Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor (auch Feinstaubsensor genannt) zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen (z.B. Feinstaubpartikeln) in einem Aerosolstrom, der durch den Partikelsensor geleitet wird.

Derartige Partikelsensoren sind z.B. aus der EP3491362B sowie CN209946101 bekannt.

Bei derartigen Sensoren ist es oftmals erforderlich, die eigentliche Sensoreinheit, bei einem Partikelsensor z.B. einen Strahlungsdetektor, gegen den übermäßigen Einfluss elektromagnetischer Felder mittels einer sogenannten EMV-Abschirmung zu schützen. Die in verschiedenen Normen festgelegte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) für elektronische Geräte fordert entsprechend insbesondere Maßnahmen zum Schutz derartiger elektronischer Bauteile vor elektromagnetischer Fremdeinstrahlung. Bekannte Partikelsensoren weisen daher regelmäßig ein äußeres Gehäuse auf, das die gesamte Elektronik des Partikelsensors umgibt und die besagte elektromagnetische Strahlung abschirmt.

Nachteilig an derartigen EMV-Abschirmungen sind deren Größe sowie das verhältnismäßig hohe Gewicht.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen Partikelsensor bereitzustellen, der hinsichtlich der oben genannten Problematik verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Partikelsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Partikelsensor (auch Feinstaubsensor genannt) offenbart, zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen (z.B. Feinstaubpartikeln) in einem Aerosolstrom, der durch den Partikelsensor geleitet wird, aufweisend:

- ein Gehäuse, das einen Einlass für den Aerosolstrom und einen Auslass für den Aerosolstrom aufweist, wobei das Gehäuse weiterhin einen mit dem Einlass und dem Auslass kommunizierenden Strömungskanal umgibt, durch den der Aerosolstrom in einer Strömungsrichtung führbar ist, - eine Strahlungsquelle, die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung in den Strömungskanal zu emittieren, so dass die Strahlung mit partikelförmigen Stoffen des durch den Strömungskanal geleiteten Aerosolstroms in Wechselwirkung tritt, und

- einen im Strömungskanal angeordneten Strahlungsdetektor, der dazu ausgebildet ist, Strahlung nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms zu erfassen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Strahlungsdetektor zumindest abschnittsweise durch eine EMV-Abschirmung überdeckt ist, die in einem vom Gehäuse umgebenen Innenraum angeordnet ist. Die EMV-Abschirmung kann dabei zumindest abschnittsweise in dem Strömungskanal angeordnet bzw. diesem zugewandt sein.

Es liegt somit insbesondere eine verhältnismäßig kleine EMV-Abschirmung vor, die bevorzugt direkt um den Strahlungsdetektor (und insbesondere auch die Strahlungsquelle, siehe unten) platziert ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die EMV-Abschirmung so ausgerichtet und geformt, dass die Aerosol- bzw. Luftströmung über dem Strahlungsdetektor weniger Turbulenzen aufweist, so dass mit Vorteil ein geringeres Risiko der Ablagerung von Partikeln und der Verschmutzung des Strahlungsdetektors vorliegt. Die Seitenwände der EMV-Abschirmung sind dabei vorzugsweise abgeschrägt ausgeführt und weisen keinen 90°-Winkel zu einer Träger- bzw. Leiterplatte auf, auf dem der Strahlungsdetektor bzw. die EMV-Abschirmung angeordnet sein können.

Aufgrund der kleinbauenden EMV-Abschirmung sinken die Kosten entsprechend. Dies gilt auch für die Montagekosten. Durch den optimierten Aerosolstrom wird das Risiko einer Sensorverschmutzung mit Vorteil herabgesetzt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle ein Laser oder eine Leuchtdiode. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Strahlungsdetektor eine Fotodiode.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die EMV-Abschirmung eine erste Seitenwand und eine in der Strömungsrichtung dahinter angeordnete zweite Seitenwand aufweist, wobei die erste Seitenwand in der Strömungsrichtung vorzugsweise kontinuierlich ansteigend und die zweite Seitenwand in der Strömungsrichtung vorzugsweise kontinuierlich abfallend ausgebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die EMV- Abschirmung eine Deckwand auf, die die beiden Seitenwände miteinander verbindet, und zwar vorzugsweise einstückig bzw. integral.

