Titel

Mit Laser induzierter Inkandeszenz arbeitender Partikelsensor mit einer konfokalen Anordnung eines Laserspots und eines Temperaturstrahlunqsspots

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Ein solcher Partikelsensor weist ein einen Laser aufweisendes Lasermodul und einen zur Detektion von Temperaturstrahlung eingerichteten Detektor auf.

Das Prinzip der Laser-Induzierten Inkandeszenz (LI I) zur Detektion von

Nanopartikeln in Luft ist zum Beispiel aus den Artikeln B.F. Kock, Two-color time- resolved LII applied to soot particle sizing, Combustion and flame, 2006, sowie S.Schraml, Application of a new soot sensor for exhaust, SAE TECHNICAL PAPER SERIES, 2000 bekannt und wird z.B. für die Charakterisierung des Verbrennungsprozesses in„gläsernen“ Motoren im Labor oder für die Abgas- Charakterisierung intensiv angewandt. Dabei werden die bei der Verbrennung entstehenden Rußpartikel mit einem Nanosekunden-Puls eines

Hochleistungslasers auf mehrere tausend Grad Celsius erhitzt und die thermische Lichtemission des Partikels mit einem Lichtdetektor gemessen. Die Methode erlaubt die Detektion von sehr kleinen Partikeln mit einem Durchmesser von wenigen 10 nm.

Es ist denkbar, dieses Prinzip auf die Detektion von Rußpartikeln im Abgasstrang von Dieselmotoren oder Benzinmotoren von Kraftfahrzeugen zu erweitern. Dabei wird eine kostengünstige Laserdiode im kontinuierlichen Betrieb (CW) benutzt, um Rußpartikel im Fokus des Laserstrahls so stark zu erhitzen, dass dieser ein deutliches thermisches Leuchtsignal abgibt, das mit einem Detektor, zum

Beispiel einer Fotodiode, detektierbar ist. Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass der Partikelsensor die kennzeichnen Merkmale aufweist. Der eingangs genannte Partikelsensor weist eine optische Vorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, vom Lasermodul ausgehendes Laserlicht in einen ersten Spot zu fokussieren und die dazu eingerichtet ist, vom ersten Spot ausgehende Temperaturstrahlung in einen zweiten Spot zu fokussieren, wobei eine strahlungsempfindliche Fläche des Detektors in dem zweiten Spot oder im Strahlengang der auf den zweiten Spot fokussierten Temperaturstrahlung hinter dem zweiten Spot liegt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei der Erfassung von Messsignalen einer Laser-Induzierten Inkandeszenz, die im Abgasstrang von Kraftfahrzeugen erzeugt wird, Störlicht auftreten kann, das durch die thermische Strahlung der heißen Umgebung in der Nähe des Spots (heißes Abgasrohr, heißer Sensorkopf) bedingt sind. Die absolute Leitung des Störlichtes auf dem Detektor kann zwar mit einigen N sehr gering sein, verursacht aber unter Umständen ein um Größenordnungen stärkeres Detektorsignal als der eigentliche zu messende Partikel, dessen Messsignal im Po Bereich liegen kann. Weiterhin besteht ein Problem bei der Ermittlung einer Partikelgrößenverteilung auf der Basis der erfassten Messsignale, die von Partikeln erzeugt werden, die den Spot in dessen Randbereich durchqueren. Aufgrund der dort geringeren Leistungsdichte des ersten Spots ergibt sich dort eine geringere Temperatur als für Partikel, die das Zentrum des ersten Spots durchqueren. Daraus resultieren schwächere Lll-Signale, die leicht mit den Lll-Signalen kleinerer Signale verwechselte werden können. Per se sind also Signale von Partikeln am

Fokusrand unerwünscht, da diese zu einer Falschwertung führen.

Die Erfindung löst diese Probleme letztlich durch eine konfokale

Detektionsmethode für die Detektion von Partikeln. Durch diese konfokale Detektionsmethode wird gezielt nur Temperaturstrahlung das Licht aus einem scharf begrenzten Raumbereich, nämlich aus dem ersten Spot oder einem Teil des ersten Spots auf den Detektor gerichtet, und aus außerhalb dieses scharf begrenzten Raumbereichs stammende Temperaturstrahlung gelangt nicht auf die strahlungsempfindliche Detektorfläche. Durch diese Merkmale kann der Einfluss von Anteilen an der Temperaturstrahlung, die nicht unmittelbar aus dem ersten Spot oder besser, aus dem Zentrum des ersten Spots stammen, auf das vom Detektor erzeugte Signal verringert werden.

