[發明專利]用于超細顆粒尺寸檢測的激光傳感器

有效

• 申請號: 201780019037.0
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN108780030B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: J·H·M·斯普魯伊特;A·M·范德萊;P·T·于特;C·R·龍達;P·德格拉夫;H·門希;J·W·海爾米格
• 申請（專利權）人: 通快光電器件有限公司
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01B9/02;G01N15/14;G01N15/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

本發明描述了一種用于檢測超細顆粒(10)的激光傳感器模塊(100)，所述超細顆粒具有300nm或更小、更優選200nm或更小、最優選100nm或更小的顆粒尺寸，所述激光傳感器模塊(100)包括：?至少一個激光器(110)，其適于對由至少一個電驅動器(130)提供的信號做出反應而將激光發射到至少一個聚焦區域；?至少一個檢測器(120)，其適于確定所述至少一個激光器(110)的激光腔內的光波的自混合干涉信號，其中，所述自混合干涉信號是由重新進入所述激光腔的反射激光引起的，所述反射激光是由接收所述激光的至少部分的顆粒反射的；?所述激光傳感器模塊(100)被布置為執行至少一次自混合干涉測量；?所述激光傳感器模塊(100)適于借助于基于所述至少一次自混合干涉測量而確定的至少一個測量結果來確定具有第一靈敏度的第一顆粒尺寸分布，所述激光傳感器模塊還適于確定具有第二靈敏度的第二顆粒尺寸分布函數，所述第二靈敏度不同于所述第一靈敏度；?至少一個評價器(140)，其適于通過從所述第一顆粒尺寸分布函數中減去與校準因子q相乘的所述第二顆粒尺寸分布函數來確定300nm或更小的顆粒尺寸的顆粒度量。本發明還描述了對應的方法和計算機程序產品。本發明實現了能夠檢測具有100nm或者甚至更小的尺寸的顆粒的、基于激光自混合干涉的簡單并且低成本的顆粒檢測模塊或顆粒檢測器。

技術領域

本發明涉及用于超細顆粒尺寸檢測的激光傳感器或激光傳感器模塊以及超細顆粒尺寸檢測的相關方法。本發明還涉及對應的計算機程序產品。

背景技術

通常，認為光學技術不能夠檢測超細顆粒(在300nm或更小量級上的顆粒尺寸)。顆粒的有效反射隨著顆粒尺寸而大幅減小，這不僅是由于顆粒的尺寸小，而且還由于MIE散射給出的減小的反向散射效應(對于0.1微米與1微米之間的直徑為～D²，而對于0.1微米的直徑為～D⁴，其中，D為顆粒的直徑)。由于信號幅度的急劇減小，不再能夠區分超細顆粒與噪聲。

SUDOL S等人在OPTICS EXPRESS，第14卷，第3期，2006年2月6日(2006-02-06)，第1044-1054頁，XP002753399，DOI:10.1364/OE.14.001044上的“Quick and easymeasurement of particle size of Brownian particles and planktons in waterusing a self-mixing laser”一文描述了一種用于快速且容易地測量懸浮液中的小顆粒的尺寸的方法。該方法使用自混合激光多普勒測量，其利用具有極高的光學靈敏度的激光-二極管-泵送、薄片-LiNdP₄O₁₂激光器。

CN 104458514 A公開了一種用于快速測量納米顆粒直徑分布的激光自混合方法以及對應的測量設備。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于超細顆粒尺寸檢測的簡單并且便宜的激光傳感器模塊。本發明由獨立權利要求來定義。從屬權利要求定義了有利實施例。

根據第一方面，提供了一種用于檢測超細顆粒的激光傳感器模塊，所述超細顆粒具有300nm或更小、更優選200nm或更小、最優選100nm或更小的顆粒尺寸。所述激光傳感器模塊包括：

-至少一個激光器，其適于對由至少一個電驅動器提供的信號做出反應而將激光發射到至少一個聚焦區域，

-至少一個檢測器，其適于確定所述至少一個激光器的激光腔內的光波的自混合干涉信號，其中，所述自混合干涉信號是由重新進入所述激光腔的反射激光引起的，所述反射激光是由接收所述激光的至少部分的顆粒反射的，

-所述激光傳感器模塊被布置為執行至少一次自混合干涉測量，

-所述激光傳感器模塊適于借助于基于所述至少一次自混合干涉測量而確定的至少一個測量結果來確定具有第一靈敏度的第一顆粒尺寸分布函數，所述激光傳感器模塊還適于確定具有第二靈敏度的第二顆粒尺寸分布函數，所述第二靈敏度不同于所述第一靈敏度，