專利名稱：小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試空氣中懸浮顆粒顆粒數(shù)的裝置，具體涉及一種用于檢測潔凈環(huán)境的塵埃粒子計數(shù)器。
背景技術：
光學塵埃粒子計數(shù)器是檢測潔凈環(huán)境中塵埃顆粒濃度的儀器，它是以塵埃顆粒在激光束中產(chǎn)生的光散射現(xiàn)象為原理設計而成。其通常包括光學系統(tǒng)、氣路裝置和控制電路，其中的氣路裝置主要由采樣管、散射腔、氣泵、過濾器、流量測試及調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，開動氣泵，空氣中的塵埃粒子隨采樣氣流通過位于散射腔中的光敏感區(qū)時，產(chǎn)生與其粒徑相關的散射光脈沖，光學系統(tǒng)將散射光脈沖收集于光電轉(zhuǎn)換器件，光電轉(zhuǎn)換器件將光脈沖信號變?yōu)橄鄳碾娒}沖信號。信號處理系統(tǒng)將電脈沖信號放大，并經(jīng)幅度甄別器甄別后由微處理器處理，最后得到各檔粒徑的塵埃粒子數(shù)。
根據(jù)光散射原理，當塵埃顆粒的半徑小于光的波長時，散射光強與入射光強、粒子半徑及單位體積內(nèi)的粒子數(shù)相關，因而，同一粒徑的塵埃粒子，在不同的入射光強照射下，產(chǎn)生的散射光的光強不同，由此可能影響檢測的準確度。雖然，目前使用的半導體激光器都有穩(wěn)功率措施，但當半導體激光器損壞時，它并不是不發(fā)光，而是成了一塊光斑，所以散射光將大大地降低，從而使儀器接收靈敏度也大大降低，由于散射腔是密封的，一般不易發(fā)現(xiàn)半導體激光器的損壞；另一方面，儀器中采用的光電轉(zhuǎn)換器以及信號處理系統(tǒng)中所用的器件均是半導體，半導體器件的溫度特性較差，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，儀器的接收靈敏度會發(fā)生偏移，從而使測量數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)發(fā)生偏差。因此，必須在塵埃粒子計數(shù)器中加入靈敏度校正系統(tǒng)，然而，現(xiàn)有技術中，校正系統(tǒng)的電路復雜，成本高，因而，在國內(nèi)生產(chǎn)的小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器中，一部分儀器并不設置靈敏度校正系統(tǒng)，還有一部分儀器僅對光源信號進行監(jiān)視，這導致了國產(chǎn)儀器在接收靈敏度上的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的是提供一種帶有結(jié)構(gòu)簡單、適于小型裝置中使用的靈敏度校正結(jié)構(gòu)的半導體激光塵埃粒子計數(shù)器。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，包括光學系統(tǒng)、氣路裝置和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括激光器控制電路、光電轉(zhuǎn)換器件、信號放大電路、信號甄別電路、計數(shù)電路、微處理器和氣路控制電路，光電轉(zhuǎn)換器件的輸出經(jīng)信號放大電路連接至信號甄別電路，所述信號放大電路中包括由微處理器控制的可編程放大器，所述控制電路中還設有靈敏度校正電路，所述靈敏度校正電路主要由絕對值放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，絕對值放大電路的輸入端與信號放大電路的輸出端電路連接，其輸出端經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接至微處理器的輸入接口。
上述技術方案中，所述光學系統(tǒng)和氣路裝置是現(xiàn)有技術，通常，光學系統(tǒng)包括半導體激光器、位于散射腔內(nèi)的光敏感區(qū)域和光陷阱，半導體激光器發(fā)出的激光經(jīng)過散射腔，光電轉(zhuǎn)換器件位于光敏感區(qū)的側(cè)面；氣路裝置則主要由采樣管、散射腔、氣泵、過濾器、流量測試及調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，其中，一般設置兩個氣路(或者設置支路)使得被氣泵吸入的空氣可以被控制經(jīng)過或不經(jīng)過過濾器，校正時，空氣經(jīng)過過濾器進入以反應本底噪聲，檢測時，空氣不經(jīng)過過濾器，以檢測塵埃粒子。隨氣流進入光敏感區(qū)的塵埃粒子，將產(chǎn)生與其粒徑相關的散射光，散射光由光電轉(zhuǎn)換器件接收轉(zhuǎn)換后，經(jīng)信號放大電路放大，其獲得的電信號中，塵埃粒子產(chǎn)生的信號遠大于靜噪聲。靜噪聲由兩部分組成，一是無塵埃粒子通過時，由光源照射在散射腔光敏感區(qū)后產(chǎn)生的光背景噪聲被光電轉(zhuǎn)換器接收后產(chǎn)生的電信號；另一部分是電路產(chǎn)生的靜噪聲。實驗證明，當一臺計數(shù)器定標后，在各器件完好的情況下，背景噪聲發(fā)生變化，其接收靈敏度也隨之變化，即靜噪聲增大，其接收靈敏度提高；反之，接收靈敏度降低。