Die Erfindung verbindet damit die Methode der konfokalen Detektion mit der optischen Detektion von Rußpartikeln im Abgasstrang mittels Laser-Induzierter- Inkandeszenz. Mit Hilfe dieser Kombination gelingt es, das thermische

Störsignal, welches von der heißen Umgebung stammt, fast vollständig zu unterdrücken und damit das Signal-zu Rausch-Verhältnis signifikant zu erhöhen, so dass die Detektion der sehr leistungsschwachen Lll-Signale erleichtert wird. Weiterhin führt diese Methode zu einer Reduktion von Falschsignalen, da lediglich Lll-Signale den Detektor erreichen, welche von Partikeln in unmittelbarer Umgebung des Fokus stammen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Vorrichtung einen Strahlteiler und ein erstes fokussierendes optisches Element aufweist, wobei der Strahlteiler im Strahlengang des Laserlichtes zwischen dem Lasermodul und dem ersten fokussierenden optischen Element angeordnet ist.

Bevorzugt ist auch, dass das erste fokussierende optische Element dazu eingerichtet ist, vom ersten Spot ausgehende Temperaturstrahlung auf den Strahlteiler zu richten und dass der Detektor in einem von dem Strahlteiler ausgehenden Strahlengang der Temperaturstrahlung angeordnet ist.

Durch den Strahlteiler können für den vom Lasermodul aus zum ersten Spot führenden Strahlengang und für den vom ersten Spot zum zweiten Spot führenden Strahlengang zum Teil dieselben optischen Elemente verwendet werden.

Weiter ist bevorzugt, dass der erste Spot in einem ersten Brennpunkt des ersten fokussierenden optischen Elements liegt und dass der zweite Spot in einem zweiten Brennpunkt des ersten fokussierenden optischen Elements liegt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, nur wenige optische Elemente zu benötigen. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Vorrichtung ein zweites fokussierendes optisches Element aufweist, wobei das zweite fokussierende optische Element in einem von dem Strahlteiler ausgehenden Strahlengang der Temperaturstrahlung angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, vom Strahlteiler her einfallende Temperaturstrahlung in den zweiten Spot zu fokussieren. Diese Ausgestaltung eröffnet insbesondere mehr konstruktive Freiheitsgrade beim Entwurf des optischen Systems.

Bevorzugt ist auch, dass im Strahlengang der von dem Strahlteiler ausgehenden Temperaturstrahlung ein wellenlängenselektives optisches Filter zwischen dem Strahlteiler und dem zweiten fokussierenden optischen Element angeordnet ist, das für das Laserlicht weniger durchlässig ist als für von dem Spot ausgehende Temperaturstrahlung. Durch dieses Merkmal kann Laserlicht, das aufgrund unerwünschter Reflexionen und/oder Brechungen daran gehindert werden, ausgefiltert werden, bevor es auf den auf den Detektor fällt. Als Folge ergibt sich eine erwünschte Verbesserung des Signal zu Rausch Verhältnisses und damit eine höhere Messempfindlichkeit und Messgenauigkeit.

Weiter ist bevorzugt, dass bei einer Ausgestaltung, bei der die

strahlungsempfindliche Fläche des Detektors im Strahlengang der auf den zweiten Spot fokussierten Temperaturstrahlung hinter dem zweiten Spot liegt, der zweite Spot in der Öffnung einer Lochblende liegt, die im Strahlengang der Temperaturstrahlung zwischen dem Strahlteiler und dem Detektor angeordnet ist. Durch eine solche Lochblende können Strahlungsbestandteile, die nicht unmittelbar aus dem ersten Spot stammen, sondern aus Punkten stammen, die geringfügig vor oder hinter dem ersten Spot oder rechts oder links vom ersten Spot oder über oder unter dem ersten Spot liegen, vom Detektor ferngehalten werden. Diese Strahlungsbestandteile liegen in der Ebene der