Die Deckwand weist dabei gemäß einer Ausführungsform bevorzugt eine Öffnung auf, durch die hindurch Strahlung zum Strahlungsdetektor gelangen kann bzw. Strahlung von der Strahlungsquelle abgegeben werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen weiteren Strömungskanal zum Führen eines zusätzlichen Fluidstroms umgibt, derart dass der zusätzliche Fluidstrom zwischen dem Strahlungsdetektor und/oder zwischen der Strahlungsquelle und dem Aerosolstrom strömt. Der zusätzliche Fluidstrom strömt zwischen dem Aerosolstrom und dem Strahlungsdetektor bzw. der Strahlungsquelle und schirmt somit den Strahlungsdetektor/Strahlungsquelle ab und schützt diese Komponenten vor einer Verunreinigung durch Partikel des Aerosolstroms. Insbesondere kann der zusätzliche Fluidstrom ein Mantelstrom sein, der den Aerosolstrom umgibt. Der weitere Strömungskanal kann wiederum mit dem besagten Einlass und/oder dem besagten Auslass kommunizieren. Bei dem zusätzlichen Fluidstrom kann es sich z.B. um einen Luftstrom, insbesondere einen gefilterten Luftstrom handeln.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der weitere Strömungskanal dazu ausgebildet ist, den zusätzlichen Fluidstrom auf die erste ansteigende Seitenwand der EMV-Abschirmung zu richten, so dass der zusätzliche Fluidstrom über die EMV-Abschirmung hinweg führbar ist.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der weitere Strömungskanal durch eine Wandung von dem Strömungskanal des Aerosolstroms getrennt ist. Im Bereich der EMV-Abschirmung steht der weitere Strömungskanal gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit dem Strömungskanal des Aerosolstroms im Strömungsverbindung.

Ganz besonders bevorzugt ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die EMV-Abschirmung so ausgestaltet ist, dass der über die EMV- Abschirmung hinweg geführte zusätzliche Fluidstrom entlang der EMV-Abschirmung laminar strömt. Dies kann z.B. durch die entsprechend ansteigende bzw. abfallende Seitenwand sichergestellt werden, die hier als Leitelemente für den zusätzlichen Fluidstrom dienen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelsensor einen Filter aufweist, zum Reinigen des zusätzlichen Fluidstroms stromaufwärts des Strahlungsdetektors und/oder stromaufwärts der Strahlungsquelle. Der Fluidstrom wird also mit anderen Worten erst durch einen Filter gesaugt, so dass er frei von Partikeln ist. So kann er eine Verstaubung des Strahlungsdetektors bzw. der Strahlungsquelle wirksam verhindern und gleichzeitig diese Komponenten von dem mit Partikeln versehenen Aerosolstrom abschirmen.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Strahlungsdetektor und/oder die Strahlungsquelle auf einer Trägerplatte angeordnet ist bzw. sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Trägerplatte um eine Leiterplatte, insbesondere um eine gedruckte Leiterplatte.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor in eine einzelne Sensoreinheit integriert sind, die zumindest abschnittsweise durch die EMV-Abschirmung überdeckt ist, wobei insbesondere nunmehr auch die Strahlung von der Strahlungsquelle durch die Öffnung der Deckwand hindurch emittierbar ist. Die Strahlung kann daher kompakt emittiert und detektiert werden.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Trägerplatte zusammen mit einem Gehäuseteil des Partikelsensors den Strömungskanal zumindest abschnittsweise begrenzt.

Gemäß einer weitern Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägerplatte eine Durchgangsöffnung zum Durchführen des zusätzlichen Fluidstroms aufweist.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Seitenwände und die Deckwand der EMV-Abschirmung aus einem elektrisch leitfähigen Material (insbesondere aus einem Metall oder aus einem metallisierten Kunststoff) gebildet sind.

Die EMV-Abschirmung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an der Trägerplatte festgelegt. Hierbei ist bevorzugt die EMV-Abschirmung an der Trägerplatte festgelötet, wobei insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung mit der zwischen der EMV-Abschirmung und der Leiterplatte hergestellt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die EMV-Abschirmung einen ersten Fußabschnitt aufweist, der mit der ersten Seitenwand verbunden ist und mit der Trägerplatte bzw. Leiterplatte verlötet ist.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die EMV- Abschirmung einen zweiten Fußabschnitt aufweist, der mit der zweiten Seitenwand verbunden ist und mit der Trägerplatte bzw. Leiterplatte verlötet ist.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann zur Detektion von verschiedenen Partikelgrößen ausgelegt sein, insbesondere PM1 ,0, PM2,5, PM4, oder PM10. So bezeichnet z.B. PM2,5 partikelförmige Stoffe mit einem Durchmesser kleiner als 2,5 Mikrometer.

