다. 소용돌이 플랩(101.1)은, 제 1 보호 튜브(210)의 재킷면(212)에 접하는 성분 및 하우징 바디(300)를 향하는, 즉 도 5b에서 아래쪽을 향하는 성분을 갖는 유동 방향을 환형 공간(240) 내로 유입되는 부분 유동(321)에 부과하도록 정렬된다.
관련 소용돌이 플랩(101.1)과 구멍의 조합체로서 유입 개구(101)는 예를 들어 제 1 보호 튜브(210)의 영역의 절단 및 가압에 의해 제조될 수 있다.
도 5c는 도 5a에 도시된 입자 센서(16)의 또 다른 변형을 도시한다. 차이점은 유입 개구(101)가 제 1 보호 튜브(210)의 포트 벽(212)에 형성되지 않고 제 1 보호 튜브(210)의 포트 바닥(213) 내의 구멍 링에 형성된다는 것이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예를 도시한다. 배기 가스에 노출되지 않은 제 2 부분(16.2)에 배치된 부품들은 더 나은 명확성을 위해 도 6에서 생략되어 있다. 이 점에서, 도 3이 참조될 수 있다.
입자 센서(16)는 하우징 바디(300), 및 배기 가스 측에서 상기 하우징 바디(300)에 고정된 보호 튜브 모듈(200)로 구성된 하우징(100)을 포함한다.
하우징 바디(300)는 배기 가스를 향한 측면에서 광학 입구(40)를 형성하는 광학 윈도우에 의해 기밀 방식으로 폐쇄되는 관통 채널(311)을 포함한다. 따라서, 입자 센서(16)의, 배기 가스에 노출되지 않은 제 2 부분(16.2)은 광학 입구(40)의 배기 가스 반대편 측면에 위치한다.
하우징 바디(300)는 그 재킷면에 예를 들어 외부 나사산(323) 및 육각형 프로파일(322)을 포함하므로, 입자 센서(16)는 예를 들어 내연 기관의 배기관에 고정될 수 있다.
배기 가스 측에서, 보호 튜브 모듈(200)은 입자 센서(16)의 배기 가스에 노출된 부분(16.1)에서 하우징 바디(300)에 고정된다. 이 예에서, 보호 튜브 모듈(200)은 제 1 보호 튜브(210) 및 제 2 보호 튜브(220)로 구성된다.
제 1 보호 튜브(210)는 하우징 바디(300)에 고정되는, 예를 들어 용접되는 포트 림(211)을 갖는 포트 형상이다. 제 1 보호 튜브(210)는 또한 재킷면을 형성하는 포트 벽(212)을 갖는다.
제 2 보호 튜브(220)는 실질적으로 모자 형상이며 제 1 보호 튜브(210)의 내부에 반경 방향으로 배치된다. 제 2 보호 튜브(220)의 모자 테두리 섹션(221')은 하우징 바디(300)에 축 방향으로 그리고 제 1 보호 튜브(210)의 포트 벽(212)의 내부면에 반경 방향으로 안착된다. 예에서 8개인 오버플로 개구(103)의 구멍 링은 모자 테두리 섹션(221') 내에 배치된다. 따라서, 오버플로 개구들(103)은 하우징 바디(300)의 방향을 가리키고, 제 1 보호 튜브(210)와 제 2 보호 튜브(220) 사이에 형성된 환형 공간(240)과 제 2 보호 튜브(220)의 내부에 형성된 가스 공간(250) 사이의 가스 교환을 가능하게 한다.
제 2 보호 튜브(220)의 모자 테두리 섹션(221')에는 반경 방향으로 폐쇄되고 축 방향으로 양측이 개방된 모자 재킷 섹션(222')이 이어진다. 모자 재킷 섹션(222')의 배기 가스를 향하는 개방 단부는 입자 센서(16)의 배출 개구(102)를 형성한다. 환형 공간(240)의 배기 가스를 향하는 개방 단부는 입자 센서(16)의 유입 개구(101)를 형성한다.
