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申请/专利权人：辛创有限公司

摘要：本发明涉及一种用于通过测量被引导穿过介质的光线的散射来确定介质中颗粒特性的方法。光线（2）可以不止一次地被引导穿过散射区（4）。使用相同的传感器（6）测量散射的（5）和未散射的光两者。本发明还涉及一种用于测量诸如烟道气之类的介质中的颗粒的特性的测量装置。

主权项：1.用于基于在散射区4中穿过介质行进的光线2的散射来测量所述介质中包含的颗粒的特性的方法，其特征在于：-通过以下步骤不止一次引导所述光线2穿过所述散射区4，引导所述光线2穿过所述散射区4，由此一部分光从所述介质中包含的颗粒散射，以及引导散射到选定角度的散射光5的部分到传感器6，使用反射镜7,8，再次引导已经沿着直线穿过所述介质行进的未散射光穿过所述散射区4到所述传感器6；-使用相同的传感器6测量所述散射光5和所述未散射光两者，其中光源1、所述传感器6以及所述反射镜7,8在所述散射区4外部。

全文数据：用于测量介质中颗粒的特性的方法和用于测量烟道气中颗粒的特性的装置技术领域本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的方法、根据权利要求9的前序部分所述的测量装置和根据权利要求15的前序部分所述的测量管道。本发明还涉及根据权利要求16的前序部分所述的用于测量颗粒的浓度特征的方法。背景技术根据本发明的方法的领域是关于诸如气体或液体的介质中的颗粒的特性的研究。根据本发明的装置的领域是关于包含在气体（诸如烟道气）中的颗粒（其作为固体颗粒）的特性的研究。根据本发明的装置还适合于研究相对清洁的气体（诸如洁净室空气和职业性空气）的颗粒的特性。气体和液体中的颗粒的特性通常通过观察光线穿过介质行进时的散射来测量。在研究烟道气时，测量装置通常位于烟道中，因此颗粒经过测量区，该测量区容易引发偏移并且因此可能导致不准确的测量。当形成光线时，通常使用激光器作为光源。问题是由烟道气中的湿气和杂质对测量装置的污染引起的。对光学元件的污染引起光强度的变化。由于污染，需要补偿来实现正确的测量结果。已经进行尝试来防止光学元件的污染，其方式为：将光线经开口导向烟道气并远离烟道气，从该开口吹出的诸如空气的清洁气体沿远离光学元件的方向流动并且因此防止烟道气接触元件。这种布置危及测量的准确性，这是因为所吹的清洁气体稀释了烟道气并导致由净化的空气、烟道气层和温度梯度引起的不期望的折射。激光器产生单色光，其散射角取决于光的波长。由激光器产生的光的波长取决于温度。此外，由激光器产生的光的强度取决于光源和电子器件的温度。因此需要温度补偿。由激光器产生的单色光的散射角和强度随着颗粒尺寸的改变而改变。散射光的波长和光强都取决于尺寸和颜色，以及因此取决于颗粒的反射率。已知通过使用发射若干波长的光源（例如发射白光的LED（发光二极管）光源）作为光源来研究介质中包含的颗粒。由于由光源发射的光包含若干波长，所以由颗粒散射的光的波长将不会显著地依赖于颗粒的尺寸。根据上述物理现象，因此可以基于从介质中的颗粒散射的光的强度、散射角和波长来测量、确定和计算各种数据。例如，可确定颗粒的浓度、颗粒的尺寸和颗粒的数量。传统的颗粒测量装置是大且重的，其位于烟道中并使用激光器作为光源。它需要通道以用于进行维护和清洁。此技术以专利公开US4,024,407为代表。EP1969997和EP0768521公开了基于光吸收的测量方法和用于气体测量的装置。该文档还公开了延长光路以增强吸收和防止散射光进入吸收传感器的方式。已知将测量装置放置在与实际烟道平行的小尺寸烟道、测量管道中。位于测量管道中的传统测量装置需要围绕它的测量室，该测量室显著地宽于测量管道的典型管道尺寸。试图在测量室中布置与实际烟道中的烟道气流相对应的烟道气流。准确而可靠的测量结果不仅需要测量散射光，而且需要测量未散射光。例如，为了校准测量装置和监视测量装置的光学元件的污染，需要测量未散射光。发明内容本发明的目的是消除与现有技术有关的至少一部分问题并提供一种方法，借助于该方法可以研究介质中包含的颗粒的特性。本发明的另一个目的是创造一种小尺寸的测量装置，其适合于研究从烟道气到洁净室的宽浓度范围的颗粒。