專利名稱：粒子計數(shù)器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空氣潔凈度檢測設備，特別涉及一種粒子計數(shù)器。
背景技術：
許多行業(yè)，如醫(yī)藥、電子、精密機械、彩管制造、微生物等等，對其廠房內空氣潔凈 度有一個很高的要求，潔凈廠房的潔凈級別常以單位體積的空氣中最大允許的顆粒數(shù)即粒子 計數(shù)濃度來衡量。舊的美國聯(lián)邦標準209E "潔凈室及潔凈區(qū)中空氣懸浮粒子潔凈度級別"已 經在2001年11月29日被新的國際標準IS014644-1 "潔凈室及相關受控環(huán)境，第一部分空氣 潔凈度等級"和IS014644-2 "潔凈室及相關受控環(huán)境，第二部分:認證IS014644-1相符性的 測試和監(jiān)測技術條件"所取代。為了和國際標準盡快接軌，我國根據(jù)IS014644制定了新的國 家標準GB50073-2001 "潔凈廠房設計規(guī)范"，此規(guī)范已在2002年1月開始執(zhí)行。在國際標準 IS014644和國家標準GB500073-2001中潔凈室的潔凈度劃分為9級。
激光塵埃粒子計數(shù)器是用來檢測空氣中塵埃粒子數(shù)量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔 凈度的評定提供依據(jù)?，F(xiàn)在常用的塵埃粒子計數(shù)器，如各種國產的塵埃粒子計數(shù)器、PMS的 粒子監(jiān)測儀等等，均是利用激光散射法來設計的。激光散射法是目前較為成熟的潔凈度檢測 方法。當激光照射在空氣中遇到顆粒物時就會發(fā)生散射，其散射的程度和顆粒物尺寸大小有 關。當尺寸增大時，其表面積也相應增大，散射光的強度也會隨之增大，這樣只要測定出散 射光的強度就可以推知微粒大小了。
使用激光散射法對空氣中塵埃粒子進行檢測時，為提高檢測靈敏度，含粒子的待檢測樣 本空氣通常是通過高效濃縮采樣獲得，而且在某些特種場合事先無法評價粒子對人體的危害 ，所以現(xiàn)有塵埃粒子計數(shù)器往往含有小型化密閉檢測腔室，這同時也是進一步研發(fā)小型化、 便攜式檢測裝置的需要。
目前現(xiàn)有的塵埃粒子計數(shù)器，氣路部分均采用直噴結構，即氣路部分包括一進樣管和一 排氣管。已有專利，如中國科學院上海光學精密機械研究所擁有的、名稱為"激光塵埃粒子 計數(shù)器的微型光學傳感器"，公開號為CN 1570604A的發(fā)明專利和蘇州華達儀器設備有限公 司擁有的、名稱為"塵埃粒子計數(shù)器及其使用方法"，公開號為CN101162195A的發(fā)明專利中
4，進樣氣路部分均采用了直噴方式。這種進樣方式結構簡單，易于實現(xiàn)，但是存在明顯的缺 陷。主要表現(xiàn)在兩方面 一是粒子易積聚，直噴進樣結構無法解決這個問題；二是使用直噴 結構時，粒子并行通過檢測光斑，而檢測光斑照明強度分布不可能完全均勻，這就導致了不 同粒徑的塵埃粒子經過檢測光斑不同位置時可能得到相同的散射光強度信號，影響檢測的準 確性。另外，上述專利中提到的計數(shù)器檢測光路單一，都是采用了檢測粒子的側向散射光， 而沒有檢測相對較強的粒子前向散射光。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種能夠提高檢測準確性的粒子計數(shù)器。