通常，人們認為靜噪聲是有害的，降低得越小越好。但實際上，靜噪聲是始終存在的，由于靜噪聲的大小可以間接地反映儀器的接收靈敏度，因此，可以用靜噪聲來進行接收靈敏度的校正。本技術方案中，設置了靈敏度校正電路，當儀器處于零計數(shù)時(例如開機時進行零計數(shù)測試時，或者中間需要校正時使空氣經(jīng)過過濾器)，機內(nèi)微處理器在判斷儀器已零計數(shù)時，接收靜噪聲值，由于靜噪聲相對于塵埃粒子信號要小得多，因此另外設置了絕對值放大電路，將靜噪聲信號整流成單向信號并放大，再由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由微處理器接收。微處理器將平滑后的靜噪聲信號與定標時存貯的靜噪聲值進行比較，有偏差時，通過可編程放大器調(diào)整放大倍率進行補償，以修正到出廠時的靜噪聲值，由此來校正儀器的靈敏度。如果補償后仍超出允許的偏差值時，提示使用者送檢，以重新定標或者進行維修。
上述技術方案中，所述絕對值放大電路由整流放大電路和加法放大電路構(gòu)成，所述信號放大電路的輸出分成兩路，其中一路經(jīng)整流放大電路后連接至加法放大電路，另一路直接連接至加法放大電路。
進一步的技術方案，所述加法放大電路中含有積分電路。
上述技術方案中，所述加法放大電路包括反相連接的運算放大器，在其反相輸入端與輸出端之間與負反饋電阻并聯(lián)設置有電容器，構(gòu)成所述積分電路。
所述整流放大電路包括反相連接的運算放大器，還設有二極管，所述二極管的反相端與運算放大器的反相輸入端連接，正相端與運算放大器的輸出端連接。
由于上述技術方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點1.由于本實用新型設置了靈敏度校正電路，可以通過微處理器檢測并通過控制可編程放大器改變放大倍率，實現(xiàn)靈敏度的自動校正，從而保證了測試的準確性；2.本實用新型的靈敏度校正電路是利用現(xiàn)有的取樣信號，再經(jīng)過絕對值放大實現(xiàn)的，因而電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)；3.在加法放大電路中可以設置積分電容器，用于平滑輸出信號，從而減輕微處理器的運算負擔。


附圖1為本實用新型實施例一的控制系統(tǒng)的示意框圖；附圖2為實施例一的控制系統(tǒng)中放大電路和絕對值放大電路的原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見附圖1和附圖2所示，一種小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，包括光學系統(tǒng)、氣路裝置和控制系統(tǒng)，其中，光學系統(tǒng)包括半導體激光器、位于散射腔內(nèi)的光敏感區(qū)域和光陷阱，光電轉(zhuǎn)換器件位于光敏感區(qū)的側(cè)面；氣路裝置則主要由采樣管、散射腔、氣泵、過濾器、流量測試及調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，零計數(shù)時，泵體吸入的氣體經(jīng)過濾器進入散射腔，檢測時，吸入的氣體則不經(jīng)過濾器直接進入散射腔；所述控制系統(tǒng)包括激光器控制電路、光電轉(zhuǎn)換器件、信號放大電路、信號甄別電路、計數(shù)電路、微處理器和氣路控制電路，光電轉(zhuǎn)換器件上設置有溫度補償電路，其輸出經(jīng)信號放大電路連接至信號甄別電路，所述信號放大電路中包括由微處理器控制的可編程放大器，所述控制電路中還設有靈敏度校正電路，所述靈敏度校正電路主要由絕對值放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，絕對值放大電路的輸入端與信號放大電路的輸出端電路連接，其輸出端經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接至微處理器的輸入接口。
本實施例中，所述絕對值放大電路由整流放大電路和加法放大電路構(gòu)成，所述信號放大電路的輸出分成兩路，其中一路經(jīng)整流放大電路后連接至加法放大電路，另一路直接連接至加法放大電路。其中，所述整流放大電路包括反相連接的運算放大器，還設有二極管，所述二極管的反相端與運算放大器的反相輸入端連接，正相端與運算放大器的輸出端連接。所述加法放大電路包括反相連接的運算放大器，在其反相輸入端與輸出端之間與負反饋電阻并聯(lián)設置有電容器，構(gòu)成積分電路。附圖2中給出了信號放大電路與絕對值放大電路部分的電路原理示意圖，圖中，A連接光電轉(zhuǎn)換器件的輸出端，B連接至信號甄別電路，C連接至A/D轉(zhuǎn)換電路，可編程放大器中由一個通過CPU輸出選通的16選模擬開關與對應的電阻系列構(gòu)成放大倍率控制機構(gòu)。