上述目的可以通过将用于测量的光线布置成沿偏离直线的路径行进来实现，按照这样的方式使得光线被垂直地引导穿过在散射区中的正被研究的介质。如果介质中存在颗粒，则部分光将散射。使用传感器测量以选定角度散射的光的强度。更具体地，在一个方面，提供了一种用于基于在散射区中穿过介质行进的光线的散射来测量介质中包含的颗粒的特性的方法。该方法包括不止一次引导光线穿过散射区，由此一部分光被散射，并使用相同的传感器测量散射光和未散射光两者。已经沿直线穿过介质的光线被引导沿这样的方向再次穿过散射区行进，沿该方向使得沿着直线已经再次穿过散射区的光线最终由测量散射光的相同传感器测量。当进行零检查和比较检查时，也可以防止沿着直线已经穿过散射区的光线进入传感器。取决于是否想要关于颗粒浓度、颗粒尺寸或颗粒数目的信息，可选择参数，诸如调制、光源波长、光源的单色或多色性、正被研究的散射角以及正被研究的散射光的波长。光源的波长通常在可见光的范围中。然而，在本发明的范围内，光线的波长可以是任何电磁辐射，无论其具有什么样的所期望的散射特性。相应地，辐射源可以是适合于该目的的任何辐射源。本测量管道包括如本文中所述的测量装置并且延续通过测量装置，所述测量管道具有与其从实际烟道到测量装置时基本上相同的尺寸。在本发明的一个方面中（所述方面可以如此实现或者特别地实现为与当前的相同传感器测量原理组合），提供了用于基于在散射区中穿过介质行进的光线的散射来测量与介质中包含的颗粒尺寸相关的颗粒的浓度特征的方法。该方法包括按顺序调制具有不同波长的多个光源，由此介质中的不同颗粒尺寸以不同的方式散射不同波长，利用多个传感器检测散射光以提供多个传感器信号，以及使用传感器信号确定介质的至少两种不同粒度级的浓度特征。更具体地，根据本发明的测量方法的特征在于权利要求1的特征部分中所述的内容。更具体地，根据本发明的测量装置的特征在于权利要求9的特征部分中所述的内容。根据本发明的测量管道的特征在于权利要求15的特征部分中所述的内容。测量颗粒的浓度特征的方法的特征在于权利要求16的特征部分中所述的内容。与常规方法相比，利用本发明获得了相当多的优点。可以使小尺寸的测量装置使用功率低于激光器的光源的光源来进行操作。使用产生白光的光源（例如，白色LED（发光二极管））实现的优点是不需要考虑依赖于温度的光波长的变化。与使用激光器相比，利用多色光源更容易进行温度补偿，这是因为检测若干波长基本上不受波长漂移和温度漂移的影响。测量装置可以结合平行于实际烟道的测量管道使用，但是它不需要大规模的测量室。测量装置可以围绕测量管道构造。测量管道以基本上相同的尺寸延续穿过测量装置。如果使测量管道的流量与实际烟道中的流量相对应，则是有利的。测量装置内部的测量管道的部分也可以称为散射区。测量装置可以安装在形成测量管道的管道的普通管道法兰之间。可以容易地从所有方向接近这种测量装置。因此，可以对测量装置进行维护（例如，清洁和校准）而无需将其从测量管道上分离。可以按照以下方式防止测量装置的光学元件的污染而不会危及测量准确性：不从开口吹出清洁气体流或者只吹动弱气流，用于测量的光线从所述开口到达烟道气或者由烟道气而来。相反地，层流或近乎层流的清洁气体（诸如空气）吹过开口。清洁气体流将光开口与热而脏的烟道气隔离。清洁气体流防止尘埃到达测量装置的光学元件。它还冷却测量装置，并通过隔离来防止烟道气加热测量装置。因此，可以在测量装置之前将测量管道中行进的烟道气过度加热到这样的高温以至于烟道气中包含的水被蒸发并在测量点处保持在露点以上。烟道气中的水滴干扰颗粒数量的测量，但水蒸气不产生干扰。如果允许清洁气体流与烟道气混合，则其仅在测量点之后混合，在那时清洁气体不再影响测量结果。在下文中，参考附图更详细地描述本发明。附图说明图1示出了本发明的一个优选实施例的简化图；以及图2和图3图示了经过光开口传导清洁气体以防止光学元件的污染的实施例。具体实施方式图1的测量装置特别旨在用于研究烟道气中颗粒的质量流量。组件1是光源，光线2从该光源离开。清洁气体管道3围绕测量管道4，烟道气在该测量管道4中流动。在两个管道的壁上的有光线的位置处，都存在开口。从烟道气中的颗粒散射的光5由光传感器6检测。已经穿过测量管道（散射区）的光线经反射镜7和反射镜8的反射而再次穿过测量管道并最终到达光传感器6。借助于反射镜7和反射镜8使光线2以偏离直线的路径行进。相同的传感器6用于测量前向散射光5和未散射光两者。光线2以高强度被引导穿过测量管道4。