Lochblendenöffnung neben der Lochblendenöffnung auf dem undurchsichtigen Teil der Lochblende.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Lochblende und dem Detektor ein drittes optisches Element im Strahlengang der Temperaturstrahlung angeordnet ist, das von der

Lochblendenöffnung ausgehende Temperaturstrahlung parallelisiert, und dass im weiteren Strahlengang der Temperaturstrahlung ein viertes optisches Element angeordnet ist, das die vom dritten optischen Element parallelisierte

Temperaturstrahlung auf den Detektor fokussiert. Durch diese Merkmale ergibt sich insbesondere die Möglichkeit einer Verlängerung und Richtungsänderung des optischen Pfades zwischen dem Strahlteiler und dem Detektor was konstruktive Freiheitsgrade beim Entwurf des Partikelsensors eröffnet.

Bevorzugt ist auch, dass die optische Vorrichtung ein weiteres optisches Element aufweist, das im Strahlengang des Laserlichtes zwischen dem Lasermodul und dem Strahlteiler angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, von dem Lasermodul ausgehendes Laserlicht zu parallelisieren und auf den Strahlteiler zu richten. Unter einer Parallelisierung wird hier eine Verkleinerung des Öffnungswinkels eines Lichtbündels- oder eines Strahlungsbündels verstanden, wobei die

Parallelisierung nicht zwangsläufig vollständig (Öffnungswinkel Null) führen muss. Die Parallelisierung verkleinert den Strahlquerschnitt des auf den

Strahlteiler einfallenden Laserlichtes, was eine dazu führt, dass der Strahlteiler kleiner sein kann als er ohne vorhergehende Parallelisierung sein würde.

Weiter ist bevorzugt, dass der Laser ein Halbleiter-Laser-Element, insbesondere eine Laserdiode ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass kostengünstige und robuste Laserdioden auf dem Markt erhältlich sind.

Bevorzugt ist auch, dass der Strahlteiler ein polarisierender Strahlteiler ist, und dass der polarisierende Strahlteiler so ausgerichtet ist, dass er für das einfallende, eine vorbestimmte Polarisationsrichtung aufweisende Laserlicht maximal durchlässig ist. Laserlicht tritt häufig in polarisierter Form auf. Durch den polarisierenden Strahlteiler und seine zur Polarisation des Laserlichtes passende Ausrichtung kann das Laserlicht zu einem großen Teil zur Signalerzeugung verwendet werden.

Da Laserlicht 10 im Allgemeinen bereits polarisiert ist, kann es den

polarisierenden Strahlteiler bei zur Polarisationsrichtung des polarisierenden Strahlteilers passend gewählter Anordnung in der einen Richtung (Hinweg zum ersten Spot 22) praktisch verlustlos passieren. Mit anderen Worten: Durch die richtige Wahl der Laserpolarisation und Ausrichtung des Lasers lässt sich die transmittierte Leistung an dieser Stelle maximieren (auf fast 100%), während man bei üblichen nichtpolarisierenden Strahlteilern einen Leistungsverlust von etwa 50% bei der Transmission durch den Strahlteiler hinnehmen muss.

Weiter ist bevorzugt, dass der Laser dazu eingerichtet ist, Laserlicht mit Wellenlängen unterhalb von 500 nm, insbesondere von 405 nm, 450 nm oder 465 nm zu emittieren und dass das optische Filter so beschaffen ist, dass es Licht mit Wellenlängen unterhalb von 500 nm abschwächt oder sogar blockiert. Durch diese Merkmale ergibt sich eine Verbesserung des Signal zu Rausch Verhältnisses im Vergleich zu Ausgestaltungen, die einen solchen Filter nicht aufweisen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Partikelsensor einen ersten Teil aufweist, der dazu eingerichtet ist, einem Messgas ausgesetzt zu werden, und der einen zweiten Teil aufweist, der dazu eingerichtet ist, dem Messgas nicht ausgesetzt zu werden und der die optischen Komponenten des Partikelsensors enthält, wobei beide Teile durch eine für das Messgas undurchlässige Trennwand getrennt sind. Dadurch können die optischen Komponenten von dem Messgasstrom getrennt angeordnet sein, so dass der Sensor auch für die Messung von Partikelkonzentrationen in heißen und chemisch aggressiven Messgasen wie Abgasen von Verbrennungsmotoren verwendbar ist.