本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是 一種粒子計數(shù)器，包括 密閉檢測腔室、氣路和光路；所述氣路包括與密閉檢測腔室固接的同軸設置的進樣氣管和接 收氣管；所述光路包括光源，在該光源發(fā)出的光束前進方向上依次設有與密閉檢測腔室固接 的入射透鏡組、與密閉檢測腔室固接的設置有開口的曲面反射鏡，所述曲面反射鏡的焦點位 于所述光路和所述氣路交匯處，所述曲面反射鏡設置有側向光收集檢測裝置；所述進樣氣管 的外面套裝有與其同軸的鞘流管，所述鞘流管與所述進樣氣管之間形成供潔凈鞘流氣體通過 的環(huán)空，所述環(huán)空的出氣端與進樣管的出氣端平齊，所述鞘流管的出氣端連接有噴嘴。
在所述光源發(fā)出的光束前進方向上還設置有前向光收集檢測裝置，所述前向光收集檢測 裝置的收集光路軸線與所述側向光收集檢測裝置的收集光路軸線之間的夾角a =20° 90°
所述前向光收集檢測裝置包括依次設置的前向光收集透鏡組和前向檢測器，在所述前向 光收集透鏡組中近所述曲面反射鏡側的透鏡中央放置用于遮擋所述光源直接發(fā)出光的遮光板
所述光源采用激光器，所述入射透鏡組固化于所述激光器中。 所述接收管上端設置有收口結構。
所述鞘流管出氣端的外側壁嵌裝在所述噴嘴中，所述鞘流管出氣端的內側壁與所述噴嘴 的內錐面拼接。
所述曲面反射鏡為橢球面反射鏡。
所述側向光收集檢測裝置包括側向光收集透鏡組，所述側向光收集透鏡組、所述入射透鏡組和所述前向光收集透鏡組均固裝在密閉檢測腔室上。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是(一)氣路部分改變了以往的直噴進樣方式，采用鞘 流進樣方式，即由潔凈無雜質的鞘流氣體包裹著待測樣本氣流的進樣方式。通過控制氣流流 速和設計氣路的結構，可將樣本氣流聚焦在流路的軸心上，在這樣的情況下，可有效防止樣 品氣流的擴散，保證樣本氣流中的待測粒子在經過檢測區(qū)時順序沿直線通過，避免了粒子積 聚同時經過檢測區(qū)時造成信號疊加的干擾，減小了因激光檢測斑照明強度不均勻造成的影響 ，從而提高了檢測的準確性。
(二) 光路部分改變了以往的單一光路檢測，除了檢測側向散射光，還檢測了相對較強 的前向散射光。從而進一步提高了檢測的準確性
(三) 曲面反射鏡采用了長軸側有圓形開口的橢球面反射鏡產成品，方便氣路、光路放 置，無需打孔，在實際操作中容易實現(xiàn)。
(四) 密閉檢測腔室內部包含光路、氣路部分，將各個透鏡組裝配在密閉腔室上，結構 緊湊，最終外形尺寸可以達到140X 160X140 (mm)，大大減小了體積，有助于小型化儀器 的研發(fā)；可作為儀器的模塊化器件，方便保養(yǎng)或者損壞時及時更換，降低了儀器維修成本。


圖l是本發(fā)明的結構示意圖2是本發(fā)明的光路部分示意圖3是本發(fā)明的氣路部分鞘流結構示意圖。
圖中1、進樣快插，2、鞘流快插，3、同心調整架，4、接收管，5、接收端快插 ，6、接收端法蘭托，7、噴嘴，8、鞘流管，9、進樣管，10、進樣端法蘭托，11、光源，12 、入射透鏡組，13、檢測區(qū)，14、側向光收集透鏡組，15、側向檢測器，16、前向檢測器， 17、前向光收集透鏡組，18、遮光板，19、曲面反射鏡，20、鏡架，21、密閉檢測腔室。
具體實施例方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 詳細說明如下
請參閱圖1 圖3，本發(fā)明一種粒子計數(shù)器，包括密閉檢測腔室21、氣路部分和光路部分 請參見圖1和圖3，本發(fā)明一種粒子計數(shù)器的氣路部分在進樣端包括進樣管9，進樣管9的