적어도 하나의 리세스(305)가 오버플로 개구(103) 반대편에서 하우징 바디(300)의 배기 가스를 향하는 단부면에 형성된다. 이 리세스(305)는 오버플로 개구(103)를 통과하는 부분 유동(321)을, 광학 입구(40)로부터 멀어지고 배출 개구(102)를 향해, 예에서 거의 180°만큼 편향시킨다.
각각의 오버플로 개구(103)에는 하우징 바디(300)의 단부면에 개별 리세스(305), 예를 들어 평면도로 볼 때 둥근 단면을 갖는 보울형 리세스(305)가 제공될 수 있다. 그러나 모든 오버플로 개구(103)에 대해 공통적으로 반대편에 있는, 단일 원주 방향 홈 형태의 단일 리세스(305)가 하우징 바디(300)의 단부면에 제공될 수도 있다.
입자 센서(16) 및 특히 하우징(100)의 구조로 인해, 배기 가스(32)의 유동으로부터 부분 유동(321)이 빼내질 수 있으며, 이 부분 유동(321)은 먼저 제 1 보호 튜브(210)에 배치된 입자 센서(16)의 유입 개구(101)를 통해 제 1 보호 튜브(210)와 제 2 보호 튜브(220) 사이에 배치된 환형 공간(240) 내로 이르고, 거기서부터 제 2 보호 튜브(220) 내의 오버플로 개구들(103)을 통해 제 2 보호 튜브(220)의 내부에 배치된 가스 공간(250) 내로 이른다.
하우징 바디(300) 내의 리세스(305)에서의 편향에 의해, 부분 유동(321)이 광학 입구(40)에 도달하지 않게 된다. 이 점에서, 광학 입구(40)는 부분 유동(321)으로부터 차폐된 영역(500)에 위치한다. 따라서, 배기 가스(32)에 포함된 입자(12)가 광학 입구(40)를 오염시킬 수 없다.
10: 레이저 광
12: 입자
16: 입자 센서
18: 레이저
40: 광학 입구
100: 하우징
101: 유입 개구
102: 배출 개구
103: 오버플로 개구
200: 보호 튜브 모듈
210: 제 1 보호 튜브
220: 제 2 보호 튜브
230: 제 3 보호 튜브
250: 가스 공간
300: 하우징 바디
305: 리세스
321: 부분 유동

Claims (14)

  1. 측정 가스 유동에서 입자(12)를 검출하기 위한, 특히 버너 또는 내연 기관의 배기 가스 채널에서 그을음 입자를 검출하기 위한 입자 센서로서, 상기 입자 센서는 레이저 광(10)을 생성 또는 공급하기 위한 수단, 레이저 광(10)을 포커싱하기 위한 수단(10), 및 열 복사를 검출 또는 전달하기 위한 수단을 포함하고, 상기 입자 센서(16)는 측정 가스에 노출된 영역(16.1)을 측정 가스에 노출되지 않은, 측정 가스 반대편 영역(16.2)으로부터 분리하는 적어도 하나의 광학 입구(40)를 포함하며, 레이저 광(10)을 생성 또는 공급하기 위한 수단 및/또는 열 복사를 검출 또는 전달하기 위한 수단은 측정 가스 반대편 영역(16.2)에 배치되고, 상기 입자 센서(16)가 측정 가스 유동에서 부분 유동(321)을 빼내어 레이저 포커스(22)에 공급하고, 추가로 상기 광학 입구(40)를 상기 부분 유동(321)에 대해 유체 차폐하는, 입자 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 센서(16)는 하우징(100)을 포함하고, 상기 하우징 내에 또는 상에 상기 광학 입구(40)가 배치되며, 상기 하우징(100)은 상기 측정 가스 유동으로부터 부분 유동(321)을 빼내어 상기 하우징(100)의 내부로 유입시킬 수 있는 적어도 하나의 유입 개구(101), 및 상기 부분 유동(321)이 상기 하우징(100)을 빠져나가게 하는 적어도 하나의 배출 개구(102)를 포함하고, 상기 부분 유동(321)을 상기 광학 입구(40) 반대편 방향으로 편향시키는 차폐부가 상기 하우징(100) 내부에 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 차폐부는 상기 부분 유동(321)을 상기 광학 입구(40)를 향한 방향으로부터 상기 광학 입구(40) 반대편 방향으로 편향시키는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 차폐부는 상기 부분 유동(321)을 상기 유입 개구(101)로부터 상기 광학 입구(40)를 향한 방향으로부터 상기 광학 입구(40)로부터 멀리 상기 배출 개구(102)를 향한 방향으로 편향시키는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(100)은 하우징 바디(300)를 포함하고, 상기 하우징 바디 내에 또는 상에 상기 광학 입구(40)가 배치되며, 상기 하우징(100)은 또한 상기 하우징 바디(300)에 고정되거나 상기 하우징 바디(300)와 일체인 보호 튜브 모듈(200), 상기 측정 가스 유동으로부터 부분 유동(321)을 빼내어 상기 보호 튜브 모듈(200)의 내부로 유입시킬 수 있는 적어도 하나의 유입 개구(101), 및 상기 부분 유동(321)이 상기 보호 튜브 모듈(200)을 빠져나가게 하는 적어도 하나의 배출 개구(102)를 포함하고, 상기 부분 유동(321)을 상기 광학 입구(40) 반대편 방향으로 편향시키는 차폐부가 상기 보호 튜브 모듈(200)의 내부에 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 