Bevorzugt ist auch, dass in der Trennwand im Strahlengang des Laserlichtes ein Fenster angebracht ist, das sowohl für das Laserlicht als auch für vom Spot ausgehende Strahlung durchlässig ist.

Weiter ist bevorzugt, dass der Partikelsensor eine Anordnung aus einem äußeren Schutzrohr und einem inneren Schutzrohr aufweist, die beide eine allgemeine Zylinderform oder Prismen form besitzen, dass die Schutzrohre koaxial angeordnet sind, wobei die Achsen der Zylinder- oder Prismen formen parallel zur Einstrahlrichtung des Laserlichtes ausgerichtet sind und der Spot im Inneren des inneren Schutzrohrs liegt, dass das äußere Schutzrohr 28 an seinem dem Laser zugewandten Ende über das innere Schutzrohr 30 hinausragt und dass das innere Schutzrohr 30 an dem entgegengesetzten Ende über das äußere Schutzrohr 28 hinausragt. Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der

Beschreibung und den beigefügten Figuren.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann als Rußpartikelsensor für die Messung von Rußpartikel-konzentrationen -massen und -geschwindigkeiten im Abgas von Verbrennungsmotoren verwendet werden. Er kann aber auch zur Messung anderer Partikelkonzentrationen in einem Gas verwendet werden, zum Beispiel zur Messung von Feinstaub in der Raumluft oder auch im Freien.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:

Fig. 1 ein auf der Laser Induzierten Inkandeszenz basierendes Messprinzip, das bei der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau eines mit Laser induzierter Inkandeszenz arbeitenden Partikelsensors;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Partikelsensors;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Teils eines erfindungsgemäßen Partikelsensors, das mit nicht parallelen Strahlengängen arbeitet;

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Teils eines erfindungsgemäßen Partikelsensors, das mit parallelen Strahlengängen arbeitet; Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Teils eines erfindungsgemäßen Partikelsensors, das mit nicht parallelen

Strahlengängen arbeitet,

Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Teils eines

Partikelsensors, mit zwischen einem zweiten Spot und einem Detektor angeordneten optischen Elementen; und

Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Detektor auch eine

Lochblendenfunktion erfüllt.

Figur 1 veranschaulicht das auf der Laser Induzierten Inkandeszenz (LII) basierende Messprinzip. Laserlicht 10 hoher Intensität trifft auf ein Partikel 12.

Die Intensität des Laserlichts 10 ist so hoch, dass die vom Partikel 12 absorbierte Energie des Laserlichtes 10 das Partikel 12 auf mehrere Tausend Grad Celsius erhitzt. Als Folge der Erhitzung emittiert das Partikel 12 spontan und im

Wesentlichen ohne Vorzugsrichtung signifikant Strahlung 14 in Form von Temperaturstrahlung, im Folgenden auch als LII-Licht bezeichnet. Ein Teil der in Form von Temperaturstrahlung emittierten Strahlung 14 wird daher auch entgegengesetzt zur Richtung des einfallenden Laserlichtes 10 emittiert.

Figur 2 zeigt schematisch einen prinzipiellen Aufbau eines Partikelsensors 16. Der Partikelsensor 16 weist hier ein CW-Lasermodul 18 (CW: continuous wave; Dauerstrich) auf, dessen bevorzugt paralleles Laserlicht 10 mit wenigstens einem im Strahlengang des CW-Lasermoduls 18 angeordneten ersten fokussierenden optischen Element 20 auf einen sehr kleinen ersten Spot 22 fokussiert wird. Das erste fokussierende optische Element 20 ist bevorzugt eine erste Linse 24. Nur im Volumen des ersten Spots 22 erreicht die Intensität des Laserlichts 10 die für LII notwendigen hohen Werte. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines CW-Lasers beschränkt. Es ist auch denkbar, gepulst betriebene Laser zu verwenden.