6外面套裝有與其同軸的鞘流管8，鞘流管8與進樣氣管9之間形成供潔凈鞘流氣體通過的環(huán)空 ，同心調整架3套裝在鞘流管8的外壁，沿調整架3周向均布至少三顆調整螺釘，調整螺釘穿 過鞘流管8末端頂緊在進樣管9的外圓上，通過絲錐旋緊或旋松調整螺釘可調整進樣管9和鞘 流管8的同軸度；進樣管9的進氣端、鞘流管8進氣端、進樣快插1和鞘流快插2均固定在進樣 端法蘭托10中，進樣端法蘭托10固裝在密閉檢測腔室21上；上述環(huán)空的出氣端與進樣管9的 出氣端相平齊，以確保潔凈鞘流氣體將進樣氣體緊密包裹，鞘流管8的出氣端連接有加速噴 嘴7。在本實施例中，鞘流管8外側壁嵌套在加速噴嘴7中，其中鞘流管8出氣端內側壁與加速 噴嘴7內錐面無間距且平滑過渡無突變，兩者形成拼接；氣體采樣濃縮裝置通過進樣快插l與 進樣氣路連接，潔凈鞘流氣體通過鞘流快插2進入鞘流氣路。在本實施例中，進樣管9直徑為 1.5mm，鞘流管8直徑為2. 76mm，加速噴嘴7內的錐臺高為2mm，噴口直徑為1.9mm。在本發(fā)明 的氣路部分接收端，接收管4與加速噴嘴7同軸，接收管4進氣端與加速噴嘴7出氣端距離為 4mm;接收管4和接收端快插5均固定在接收端法蘭托6中，接收端法蘭托6固裝在在密閉檢測 腔室21上，排氣裝置與接收端快插5連接。接收管4的內徑可略大于加速噴嘴7的噴口直徑， 在本實施例中，接收管4的內徑為2.7mm，且上端最好有錐面收口結構。進樣氣路、鞘流氣路 和接收氣路可設置流量傳感器、采樣裝置等。
上述各個快插均與所在的法蘭托形成密封，鞘流管8頂端與進樣端法蘭托10內壁形成密 封。進樣端法蘭托10和接收端法蘭托6分別固定在密閉檢測腔室21的進氣口和排氣口，并與 密閉檢測腔室21外側壁密封固定。進樣管9、鞘流管8、加速噴嘴7和接收管4處于同軸的位置 ，并在密閉檢測腔室21中豎直放置。加速噴嘴7位于鞘流管8下端，設有錐面收口結構，下端 收口為一狹小噴嘴，保證樣品氣體中粒子順序直線通過檢測區(qū)。
請參見圖1和圖2，本發(fā)明一種粒子計數(shù)器的光路部分為光源ll發(fā)出的光線經過固裝在 密閉檢測腔室21上的入射透鏡組12整形聚焦檢測光斑于檢測區(qū)13，檢測區(qū)13為光路和上述氣 路的交匯處，同時為固接在密閉檢測腔室21上的曲面反射鏡19的焦點；待測進樣氣體的塵埃 粒子在鞘流氣體包裹下排隊順序通過檢測區(qū)13時，在匯聚光斑照射下發(fā)出散射光，前向散射 光通過固裝在密閉檢測腔室21上的前向光收集透鏡組17收集后整形聚焦于前向檢測器16，在 前向光收集透鏡組17中近曲面反射鏡側的透鏡中央放置用于遮擋光源直接發(fā)出光的遮光板18 ;同時，曲面反射鏡19收集各向散射光并通過固裝在密閉檢測腔室21上的側向光收集透鏡組 14收集后整形聚焦于側向檢測器15;該計數(shù)器所得到的計數(shù)數(shù)據(jù)為前向檢測器16和側向檢測 器15所得數(shù)據(jù)的均值，從而使檢測的結果更加準確。各個透鏡組包含多片平凸或雙凸透鏡， 上述光學元器件的位置關系滿足幾何光學的物像關系，屬本領域公知常識，在此不累述。
7更優(yōu)地，光源ll采用激光器，并且將入射透鏡組12固化于激光器中，要求聚焦檢測激光斑于檢測區(qū)13;在本實施例中，前向光收集透鏡組17采用兩片平凸透鏡，直徑均為18mm，靠近曲面反射鏡19的透鏡其焦距為34mm，并在該透鏡近曲面反射鏡19側的中央放置遮光板18，靠近前向檢測器16的透鏡其焦距為15mm，使光線匯聚于前向檢測器16;側向光收集透鏡組14采用多片平凸和雙凸透鏡，直徑均為12.7mm，靠近側向檢測器15的透鏡其焦距為12mm，使光線匯聚于檢測器15。上述曲面反射鏡19內側壁為鍍鋁的橢球形，軸向距離35mm，下端截面圓直徑為80mm，最好購買現(xiàn)成的產成品。上述光路部分的結構布置應滿足幾何光學的物像關系。前向光路軸線與側向光路軸線的夾角為a ， a =20° 90° ，優(yōu)選地，取角度為30。。