보호 튜브 모듈(200)은 제 1 보호 튜브(210)를 포함하고, 상기 보호 튜브(210)는 상기 측정 가스 유동으로부터 부분 유동(321)을 빼내어 상기 보호 튜브 모듈(200)의 내부로 유입시킬 수 있는 적어도 하나의 유입 개구(101)를 포함하며, 상기 보호 튜브 모듈(200)은 제 2 보호 튜브(220)를 포함하고, 상기 제 2 보호 튜브(220)는 상기 제 1 보호 튜브(210) 내에 배치되므로, 상기 제 1 보호 튜브(210)와 상기 제 2 보호 튜브(220) 사이에 환형 공간(240)이 형성되며, 상기 제 2 보호 튜브((220)는 상기 부분 유동(321)이 상기 환형 공간(240)으로부터 상기 제 2 보호 튜브(220)의 내부에 배치된 가스 공간(250) 내로 흐르게 하는 적어도 하나의 오버플로 개구(103)를 포함하고, 상기 배출 개구(102)는 상기 제 1 보호 튜브(210) 또는 상기 제 2 보호 튜브(220)에 형성되며, 상기 오버플로 개구(103)를 통해 흐르는 동안 또는 상기 오버플로 개구(103)를 통해 흐른 후에 상기 부분 유동(321)을 상기 광학 개구(40)로부터 멀리 상기 배출 개구(102)를 향한 방향으로 편향시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 오버플로 개구(103)를 통해 흐르는 동안 또는 상기 오버플로 개구(103)를 통해 흐른 후에 상기 부분 유동(321)을 상기 광학 개구(40)로부터 멀리 상기 배출 개구(102)를 향한 방향으로 편향시키는 수단은 상기 제 2 보호 튜브(220)의 오버플로 개구(103)에 형성되며 상기 광학 개구(40)으로부터 멀리 상기 배출 개구(102)를 향하는 방향을 가리키는 적어도 하나의 소용돌이 플랩(103')이고 및/또는 상기 제 2 보호 튜브(220) 내에 배치되며 상기 광학 개구(40)로부터 상기 배출 개구(102)를 향한 방향으로 상기 오버플로 개구(103)의 높이에서 원추형으로 또는 계단형으로 테이퍼되는 제 3 보호 튜브(230)이거나, 상기 광학 입구(40)로부터 멀리 향한 상기 하우징 바디(300)의 단부면에 형성된 리세스(305), 예를 들어 상기 제 2 보호 튜브(220)의 상기 오버플로 개구(103) 반대편에 있는 홈인 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 오버플로 개구(103)를 통해 흐르는 동안 또는 상기 오버플로 개구(103)를 통해 흐른 후에 상기 부분 유동(321)을 상기 광학 개구(40)로부터 멀리 상기 배출 개구(102)를 향한 방향으로 편향시키는 수단은 상기 유입 개구(101) 및/또는 상기 오버플로 개구(103)로부터 볼 때 상기 광학 입구(40)가 완전히 또는 부분적으로 보이지 않게 하는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출 개구(102)는 상기 하우징 바디(300) 반대편에 있는 상기 보호 튜브 모듈(200)의 단부면에 형성되고, 상기 유입 개구(101)는 상기 광학 입구(40)로부터 상기 배출 개구(102)를 향하는 방향으로 상기 광학 입구(40)로부터 볼 때 상기 배출 구멍(102) 앞에 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의, 특히 6 내지 12개의 유입 개구(101)가 제공되고, 상기 유입 개구들은 모두 상기 광학 개구(40)로부터 상기 배출 개구(102)를 향하는 방향으로 동일한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 보호 튜브(220)는 적어도 다수의, 특히 4 내지 12개의 오버플로 개구(103)를 포함하고, 상기 오버플로 개구들(103)은 모두 상기 광학 개구(40)로부터 상기 배출 개구(102)를 향하는 방향으로 동일한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  12. 제 9 항 및 제 11 항에 있어서, 상기 유입 개구들(101)은 모두 상기 광학 개구(40)로부터 상기 배출 개구(102)를 향하는 방향으로 상기 광학 개구(40)로부터 볼 때 상기 오버플로 개구들(103) 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 포커스(22)는 유체 차폐된 영역(500) 외부에 있는 것을 특징으로 하는 입자 센서.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 광(10)을 생성하기 위한 수단은 레이저(18)이고 및/또는 상기 레이저 광(10)을 공급하기 위한 수단은 광섬유이고 및/또는 상기 포커싱하기 위한 수단은 렌즈, 특히 렌즈로서 설계된 광학 개구(40)이고 및/또는 열 복사를 검출하기 위한 수단은 광 검출기(26)이고 및/또는 상기 열 복사를 전달하기 위한 수단은 광 섬유이고 및/또는 상기 광학 개구(40)는 윈도우 또는 광 섬유인 것을 특징으로 하는 입자 센서.
KR1020217012491A 2018-10-31 2019-09-20 광학 입자 센서, 특히 배기 가스 센서 KR20210083268A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018218734.7 2018-10-31