校正時，空氣經(jīng)過過濾器進入以反應本底噪聲(靜噪聲)，檢測時，空氣不經(jīng)過過濾器，以檢測塵埃粒子。半導體激光器發(fā)出的激光進入散射腔，在光敏感區(qū)域塵埃粒子產(chǎn)生散射光，散射光由光電轉(zhuǎn)換器件接收轉(zhuǎn)換后，經(jīng)信號放大電路放大，其獲得的電信號中，塵埃粒子產(chǎn)生的信號遠大于靜噪聲。當儀器處于零計數(shù)時，機內(nèi)微處理器，接收靜噪聲值，由于靜噪聲相對于塵埃粒子信號要小得多，因此另外設置了絕對值放大電路，將靜噪聲信號整流成單向信號并放大，再由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由微處理器接收。其中，由于整流運算放大器的負反饋回路中設置有二極管，當輸入負信號時，放大電路被二極管鉗位，另一路的負信號被加法放大電路(負反饋積分)放大；輸入正信號時，輸出放大的負信號，由于其較另一路輸入信號大，進入加法放大電路放大，由此，實現(xiàn)靜噪聲信號的整流、放大。積分電路(電容器)的設置對輸出信號起到平滑作用，微處理器將A/D轉(zhuǎn)換后的靜噪聲信號與定標時存貯的靜噪聲值進行比較，有偏差時，通過可編程放大器調(diào)整放大倍率進行補償，以修正到出廠時的靜噪聲值，由此來校正儀器的靈敏度。如果補償后仍超出允許的偏差值時，提示使用者送檢，以重新定標或者進行維修。
對本實施例的塵埃粒子計數(shù)器，與不設置靈敏度校正電路的計數(shù)器進行對比實驗，其它條件一致。用于定標的標準粒子為0.303μm，半導體激光器(40mW)的標準工作電壓應為3.0V。采用降低半導體激光器的工作電壓的方式模擬半導體激光器發(fā)光強度變?nèi)?，測試結(jié)果如下表

實驗結(jié)果表明，當半導體激光器的工作電壓發(fā)生6.7％的變化，不加校正電路時其接收數(shù)據(jù)將發(fā)生22.3％的變化；加校正電路時其接收數(shù)據(jù)僅產(chǎn)生3.7％的變化。校正的效果非常明顯。
權利要求1.一種小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，包括光學系統(tǒng)、氣路裝置和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括激光器控制電路、光電轉(zhuǎn)換器件、信號放大電路、信號甄別電路、計數(shù)電路、微處理器和氣路控制電路，光電轉(zhuǎn)換器件的輸出經(jīng)信號放大電路連接至信號甄別電路，所述信號放大電路中包括由微處理器控制的可編程放大器，其特征在于所述控制電路中還設有靈敏度校正電路，所述靈敏度校正電路主要由絕對值放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，絕對值放大電路的輸入端與信號放大電路的輸出端電路連接，其輸出端經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接至微處理器的輸入接口。
2.根據(jù)權利要求1所述的小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，其特征在于所述絕對值放大電路由整流放大電路和加法放大電路構(gòu)成，所述信號放大電路的輸出分成兩路，其中一路經(jīng)整流放大電路后連接至加法放大電路，另一路直接連接至加法放大電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，其特征在于所述加法放大電路中含有積分電路。
4.根據(jù)權利要求3所述的小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，其特征在于所述加法放大電路包括反相連接的運算放大器，在其反相輸入端與輸出端之間與負反饋電阻并聯(lián)設置有電容器，構(gòu)成所述積分電路。
5.根據(jù)權利要求2所述的小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，其特征在于所述整流放大電路包括反相連接的運算放大器，還設有二極管，所述二極管的反相端與運算放大器的反相輸入端連接，正相端與運算放大器的輸出端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種小型半導體激光塵埃粒子計數(shù)器，包括光學系統(tǒng)、氣路裝置和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)中，光電轉(zhuǎn)換器件的輸出經(jīng)信號放大電路連接至信號甄別電路，所述信號放大電路中包括由微處理器控制的可編程放大器，其特征在于所述控制電路中還設有靈敏度校正電路，所述靈敏度校正電路主要由絕對值放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，絕對值放大電路的輸入端與信號放大電路的輸出端電連接，其輸出端經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接至微處理器的輸入接口。本實用新型實現(xiàn)了靈敏度的自動校正，保證了測試的準確性；同時電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。
文檔編號G01N21/51GK2906598SQ200620070280
公開日2007年5月30日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權日2006年3月9日
發(fā)明者鄒麗新, 顧濟華, 朱桂榮 申請人:蘇州大學