当光照射烟道气中的颗粒时，部分光散射。一些前向散射光最终出现在路径5上并且由传感器6测量。光线2的未散射部分以直线前进并以经反射镜7和8而再次穿过测量管道4的方式行进，并由传感器6检测。必须减小光线的强度，以便其可以使用与散射光相同的传感器进行测量。该减少可能与反射镜7和反射镜8有关，或者与使用滤光器或调光器有关。当光线已经第一次穿过测量管道时，在光线路径上存在空间以用于如所需要的那样本身已知的各种光学装置。例如，它们可能需要用于测量装置的校准、用于监视污染、用于使光线的强度适配于传感器或者用于防止光束的前进。当光线再次穿过测量管道4行进时，其散射不再重要。因为光线的强度小，所以散射的强度是无限小的，并且只有其一小部分可以最终到达光传感器6。在为实际使用而建立的测量装置中，图中所示出的光线可以是各种直径的光线束，其借助于各种光学元件被引导，所述光学元件诸如例如透镜、滤光器、遮光器、调光器、部分或全反射镜和光纤。根据一个实施例，光线2第一次从光源1被引导穿过测量管道4的散射区，由此一部分光从介质中包含的颗粒散射，并且引导部分散射光5，即以选定角度散射到传感器6的光。该角度例如可以是相对于原始光线2的方向为10-80度，特别是20-70度。未散射的光继续到达第一反射镜7，从第一反射镜7该光被引导经过散射区4到达第二反射镜8。光从第二反射镜8沿着直线第二次又被引导，垂直穿过散射区4而朝向传感器6。因此，未散射的光在散射区4内基本上横向于气流方向，以X形路径光行进。光开口和可选的清洁气体流已经布置在测量管道中与光源1、反射镜7、反射镜8和传感器6的位置相对应的位置，以同时允许未散射光和散射光的所描述的光传播和测量。图2从另一个方向示出了光线2如何从壁中的开口行进穿过清洁气体管道3和测量管道4。图3示出了可替换结构，其中清洁气体管道3紧接在光线之前连接测试管道4。在图2和3中所示出的解决方案中重要的是清洁气体吹过测量管道4中的每一个光开口。清洁气体流防止尘埃从光开口行进到测量装置，并减少烟道气对测量装置的加热效应。如果允许清洁气体与烟道气混合，则仅在测量点之后发生混合并且未干扰到测量。如上提到的那样，在本发明的一个方面中，提供了一种使用多个光源和多个传感器来测量与介质中包含的颗粒尺寸相关的颗粒浓度特征的方法，该方法基于在散射区4中穿过介质行进的光线2的散射。调制多个光源，使得它们产生朝着散射区的不同波长的序列。在散射区中，根据波长和颗粒尺寸，不同波长以不同方式散射。然后使用传感器捕获（即检测）散射光，该传感器可针对不同波长进行优化。也就是说，它们的波长灵敏度彼此不同。传感器产生的传感器信号取决于传感器灵敏度特征和撞击传感器的光的量。使用来自多波长优化的传感器6的信号，可以得出介质的不同颗粒物（PM）尺寸粒度级的含量，即浓度特征。例如，可同时测量PM0.5、PM2.5、PM10（即具有尺寸在0.5μm、2.5μm和10μm级别的颗粒）和总悬浮尘埃。通过增加光源和传感器的数量，可以使用类似于图1的仪器来执行这种颗粒尺寸确定方法，如所示出的那样，光源和传感器全部可以放置在基本相同的位置上，由此可以使用相同的光输入和输出开口，或者放置在不同的位置上以使得每一个光源传感器配对具有不同的输入和输出开口，或者甚至是这些方法的组合。不同的光源可以形成在能够如所需要的那样调制波长的单个光源单元中。就传感器本身来说，它们可以位于单个传感器单元中，该单个传感器单元包括针对不同波长优化的多个传感器。通常，用于表征颗粒尺寸分布的对应装置包括具有不同波长特征的多个光源、用于按顺序调制多个光源以便产生具有不同波长的、到散射区的多个光线的装置和适配成检测不同波长的散射光以提供传感器信号的多个传感器。另外，提供了用于基于传感器信号确定介质的至少两种不同粒度级的浓度特征的装置。如上提到的那样，对于每一个波长，该装置可以使用在本文档中其他地方讨论的相同传感器原理或使用某些其他的传感器测量配置和或几何结构来操作。术语“浓度特征”涵盖相对浓度（例如单一尺寸粒度级的浓度相对于总颗粒的浓度或相对于另一尺寸粒度级的浓度）和绝对浓度。在本发明的范围内，还可设想与上述解决方案不同的解决方案。以下条款代表实施例：1.基于穿过介质行进的光线的散射来测量介质中包含的颗粒的特性的方法，其特征在于，光线（2）可以不止一次被引导穿过散射区（4），所以可以使用相同的传感器（6）测量散射光（5）和未散射光两者。