DE102018218734.7A DE102018218734A1 (de) 2018-10-31 2018-10-31 Optischer Partikelsensor, insbesondere Abgassensor
PCT/EP2019/075369 WO2020088843A1 (de) 2018-10-31 2019-09-20 Optischer partikelsensor, insbesondere abgassensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210083268A true KR20210083268A (ko) 2021-07-06

Family

ID=67999675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217012491A KR20210083268A (ko) 2018-10-31 2019-09-20 광학 입자 센서, 특히 배기 가스 센서

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11761854B2 (ko)
EP (1) EP3874253A1 (ko)
JP (1) JP7137009B2 (ko)
KR (1) KR20210083268A (ko)
CN (1) CN113039426A (ko)
DE (1) DE102018218734A1 (ko)
WO (1) WO2020088843A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI771806B (zh) * 2020-11-18 2022-07-21 財團法人工業技術研究院 微粒感測裝置
DE102021204212A1 (de) 2021-04-28 2022-11-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optischer Partikelsensor, insbesondere Abgassensor
DE102021204213A1 (de) 2021-04-28 2022-11-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optischer Partikelsensor, insbesondere Abgassensor
DE102021214882A1 (de) 2021-12-22 2023-06-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optischer Partikelsensor, insbesondere Abgassensor
DE102021214992A1 (de) 2021-12-23 2023-06-29 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Abgassensorvorrichtung und Abgas-Bypasskühler mit einem Abgassensor
DE102021215037A1 (de) 2021-12-27 2023-06-29 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optischer Partikelsensor, insbesondere Abgassensor
CN115508291B (zh) * 2022-11-08 2023-04-11 浙江浙大鸣泉科技有限公司 一种光学气体检测装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5083865A (en) * 1990-05-11 1992-01-28 Applied Materials, Inc. Particle monitor system and method
EP0978721B1 (en) * 1998-08-05 2011-04-06 Ngk Spark Plug Co., Ltd Gas sensor
DE10124235B4 (de) * 2001-05-18 2004-08-12 Esytec Energie- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur umfassenden Charakterisierung und Kontrolle des Abgases und der Regelung von Motoren, speziell von Verbrennungsmotoren, und von Komponenten der Abgasnachbehandlung
GB2459452A (en) 2008-04-22 2009-10-28 Rolls Royce Plc Continuous wave laser induced incandescence detector
DE102008041038B4 (de) * 2008-08-06 2023-05-25 Robert Bosch Gmbh Gassensor
JP5469553B2 (ja) * 2009-07-17 2014-04-16 日本碍子株式会社 アンモニア濃度検出センサ
JP4856751B2 (ja) * 2009-11-27 2012-01-18 日本碍子株式会社 ガス濃度検出センサー
DE102011079769A1 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Partikelkonzentration in einem Aerosol