Die Abmessungen des ersten Spots 22 liegen im Bereich einiger pm, insbesondere im Bereich von höchstens 200 pm, sodass den ersten Spot 22 durchquerende Partikel 12 zur Emission auswertbarer Strahlungsleistungen angeregt werden, sei es durch laserinduzierte Inkandeszenz oder durch chemische Reaktionen (insbesondere Oxidation). Als Folge kann davon ausgegangen werden, dass sich stets höchstens ein Partikel 12 in dem ersten Spot 22 befindet und dass ein momentanes Messsignal des Partikelsensors 16 nur von diesem höchstens einen Partikel 12 stammt. Das Messsignal wird von einem Detektor 26 erzeugt, der im Partikelsensor 16 so angeordnet ist, dass er Strahlung 14, insbesondere Temperaturstrahlung, detektiert, die von einem Partikel 12 ausgeht, das den ersten Spot 22 durchfliegt. Der Detektor 26 weist dazu bevorzugt wenigstens eine Fotodiode 26.1 auf

Es ist durchaus möglich, dass der Laser des Lasermoduls 18 moduliert bzw. an- und ausgeschaltet wird (duty cycle < 100%). Bevorzugt bleibt jedoch, dass der Laser des Lasermoduls 18 ein CW-Laser ist. Dies ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen Halbleiter-Laser-Elementen (Laser-Dioden), was den kompletten Partikelsensor 16 verbilligt und die Ansteuerung des Lasermoduls 18 und die Auswertung des Messsignals stark vereinfacht. Die Verwendung gepulster Laser ist aber nicht ausgeschlossen.

Figur 3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 16, der sich für den Einsatz als Rußpartikelsensor im Abgas eines Verbrennungsprozesses eignet.

Der Partikelsensor 16 weist einen ersten Teil 16.1 auf, der dazu eingerichtet ist, einem Messgas ausgesetzt zu werden, und er weist einen dem Messgas nicht auszusetzenden zweiten Teil 16.2 auf, der die optischen Komponenten des Partikelsensors 16 enthält. Beide Teile sind durch eine für das Messgas undurchlässige Trennwand 16.3 getrennt. In der Trennwand ist im Strahlengang des Laserlichtes 10 ein Fenster 34 angebracht, das sowohl für das Laserlicht 10 als auch für vom ersten Spot 22 ausgehende Strahlung durchlässig ist.

Der erste Teil 16.1 des Partikelsensors 16 weist eine Anordnung aus einem äußeren Schutzrohr 28 und einem inneren Schutzrohr 30 auf. Die beiden Schutzrohre 28, 30 haben bevorzugt eine allgemeine Zylinderform oder

Prismenform. Die Grundflächen der Zylinderformen sind bevorzugt kreisförmig, elliptisch oder vieleckig. Die Zylinder sind bevorzugt koaxial angeordnet, wobei die Achsen der Zylinder quer zur Strömung von Abgas 32 ausgerichtet sind. Das innere Schutzrohr 30 ragt in Richtung der Achsen über das äußere Schutzrohr 28 hinaus in das strömende Abgas 32 hinein. An dem dem strömenden Abgas abgewandten Ende der beiden Schutzrohre 28, 30 ragt das äußere Schutzrohr 28 über das innere Schutzrohr 30 hinaus. Die lichte Weite des äußeren

Schutzrohrs 28 ist bevorzugt so viel größer als der äußere Durchmesser des inneren Schutzrohrs 30, dass sich zwischen den beiden Schutzrohren 28, 30 ein erster Strömungsquerschnitt ergibt. Die lichte Weite des inneren Schutzrohrs 30 bildet einen zweiten Strömungsquerschnitt.

Diese Geometrie hat zur Folge, dass Abgas 32 über den ersten

Strömungsquerschnitt in die Anordnung der beiden Schutzrohre 28, 30 eintritt, dann an dem dem Abgas 32 abgewandten Ende der Schutzrohre 28, 30 seine Richtung ändert, in das innere Schutzrohr 30 eintritt und aus diesem vom vorbeiströmenden Abgas 32 herausgesaugt wird. Dabei ergibt sich im inneren Schutzrohr 30 eine laminare Strömung. Diese Anordnung von Schutzrohren 28, 30 wird mit dem Partikelsensor 16 quer zur Abgasströmung an, bzw. in einem Abgasrohr befestigt. Ein solcher erster Teil 16.1 eines Partikelsensors ist ein Bestandteil eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Seine Merkmale sind aber keine erfindungswesentlichen Merkmale. Die erfindungswesentlichen Merkmale sind Bestandteil des zweiten Teils 16.2 des Partikelsensors 16.