Im Folgenden sollen Ausführungsformen der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors,

Fig. 2 ein Detail der Figur 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Partikelsensors, insbesondere einer Trägerplatte des Partikelsensors mit der darauf angeordneten EMV- Abschirmung,

Fig. 4 ein Detail der Fig. 3, und

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Gehäuseteil des Partikelsensors, das den Strömungskanal sowie den weiteren Strömungskanal des Partikelsensors begrenzt.

Fig. 1 zeigt im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 1 zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen in einem Aerosolstrom A, der durch den Partikelsensor 1 geleitet wird. Der Partikelsensor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen Einlass 20 für den Aerosolstrom A und einen Auslass 21 für den Aerosolstrom A aufweist, wobei das Gehäuse 2 weiterhin einen mit dem Einlass 20 und dem Auslass 21 kommunizierenden Strömungskanal 3 bildet.

Der Partikelsensor 1 weist weiterhin eine Strahlungsquelle 31 auf (z.B. in Form einer Diode, die Licht emittiert, insbesondere Laserdiode, z.B. Oberflächenemitter (VC SEL)), die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung L in den Strömungskanal 3 zu emittieren (vgl. Fig. 2), die z.B. im Wellenlängenbereich von 500nm bis 1100nm, insbesondere 640nm bis 950nm, liegt, so dass die Strahlung L mit partikelförmigen Stoffen des durch den Strömungskanal 3 in einer Strömungsrichtung R geleiteten Aerosolstroms A in Wechselwirkung treten kann. Weiterhin ist im Strömungskanal 3 ein Strahlungsdetektor 30 (z.B. optischer Sensor, insbesondere Fotodiode) angeordnet, der dazu ausgebildet ist, Strahlung der Strahlungsquelle 31 nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms A zu erfassen, um z.B. deren Konzentration zu ermitteln. Hierzu kann der Partikelsensor 1 eine entsprechende Auswertungselektronik aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Strahlungsquelle 31 und der Strahlungsdetektor 30, wie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt, durch eine Sensoreinheit 300 gebildet, in der beide Komponenten 30, 31 integriert sind.

Der Strahlungsdetektor 30 bzw. die Sensoreinheit 300 ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise durch eine EMV-Abschirmung 4 überdeckt, die im Gehäuse 2 entlang des Strömungskanals 3 angeordnet ist. Die EMV-Abschirmung 4 ist dabei auf einer Trägerplatte 7 festgelegt, auf der auch die Sensoreinheit 300 angeordnet ist, und zwar unterhalb der EMV-Abschirmung 4, so dass sich diese über die Sensoreinheit 300 hinweg erstreckt. Die Trägerplatte 7 ist dabei als Leiterplatte 7 ausgestaltet, wobei Sensoreinheit 300 und EMV-Abschirmung 4 jeweils vorzugsweise mit der Leiterplatte 7 verlötet sind.

Das Gehäuse 2 umgibt einen weiteren Strömungskanal 3a zum Führen eines zusätzlichen Fluidstroms A‘, derart, dass der zusätzliche Fluidstrom A‘ zwischen dem Strahlungsdetektor 30 bzw. der Strahlungsquelle 31 und dem Aerosolstrom A strömt. Der weitere Strömungskanal 3a kann wiederum mit dem Einlass 20 und/oder dem Auslass 21 kommunizieren. Der weitere Strömungskanal 3a ist dazu ausgebildet, den zusätzlichen Fluidstrom A‘ so zu leiten, dass dieser die EMV-Abschirmung 4 anströmt. Hierbei ist der weitere Strömungskanal 3a durch eine Wandung 60 von dem Strömungskanal 3 getrennt. Die Trägerplatte 7 kann eine Durchgangsöffnung 7a zum Durchführen des zusätzlichen Fluidstroms A‘ aufweisen, so dass dieser anschließend zwischen der Wandung 60 und der Trägerplatte 7 zur EMV-Abschirmung 4 geleitet wird. Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich ist, weist die EMV- Abschirmung 4 bevorzugt eine erste Seitenwand 40 und eine in der Strömungsrichtung R dahinter angeordnete zweite Seitenwand 41 auf, wobei die erste Seitenwand 40 in der Strömungsrichtung R ansteigend und die zweite Seitenwand 41 in der Strömungsrichtung R abfallend ausgebildet ist. Die beiden Seitenwände 40, 41 sind dabei insbesondere mit einer Deckwand 42 der EMV-Abschirmung miteinander verbunden. Die Deckwand 42 weist bevorzugt eine Öffnung 43 auf, durch die hindurch die Strahlungsquelle 31 Licht L in den Strömungskanal 3 aussenden kann und der Strahlungsdetektor 30 Strahlung aus dem Strömungskanal empfangen kann.