WO2013070352A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-16 Universal Analyzers Inc. Fluid flow sampling device
DE102013207629A1 (de) * 2013-04-26 2014-10-30 Robert Bosch Gmbh Optischer Sensor
DE102013221255A1 (de) * 2013-10-21 2015-04-23 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums
WO2017084802A1 (de) * 2015-11-16 2017-05-26 Robert Bosch Gmbh Abgassensor
US10100702B2 (en) * 2016-07-19 2018-10-16 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust particulate matter sensing
JP6730154B2 (ja) * 2016-09-28 2020-07-29 日本特殊陶業株式会社 微粒子測定装置および微粒子測定システム
DE102017207402A1 (de) 2017-05-03 2018-11-08 Robert Bosch Gmbh Optischer Rußpartikelsensor für Kraftfahrzeuge
CN107941761B (zh) * 2017-10-13 2023-07-04 中国科学院上海技术物理研究所 基于行星车舱复合探测***的微区物质分析方法
US11313764B2 (en) * 2019-05-01 2022-04-26 Delphi Technologies Ip Limited Particulate matter sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US20210372886A1 (en) 2021-12-02
US11761854B2 (en) 2023-09-19
EP3874253A1 (de) 2021-09-08
JP7137009B2 (ja) 2022-09-13
DE102018218734A1 (de) 2020-04-30
WO2020088843A1 (de) 2020-05-07
CN113039426A (zh) 2021-06-25
JP2022506195A (ja) 2022-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210083268A (ko) 광학 입자 센서, 특히 배기 가스 센서
ES2811338T3 (es) Monitor de aerosol en tiempo real
EP3220124B1 (en) Particle sensor, and electronic device provided with same
US7375348B1 (en) Micro UV detector
KR101574435B1 (ko) 미세먼지 및 미생물 검출 장치
KR20210087517A (ko) 레이저 유도 백열 원리를 사용하여 유동 유체에서 입자 또는 에어로졸을 검출하기 위한 입자 센서
US9377411B2 (en) Transflexion probe and transflective sensor
US10161859B2 (en) Planar reflective ring
KR20160019790A (ko) 유로 셀을 흐르는 액상물질 및 대기 중 생물입자의 실시간 검출장치
KR20140000152A (ko) 광학식 입자 검출 장치 및 입자 검출 방법
JP2017138223A (ja) 微小物検出装置
US20160074961A1 (en) Laser Machining Nozzle for a Laser Machining Device, and Laser Machining Device
JP6997336B2 (ja) レーザスポットと温度放射スポットとの共焦点配置を有する、レーザ誘起白熱法によって動作する粒子センサ
US6809811B2 (en) Protective shield for an instrument probe
CN109959338A (zh) 距离测量装置
US6967338B1 (en) Micro UV particle detector
US9360424B2 (en) Device for calibrating a scatterometer
US11440135B2 (en) Laser machining nozzle for a laser machining device, and laser machining device
KR20210113241A (ko) 레이저 유도 백열 원리를 사용하여 유동 유체에서 입자 또는 에어로졸을 검출하는 센서 장치
CN116359080A (zh) 光学颗粒传感器，特别是废气传感器
CN217506253U (zh) 一种双远心光机结构及用于煤质分析的光路***
JPH08271424A (ja) 微粒子検出センサ
KR20220142516A (ko) 교체 가능한 투명 커버 요소를 구비한 입자 센서 장치
JP4333542B2 (ja) Ｉｃｐ発光分析装置
DE102021214882A1 (de) Optischer Partikelsensor, insbesondere Abgassensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application