Der zweite Teil 16.2 weist ein Lasermodul 18, eine optische Vorrichtung 36 und einen Detektor 26 auf.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der optischen Vorrichtung 36 zusammen mit dem Lasermodul 18 und dem Detektor 26, also ein Ausführungsbeispiel des zweiten Teils 16.2 des Partikelsensors 16. Die optische Vorrichtung 36 weist insbesondere einen Strahlteiler 38 und ein erstes fokussierendes optisches Element 20 auf. Das Laserlicht 10 des Lasermoduls 18 wird über den Strahlteiler 38, der zum Beispiel ein dichroitischer Spiegel oder ein Strahlteilerwürfel sein kann, und ein erstes fokussierendes optisches Element 20 in den ersten Spot 22 fokussiert. Das erste fokussierende optische Element 20 ist bevorzugt eine Linse 24. Ein durch den ersten Spot fliegendes Partikel 12 wird durch das Laserlicht erhitzt und emittiert in der Folge Temperaturstrahlung. Der Partikel 12 kann aufgrund seiner geringen Größe als Punktlichtquelle angesehen werden. Der erste Spot 22 liegt im Inneren des inneren Schutzrohrs 30. In diesem ersten Spot 22 ist die Laserlichtintensität hoch genug, um die mit dem Abgas 32 transportierten Rußpartikel 12 auf mehrere Tausend Grad Celsius zu erhitzen, so dass die erhitzten Partikel 12 signifikant Strahlung 14 in Form von

Temperaturstrahlung emittieren. Die Strahlung 14 liegt zum Beispiel im nah- infraroten und sichtbaren Spektralbereich, ohne dass die Erfindung auf Strahlung 14 aus diesem Spektralbereich beschränkt ist.

Ein Teil dieser ungerichtet in Form von Temperaturstrahlung emittierten

Strahlung 14 fällt auf das erste fokussierende optische Element 20 und propagiert über den Strahlteiler 38 zum Detektor 26, wobei dieser Teil durch das erste fokussierende optische Element 20 auf einen zweiten Spot 40 fokussiert wird. Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 liegt der zweite Spot 40 in einem Brennpunkt des ersten fokussierenden optischen Elements 20, bzw. umgekehrt liegt der Brennpunkt in dem zweiten Spot 40. Losgelöst vom speziellen

Ausführungsbeispiel der Figur 4 gilt, dass der zweite Spot 40 in einem

Brennpunkt der optischen Vorrichtung 36 liegt oder dass umgekehrt ein

Brennpunkt der optischen Vorrichtung 36 in dem zweiten Spot 40 liegt.

Der Detektor 26 ist im Strahlengang der vom Strahlteiler 38 ausgehenden Strahlung 14 so angeordnet, dass seine strahlungsempfindliche Fläche in dem zweiten Spot 40 oder im Strahlengang der auf den zweiten Spot 40 fokussierten Strahlung 14 hinter dem zweiten Spot 40 liegt. Im in der Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Detektor 26 im Strahlengang der Strahlung 14 hinter dem zweiten Spot 40. Der zweite Spot 40 liegt im dargestellten

Ausführungsbeispiel auf der Öffnung einer Lochblende 42, so dass der Detektor 26 nur Strahlung 14 registriert, die durch die Öffnung hindurch auf seine strahlungsempfindliche Fläche fällt.

Durch die Lochblende 42 wird Strahlung 14, die aus vor dem, hinter dem, rechts von dem, links von dem, über dem oder unter dem ersten Spot 22 liegenden Bereichen stammt, blockiert, da diese Strahlung von der optischen Vorrichtung 36 auf neben der Öffnung der Lochblende 42 liegende, für die Strahlung 14 intransparente Randbereiche der Lochblende 42 gerichtet wird. Aus diesen Bereichen stammende Strahlung 14 ist zum Beispiel thermische Störstrahlung von der Umgebung oder Signale von Partikeln, die den ersten Spot 22 an dessen Rand durchqueren. Diese Teile der Temperaturstrahlung gelangen daher nicht zum Detektor 26 und verfälschen das Messsignal daher nicht.