Die Seitenwände 40, 41 und die Deckwand 42 sowie ggf. weitere Komponenten der EMV-Abschirmung 4 (z.B. die weiter unten beschriebenen Fußabschnitte 400, 401) sind bevorzug aus einem Material gebildet, das elektrisch leitfähig ist oder ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Bei dem elektrisch leitfähigen Material kann es sich z.B. um ein Metall handeln.

Besonders bevorzugt ist die EMV-Abschirmung 4 so ausgestaltet, dass der im weiteren Strömungskanal 3a zur EMV-Abschirmung 4 geführte Fluidstrom A‘, der den Strahlungsdetektor 30 bzw. die Strahlungsquelle 31 vom Aerosolstrom A abschirmt, über die EMV-Abschirmung 4 hinweg laminar strömt. Dies wird durch die ansteigende bzw. abfallende Seitenwand 40, 41 sichergestellt. Durch den Fluidstrom A‘ wird das Risiko einer Verunreinigung des Strahlungsdetektors 30 bzw. der Strahlungsquelle 31 signifikant herabgesetzt. Der Partikelsensor 1 kann weiterhin einen Filter aufweisen (nicht gezeigt), der zum Reinigen des zusätzlichen Fluidstroms A stromaufwärts des Strahlungsdetektors 30 bzw. der Strahlungsquelle 31 dient.

Zum Festlegen der EMV-Abschirmung an der Träger- bzw. Leiterplatte 7 ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese zwei Fußabschnitte 400, 401 aufweist, wobei der erste Fußabschnitt 400 von der ersten Seitenwand 40 abgeht und mit der Träger- bzw. Leiterplatte 7 verlötet ist. In analoger Weise geht der zweite Fußabschnitt 401 von der zweiten Seitenwand 41 ab und ist ebenfalls mit der Träger- bzw. Leiterplatte 7 verlötet.

Zum Erzeugen des Aerosolstroms A bzw. des zusätzlichen Fluidstroms A‘ kann der Partikelsensor 1 weiterhin ein Strömungserzeugungsmittel 5, vorzugsweise in Form eines Ventilators 5, aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Aerosolstrom A über den Einlass 20 durch den Strömungskanal 3 strömen zu lassen und aus dem Auslass 21 auszugeben, so dass der Aerosolstrom A am Strahlungsdetektor 30 bzw. an der Sensoreinheit 300 vorbeigeführt wird. Alternativ hierzu kann der Partikelsensor 1 ein Strömungserzeugungsmittel 5 einer anderen Einheit verwenden, die dem Partikelsensor 1 den Aerosolstrom A zuleitet. Das Strömungserzeugungsmittel 5 muss daher nicht notwendigerweise eine Komponente des Partikelsensors 1 darstellen. Der zusätzliche Fluidstrom A‘ kann über die Öffnung 7a der Trägerplatte 7 in Richtung auf die EMV-Abschirmung 4 gesaugt werden. Wie anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, wird der Strömungskanal 3 bzw. der weitere Strömungskanal 3a vorzugsweise durch ein Gehäuseteil 6 und die Träger- bzw. Leiterplatte 7 zumindest abschnittsweise begrenzt. Das Gehäuseteil 6 kann eine Wandung 60 aufweisen, die den weiteren Strömungskanal 3a vom Strömungskanal 3 trennt. Die Trägerplatte 7 bildet dabei einen Boden des weiteren Strömungskanals 3a, wobei der Strahlungsdetektor 30 sowie die Strahlungsquelle 31 , vorzugsweise in Form der Sensoreinheit 300, auf der Trägerplatte 7 angeordnet sind, so dass diese entlang des Strömungskanals 3 zu liegen kommen. Die Strahlung L wird hier normal zur Trägerplatte 7 in den Strömungskanal 3 emittiert und an den partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms A zurückgestreutes Licht kann vom Strahlungsdetektor 30 detektiert werden.

Bevorzugt weist der Partikelsensor 1 weiterhin einen Temperatursensor 32 auf, der am Einlass 20 des Strömungskanals 3 angeordnet ist.

Zum elektrischen Kontaktieren des Partikelsensors 1 sind auf der Träger- bzw. Leiterplatte 7 elektrische Kontakte 70 vorgesehen, z.B. zum Herstellen einer Verbindung zur Auswertelektronik des Partikelsensors, so dass ein Ausgangssignal des Partikelsensors über die Kontakte 70 auslesbar ist.