2.测量装置，用于基于穿过在测量管道（4）中流动的烟道气行进的光线（2）的散射来测量烟道气中颗粒的特性，其特征在于，光线（2）可以不止一次被引导穿过测量管道，所以可以使用相同的传感器（6）测量散射光（5）和未散射光两者。3.根据条款2所述的测量装置，其中平行于实际烟道布置的测量管道（4）延续穿过测量装置，所述测量管道具有与其从实际烟道到测量装置时基本上相同的尺寸。4.根据条款2所述的测量装置，其中通过将清洁气体（3）吹过测量管道（4）中的光开口来防止被烟道气中的杂质弄脏测量装置的光学元件。应当理解的是，所公开的本发明的实施例不限于本文中公开的特定结构、处理步骤或材料，而是扩展到由相关领域中技术人员将认识到的其等同物。还应该理解的是，本文中采用的术语仅用于描述特定实施例的目的而没有限制的意图。贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特性、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各种地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并非必定全部指代相同的实施例。如本文中所使用的那样，为方便起见，可以在共同列表中呈现多个项目、结构元素、组成元素和或材料。然而，这些列表应该被解释为好像列表的每一个成员都被单独标识为分离且独特的成员。因此，在没有相反的指示的情况下，此类列表中的单独成员不应仅仅基于其在共同组中的呈现而被解释为相同列表中任何其他成员的事实上的等同物。另外，本发明的各种实施例和示例可以连同其各种组分的替换方案在本文中提及。理解的是，这样的实施例、示例和替换方案不是要被解释为彼此的事实上的等同物，而是被视为本发明的分离和自主的表示。此外，所描述的特性、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了许多具体细节，诸如长度、宽度、形状等的示例，以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来实践本发明。在其他实例中，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免使本发明的方面难理解。虽然前面的示例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不运用发明能力并且不偏离本发明的原理和概念的情况下对实现方式的形式、用法和细节进行多种修改。因此，除了如由下面阐述的权利要求所作的限定之外，上面的描述的用意并非限制本发明。动词“包含”和“包括”在本文档中用作开放式限制，其既不排除也不要求存在还未表述的特性。除非另有明确说明，否则从属权利要求中表述的特征可相互自由组合。此外，应该理解的是，贯穿本文档使用的“一个”或“一”（即单数形式）不排除复数的情形。工业适用性本发明可用于测量宽浓度范围内的流体中颗粒（从烟道气中的颗粒到清洁室中的颗粒）的特性或液体中颗粒（诸如水中的沉淀物）的特性。实际应用的一个示例是测量室外空气和室内空气两者中的空气中的尘埃。参考符号列表1光源2光线3清洁气体管道4测量管道5从颗粒散射的光6光传感器7反射镜8反射镜引文列表专利文献US4,024,407EP1969997EP0768521

权利要求：1.用于基于在散射区（4）中穿过介质行进的光线（2）的散射来测量所述介质中包含的颗粒的特性的方法，其特征在于：-不止一次引导所述光线（2）穿过所述散射区（4），由此一部分光被散射，-使用相同的传感器（6）测量散射光（5）和未散射光两者。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述介质是烟道气。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过下列方式：-引导所述光线（2）穿过所述散射区（4），由此一部分光从所述介质中包含的颗粒散射，以及引导散射到选定角度的所述散射光（5）的部分到所述传感器（6），-特别是使用反射镜（7,8），再次引导已经沿着直线穿过所述介质行进的未散射光线（2）穿过所述散射区（4）到所述传感器（6）。