專利名稱：大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潔凈度檢測(cè)設(shè)備，特別是一種大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
在先技術(shù)中，激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器所采用的技術(shù)方案，如中國科學(xué) 院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所黃惠杰等人在2002年3月6日申請(qǐng)的實(shí)用新型專利"激 光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器"(專利號(hào)為CN2480832Y)，它采用直角散射光學(xué)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)，其照明光學(xué)系統(tǒng)光軸，散射光收集系統(tǒng)軸和氣路系統(tǒng)軸兩兩垂直相交于光敏區(qū) 中心，其中的照明光學(xué)系統(tǒng)采用鹵鎢燈，光源發(fā)出的光束前進(jìn)方向上依次設(shè)置有照明 透鏡組和置于光陷阱內(nèi)的第一球面反射鏡，散射光收集光路的光軸和照明光路光軸相 交的點(diǎn)為光敏區(qū)的中心，在散射光收集光路上，在光敏區(qū)一側(cè)設(shè)有第二球面反射鏡， 在另一側(cè)依次設(shè)有接收透鏡，視場(chǎng)光闌和光電探測(cè)器。其中，光源和照明透鏡組之間 設(shè)有第一齊明透鏡，在照明透鏡組和光敏區(qū)之間設(shè)有第二齊明透鏡，在光敏區(qū)和接收 透鏡組之間設(shè)有第三齊明透鏡?，F(xiàn)有技術(shù)存在的問題是1、光源采用鹵鎢燈，發(fā)熱 量大，非單色光源，光能轉(zhuǎn)換效率低；2、照明光路和散射光收集光路設(shè)置了多個(gè)透 鏡組合，光路十分復(fù)雜，光能量的損耗比較大；3、采用后向反射鏡，使系統(tǒng)產(chǎn)生兩 束相向的照明光束，對(duì)采樣氣流采用準(zhǔn)對(duì)稱照明，雖然能提高光敏區(qū)光能量，提高測(cè) 量范圍，但是使系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難，雜光增多，不利于信噪比的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、信噪比高、粒徑分辨率高、采樣流量大的 大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器。
本發(fā)明技術(shù)解決方案為 一種大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器，其特征在于 它包括一個(gè)發(fā)出發(fā)散激光束的半導(dǎo)體激光光源，在該激光光源發(fā)出的光束前進(jìn)的方向 上，依次設(shè)有非球面鏡、第一入射光闌、第二入射光闌、出射光闌和光陷阱；在第二入射光鬧、出射光闌之間，與光路垂直方向上設(shè)置光路面反射鏡、視場(chǎng)光闌和光電探 測(cè)器，光敏區(qū)和光電探測(cè)器光敏面的位置分別在球面反射鏡球心附近的兩側(cè)，并滿足 幾何光學(xué)的物像關(guān)系；置于光電探測(cè)器前面且與光敏感區(qū)形狀相匹配的長矩形視場(chǎng)光 闌；光電探測(cè)器采用高靈敏度的光電倍增管；采樣氣路由進(jìn)氣嘴、出氣嘴組成，兩者 相對(duì)光敏區(qū)對(duì)稱設(shè)置。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的優(yōu)點(diǎn)是1、照明系統(tǒng)為半導(dǎo)體激光器，功率密 度高，發(fā)熱小，功耗低；2、照明光路和散射光收集光路設(shè)計(jì)簡單，容易調(diào)節(jié)，減少 光能量的傳輸損耗3、在照明光路上，在光敏區(qū)前設(shè)置兩個(gè)光闌，減少了進(jìn)入腔體的 雜散光，在光敏區(qū)與光陷阱之間設(shè)置了兩個(gè)光闌，防止進(jìn)入光陷阱的光束反射回腔體， 可以大大提高傳感器的信噪比4、視場(chǎng)光闌，有專門的喇叭口式遮擋光闌，防止光路 上的雜散光直接進(jìn)入探測(cè)器，另外視場(chǎng)光闌與光敏區(qū)尺寸相配合，減少了進(jìn)入探測(cè)器 的反射雜散光5、本設(shè)計(jì)的流量為28.3L/min，結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明對(duì)聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)粒子 進(jìn)行標(biāo)定的結(jié)果表明本發(fā)明的光學(xué)傳感器的采樣流量可以做到28. 3L/min，最小探測(cè) 粒徑為0. 3 u m ，對(duì)0. 38 y ra禾卩0. 54 u m標(biāo)準(zhǔn)粒子的分辨率可以做到75%以上。