Als Folge ergibt sich ein deutlich verbessertes Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR). Anders hingegen verhält es sich für aus dem ersten Spot 22 stammende Temperaturstrahlung, die von der optischen Vorrichtung genau auf die

Lochblendenöffnung gerichtet wird. Diese Temperaturstrahlung kann die

Lochblende vollständig passieren, sofern der Lochblendendurchmesser eine bestimmte Mindestgröße nicht unterschreitet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Durchmesser auch kleiner als diese Mindestgröße gewählt werden kann. In diesem Fall muss man mit einem deutlich reduzierten Detektorsignal rechnen. Für die eingesetzte Lochblende können sowohl Lochblenden mit festen als auch variabel einstellbaren Durchmessern genutzt werden. Letztere ermöglichen eine Einstellung der Filterwirkung in einem weiten Bereich.

Der Strahlteiler 38 bewirkt in der optischen Vorrichtung 36 den besonders wichtigen Vorteil, dass nur ein optischer Zugang zum Abgas 32 benötigt wird, da die gleiche Optik, insbesondere das gleiche erste fokussierende optische Element 20 für die Erzeugung des ersten Spots 22 und für das Erfassen der vom Partikel 12 ausgehenden Strahlung 14 benutzt wird.

Das Abgas 32 ist ein Beispiel eines Messgases. Das Messgas kann auch ein anderes Gas oder Gasgemisch sein, zum Beispiel Raumluft.

Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des zweiten Teils 16.2 des

Partikelsensors 16. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel zunächst dadurch, dass die optische Vorrichtung 36 den Strahlteiler 38 mit kollidiertem Laserlicht 10 beleuchtet. Bei diesem

Ausführungsbeispiel weist die optische Vorrichtung 36 ein weiteres optisches Element 44 auf, das im Strahlengang des Laserlichtes 10 zwischen dem

Lasermodul 18 und dem Strahlteiler 38 angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, von dem Lasermodul 18 ausgehendes Laserlicht 10 zu parallelisieren und auf den Strahlteiler 38 zu richten. Das weitere optische Element 44 ist bevorzugt eine Linse 46. Das von dem Lasermodul 18 ausgehende Laserlicht 10 wird mit dem weiteren optischen Element 44 parallelisiert und propagiert durch den Strahlteiler 38 hindurch zum ersten fokussierenden optischen Element 20. Das erste fokussierende optische Element 20 fokussiert das Laserlicht 10 in den ersten Spot 22. Die vom erhitzten Partikel im ersten Spot 22 ausgehende Strahlung 14 wird auch hier über den Strahlteiler 38 in den zum Detektor 26 führenden Strahlengang gerichtet.

Für die Erzeugung des zweiten Spots 40 weist die optische Vorrichtung 36 in diesem Ausführungsbeispiel ein zweites fokussierendes optisches Element 48 aufweist, das in einem von dem Strahlteiler 38 ausgehenden Strahlengang der Strahlung 14 angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, vom Strahlteiler 38 her einfallende Strahlung 14 in den zweiten Spot 40 zu fokussieren. Das zweite fokussierende optische Element 48 ist bevorzugt eine Linse 50.

Zwischen dem Strahlteiler 38 und dem Detektor 26, insbesondere zwischen dem Strahlteiler 38 und dem zweiten fokussierenden optischen Element 48 kann ein wellenlängenselektives optisches Filter 52 angeordnet sein, das für das

Laserlicht 10 weniger durchlässig ist als für von dem Spot 22 ausgehende Strahlung 14. Auf diese Weise kann mögliches Streulicht des anregenden Lasers (z.B. 405 N) herausgefiltert werden. Die so gefilterte Strahlung 14 wird anschließend mit dem zweiten fokussierenden optischen Element 48 in den zweiten Spot 40 fokussiert. Ein solches wellenlängenselektives optisches Filter 52 kann mit sämtlichen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.