4.根据权利要求3所述的方法，其中未散射光（2）的强度的减小例如与反射镜（7,8）有关或与使用滤光器或调光器有关。5.根据以上权利要求中任何一项所述的方法，包括：-将所述光线（2）经光开口从光源（1）引导到所述散射区（4）并且进一步到达所述传感器（6），-将清洁气体（3）吹过所述光开口，特别是作为层流，以便防止所述方法中使用的光学元件的污染。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述介质，特别是烟道气，在馈送到所述散射区（4）之前被加热。7.根据以上权利要求中任何一项所述的方法，其中所述方法包括：-将测量流与烟道气流分离，所述测量流形成包含所述颗粒的所述介质，-沿横向于所述散射区（4）处的所述测量流的方向将所述光线（2）引导到所述测量流，由此部分光作为散射光（5）散射到所述传感器（6），-使用第一反射镜（7）将经过所述散射区（4）的未散射光引导经过所述散射区（4）到第二反射镜（8），以及再次使用所述第二反射镜（8）将所述未散射光引导穿过所述散射区（4）到所述传感器（6），-使用所述传感器（6）测量所述未散射光（2）和所述散射光（5）两者。8.根据以上权利要求中任何一项所述的方法，包括：-不止一次引导具有不同波长的多个这样的光线（2）穿过所述散射区（4），优选地按顺序引导，由此每个波长的光取决于所述介质的颗粒的尺寸而以不同方式散射，-使用具有不同波长灵敏度的多个所述传感器（6）检测所述散射光，-确定所述介质的至少两种不同粒度级的浓度特征。9.一种测量装置，用于基于穿过在包括散射区（4）的测量管道中流动的介质行进的光线（2）的散射来测量诸如烟道气中的颗粒之类的介质中的颗粒的特性，所述测量装置包括用于产生光线（2）的光源（1）和传感器（6），其特征在于，所述光线（2）布置成不止一次地穿过所述散射区（4），使得散射光（5）和未散射光两者被引导到所述传感器（6），所述传感器（6）布置成测量所述散射光（5）和所述未散射光两者。10.根据权利要求9所述的测量装置，其中所述光线（2）布置成第一次从所述光源（1）穿过所述散射区（4）行进，由此部分光散射到所述传感器（6），以及所述未散射光线（2）进一步布置成特别是经由反射镜（7,8）再次穿过所述散射区（4）而行进到所述传感器（6）。11.根据权利要求10所述的测量装置，包括第一反射镜（7）和第二反射镜（8），由此所述第一反射镜（7）布置在第一次穿过所述散射区行进的未散射光的路径上并且适配成将经过所述散射区的光反射到所述第二反射镜（8），所述第二反射镜（8）布置成再次将所述未散射光反射穿过所述散射区（4）而到达所述传感器（6）。12.根据权利要求11所述的测量装置，包括用于减少未散射光线（2）的强度的装置，诸如与所述反射镜（7,8）、滤光器或调光器有关的装置。13.根据权利要求9-12中任一项所述的测量装置，包括用于将所述光线（2）从所述光源（1）引导到所述散射区（4）并进一步到所述传感器（6）的光开口，以及用于将清洁气体（3）吹过所述光开口的装置，特别是作为层流，以用于防止所述测量装置的光学元件的污染。14.根据权利要求9-13中任一项所述的测量装置，包括：-具有不同波长特征的多个光源，-用于按顺序调制所述多个光源以便产生到所述散射区（4）的多个不同波长的所述光线（2）的装置，-多个所述传感器（6），其适配成检测不同波长的散射光以提供传感器信号，-用于基于所述传感器信号确定所述介质的至少两种不同粒度级的浓度特征的装置。15.一种与实际烟道平行布置的测量管道，其特征在于，所述测量管道包括根据权利要求9-14中任一项所述的测量装置，由此测量管道延续穿过所述测量装置，所述测量管道具有与其从所述实际烟道到达所述测量装置时基本上相同的尺寸。16.一种用于基于在散射区（4）中穿过介质行进的光线（2）的散射来测量与介质中包含的颗粒尺寸相关的颗粒的浓度特征的方法，其特征在于-按顺序调制具有不同波长的多个光源（1），由此所述介质中的不同颗粒尺寸以不同方式散射所述不同波长，-利用多个传感器（6）检测所述散射光以提供多个传感器信号，以及-使用所述传感器信号来确定所述介质的至少两种不同粒度级的浓度特征。

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