圖1是本發(fā)明的大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器的剖視圖。 圖3是本發(fā)明采用的采樣氣嘴的示意圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器光學(xué)傳感器是一個(gè)直角散射型光 學(xué)系統(tǒng)，包括照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)。照明系統(tǒng)由半導(dǎo)體激光器1、 非球面鏡2、第一入射光闌3、第二入射光闌4、出射光闌7、光陷阱8組成，半導(dǎo)體 激光器1功率為5mW波長650nm，其發(fā)出發(fā)散光束經(jīng)過短焦距非球面鏡2 二維聚焦， 會(huì)聚點(diǎn)在光敏區(qū)的后面，以此保證光敏區(qū)5沿軸向光強(qiáng)的均勻，光敏區(qū)5處光束的寬 度是氣嘴9寬度的兩倍。激光光束穿過光敏感區(qū)5后進(jìn)入光陷阱8，并被光陷阱8吸 收掉。其中，照明光路光闌皆為喇叭形，保持尖銳角度，既可以防止雜散光的產(chǎn)生，又可以消除光路上的雜散光，可大大提高傳感器的信噪比。散射光收集系統(tǒng)主要由球 面反射鏡6、視場(chǎng)光闌11和光電倍增管12組成。當(dāng)被測(cè)氣流通過光敏感區(qū)5時(shí)，其 中的塵埃粒子產(chǎn)生的散射光的一部分直接進(jìn)入光電倍增管12，另一部分經(jīng)過球面反射 鏡6反射后會(huì)聚在光電倍增管12的光敏面上，其中視場(chǎng)光闌11有專門的喇叭口式遮 擋光闌，其尺寸及角度是根據(jù)第二入射光闌4、出射光闌7的位置及球面反射鏡6反 射的散射光角度計(jì)算出來，以保證光路中的雜散光不能直接進(jìn)入探測(cè)器，而粒子產(chǎn)生 的散射光信號(hào)不被遮擋，這樣也可以大大提高傳感器的信噪比。氣路系統(tǒng)主要由進(jìn)氣 嘴9、排氣嘴10構(gòu)成。抽氣泵將外界被測(cè)空氣通過進(jìn)氣嘴9吸入光學(xué)傳感器內(nèi)，使帶 有被測(cè)塵埃粒子的采樣氣流通過光敏感區(qū)5，以得到粒子的散射光信號(hào)。如圖3，進(jìn) 氣嘴9、排氣嘴10完全相同，都是有水平過渡的扁平氣嘴，其外尺寸為7*0. 6mm，可 以滿足28. 3L/min大流量采樣的要求，兩個(gè)氣嘴相對(duì)光敏區(qū)5對(duì)稱分布，相距5mm, 扁平的氣嘴設(shè)計(jì)可以減少氣流在光敏區(qū)5的擴(kuò)散，從而減少粒子出現(xiàn)在弱光區(qū)的概率， 可以大大提高傳感器的粒子分辨率。
本最佳實(shí)施例對(duì)聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)粒子進(jìn)行標(biāo)定的結(jié)果表明本發(fā)明的光學(xué)傳感器的 采樣流量可以做到28. 3L/min,最小探測(cè)粒徑為0. 3 u m ，對(duì)0. 38 u m和0. 54 u m標(biāo)準(zhǔn) 粒子的分辨率可以做到75%以上。
權(quán)利要求
1、一種大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器，其特征在于它包括一個(gè)發(fā)出發(fā)散激光束的半導(dǎo)體激光光源[1]，在該激光光源[1]發(fā)出的光束前進(jìn)的方向上，依次設(shè)有非球面鏡[2]、第一入射光闌[3]、第二入射光闌[4]、出射光闌[7]和光陷阱[8]；在第二入射光闌[4]、出射光闌[7]之間，與光路垂直方向上設(shè)置光路面反射鏡[6]、視場(chǎng)光闌[11]和光電探測(cè)器[12]，光敏區(qū)[5]和光電探測(cè)器[12]光敏面的位置分別在球面反射鏡[6]球心附近的兩側(cè)，并滿足幾何光學(xué)的物像關(guān)系；置于光電探測(cè)器[12]前面且與光敏感區(qū)形狀相匹配的長矩形視場(chǎng)光闌[11]；光電探測(cè)器[12]采用高靈敏度的光電倍增管；采樣氣路由進(jìn)氣嘴[9]、出氣嘴[10]組成，兩者相對(duì)光敏區(qū)[5]對(duì)稱設(shè)置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器，其特征在于光路上 設(shè)有短焦距、大數(shù)值孔徑非球面鏡[2]，激光光束經(jīng)過非球面鏡[2]聚焦，焦點(diǎn)處 在光敏區(qū)[5]之后，即靠近光陷阱那一邊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器，其特征在于氣 路中的進(jìn)氣嘴[9]、出氣嘴[10]采用有水平過渡的扁平氣嘴。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器，其特征在于所述 的光闌呈喇叭狀，保持尖銳角度，光闌靠近光敏區(qū)的表面進(jìn)行啞光處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器，其特征在于視場(chǎng)光 闌[ll]上設(shè)置喇叭口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大流量塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光學(xué)傳感器。它包括激光光源，在光源光束前進(jìn)方向上，依次設(shè)有非球面鏡、入射光闌、出射光闌和光陷阱；在入射光闌、出射光闌之間，與光路垂直方向上設(shè)置光路面反射鏡、視場(chǎng)光闌和光電探測(cè)器，光敏區(qū)和光電探測(cè)器光敏面的位置分別在球面反射鏡球心附近的兩側(cè)，置于光電探測(cè)器前面且與光敏感區(qū)形狀相匹配的長矩形視場(chǎng)光闌。本發(fā)明的照明光路和散射光收集光路設(shè)計(jì)簡單，容易調(diào)節(jié)，在光敏區(qū)前設(shè)置光闌，可減少進(jìn)入腔體的雜散光，在光敏區(qū)與光陷阱之間設(shè)置了一個(gè)光闌，防止進(jìn)入光陷阱的光束反射回腔體，可以大大提高傳感器的信噪比。視場(chǎng)光闌采用喇叭口式遮擋光闌，防止光路上的雜散光直接進(jìn)入探測(cè)器。
文檔編號(hào)G01N15/14GK101470066SQ20071019238
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者卞保民, 剛 彭, 王春勇, 賀安之 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)