Das Konzept kann auch mit einem unvollständig oder nicht parallelisierten Laserstrahl aufgebaut werden. Dies ist in der Figur 3 dargestellt. Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit nicht vollständig parallelisierten

Strahlengängen arbeitenden zweiten Teils 16.2 eines Partikelsensors 16. Dieses weitere Ausführungsbeispiel weist eine optische Vorrichtung 36 auf, die mit einem nicht vollständig parallel ausgerichteten Strahlengang arbeitet. Das weitere optische Element 44, das zwischen dem Lasermodul 18 und dem Strahlteiler 38 angeordnet ist, verringert den Öffnungswinkel des Laserlichtes 10 ohne das Laserlicht dabei vollständig parallel auszurichten. Das erste

fokussierende optische Element 20 fokussiert vom Strahlteiler 38 ausgehendes Laserlicht 10 in den ersten Spot 22 und richtet vom ersten Spot 22 her einfallende Strahlung 14 auf den Strahlteiler 38. Dabei verringert es den

Öffnungswinkel der einfallenden Strahlung 14. Der Strahlteiler 38 richtet vom ersten fokussierenden optischen Element 20 her einfallende Strahlung 14 auf das zweite fokussierende optische Element 48. Das zweite fokussierende optische Element 48 die vom Strahlteiler 38 her einfallende Temperaturstrahlung in den zweiten Spot 40.

Figur 7 zeigt, wie bereits auch Figur 4, ein Ausführungsbeispiel eines mit nicht vollständig parallelisierten Strahlengängen arbeitenden zweiten Teils 16.2 eines Partikelsensors 16. Bei dem in der Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Strahlengang hinter dem zweiten Spot 40, also zwischen der Lochblende und dem Detektor 26, ein drittes optisches Element 53 im Strahlengang der Strahlung 14. Im weiteren Strahlengang der Strahlung 14 ist ein viertes optisches Element 54 angeordnet, das die vom dritten optischen Element 53 her einfallende Strahlung 14 auf den Detektor 26 fokussiert. Die beiden optischen Elemente 53 und 54 sind bevorzugt als Linsen realisiert. Das dritte optische Element 53 parallelisiert die vom zweiten Spot 40 ausgehende Strahlung 14 erneut, während das vierte optische Element 54 die Strahlung 14 schließlich auf den Detektor 26 fokussiert, welcher nun insgesamt ein Stück weit hinter der Lochblende angeordnet ist.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen damit insgesamt auch, dass die optische Vorrichtung mit nur einem, mit zwei oder auch mit mehr als zwei fokussierenden optischen Elementen wie Linsen, oder auch Spiegeln aufgebaut sein kann.

Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht in Bezug auf seinen parallelen Strahlengang weitgehend dem

Ausführungsbeispiel aus der Figur 5. Ein Unterschied dieses

Ausführungsbeispiels zu sämtlichen bis hier beschriebenen

Ausführungsbeispielen besteht darin, dass der zweite Spot 40 hier nicht durch eine Lochblende begrenzt wird. Stattdessen ist der Detektor 26 direkt im zweiten Spot 40 angeordnet, bzw. so angeordnet, dass der zweite Spot 40 auf der strahlungsempfindlichen Detektorfläche liegt und durch diese begrenzt wird. In diesem Fall besitzt die strahlungsempfindliche Detektorfläche die Funktion der Lochblende. Temperaturstrahlung, die nicht auf diese strahlungsempfindliche Detektorfläche fällt, trägt nicht zum Messsignal bei und wird auf diese Weise räumlich ausgefiltert. Für eine effiziente Signal-Filterung muss die

strahlungsempfindliche Detektorfläche entsprechend klein ausfallen. Diese Ausgestaltung ist mit sämtlichen hier dargestellten Ausführungsbeispielen kombinierbar. Weiterhin ist auch ein Aufbau möglich, bei dem Die Positionen von

Lasermodul 18 und Detektor 26 vertauscht sind. Der Strahlteiler 38, bzw. der dichroitische Spiegel, muss dann entsprechend eine umgekehrte Funktionalität besitzen. Er sollte dann volle Reflexion für das anregende Laserlicht 10 und volle Transmission für die das Lll-Signal bildende Temperaturstrahlung besitzen.