上述前向檢測器16可以為光電二極管或金屬封裝的微型光電倍增管或者固態(tài)光電倍增管，檢測帶寬不小于3MHz;遮光板18可以采用矩形結構；曲面反射鏡19可以是橢球面反射鏡或球面反射鏡，曲面反射鏡19可以由玻璃或者金屬材質制成，內表面可以鍍鋁或銀等；激光器可以是半導體激光器組件或者固體激光器組件，激光器的波長可以為375nm或者405nm或者780nm。
綜上所述，本發(fā)明的光路包括前向光路和側向光路。前向光路包括光源ll、入射透鏡組12、前向光收集透鏡組17、遮光板18和前向檢測器16。入射透鏡組12用于將光源光線整形，使其聚焦于檢測區(qū)13;前向光收集透鏡組17用于收集并調整前向散射光使其聚焦于前向檢測器16;遮光板18用于吸收光源自身發(fā)射光。側向光路包括與前向光路共用的光源ll、曲面反射鏡19、側向光收集透鏡組14和一個側向檢測器15，曲面反射鏡19通過鏡架20固定安裝在密閉檢測腔室21內部，側向光收集透鏡組14用于收集并整形側向散射光使其聚焦于側向檢測器15。入射透鏡組12和前向光收集透鏡組17、側向光收集透鏡組14分別固定在密閉檢測腔室21的激光入射口和前向、側向光收集口處并且它們都與密閉檢測腔室21外側壁密封固定。
在本發(fā)明的光路中，密閉檢測腔室21的激光入射口和前向、側向光收集口處均可固定光學窗口，相應的各個透鏡組也可以固定放置在密閉檢測腔室21外。
優(yōu)選方案為，將各個透鏡組裝配在密閉檢測腔室上，使結構更加緊湊。
請參見圖l，密閉檢測腔室21為一個帶有頂蓋的可密封容器，用于容納光路部分和氣路部分，密閉檢測腔室21上留有進樣端法蘭托10、接收端法蘭托6、入射透鏡組12、前向光收集透鏡組17和側向光收集透鏡組14的安裝固定孔。曲面反射鏡19通過鏡架20固定安裝在密閉檢測腔室21內部，曲面反射鏡19的焦點位于檢測區(qū)13;密閉檢測腔室21的形狀及各向尺寸均與氣路和光路尺寸相匹配。密閉檢測腔室21的特點在于其體積小，能有效固定光路和氣路部分、結構緊湊。采用上述本發(fā)明一種粒子計數(shù)器進行塵埃粒子檢測的方法
采樣濃縮器得到的待測樣本氣體通過進樣快插1注入進樣管9，進樣流量為0.5 1. 5升/分鐘；用作鞘流的潔凈氣體通過鞘流快插2注入鞘流管8，流量為2 6升/分鐘，進樣氣流與潔凈鞘流氣體的體積比為l: 3 1: 5。最好為l: 3。潔凈鞘流氣體包裹著樣本氣流經過狹小的加速噴嘴7被壓縮，使進樣氣流中的塵埃粒子在潔凈鞘流氣體包裹下排隊沿直線順序經過檢測區(qū)13，進入接收管4中?；旌蠚饬魍ㄟ^接收氣路最后由接收快插5排出。
氣路部分中，高效濃縮樣品氣體的獲得由空氣采樣、濃縮裝置提供，這些可以通過常規(guī)技術手段實現(xiàn)，例如常規(guī)的濃縮采樣器。
光路部分同時檢測側向散射光和相對較強的前向散射光，計數(shù)器取兩者的平均值顯示，檢測結果準確。
本發(fā)明的創(chuàng)新點在于
第一，氣路部分中，進樣方式由以往的直噴進樣方式改變?yōu)榍柿鬟M樣方式。采用鞘流進樣時，可將樣本氣流聚焦在流路的軸心上，保證待測粒子排隊沿直線順序經過檢測區(qū)。因此，鞘流進樣結構可以有效防止直噴進樣時粒子擴散和積聚，并減小由于激光檢測斑照明強度不均勻而造成的影響，避免了由于粒子積聚同時經過檢測區(qū)而造成信號疊加干擾，從而提高檢測的準確性。
第二，光路部分改變了以往的單一光路檢測，除了檢測粒子側向散射光，還添加了前向散射光檢測光路，多路檢測提高準確性。
第三，側向光路中采用了橢球面反射鏡實現(xiàn)了二次曲面直接共輒成像，相對于球面反射鏡其散射光采集效率高。另外，在已有諸多塵埃粒子計數(shù)器產品和專利中，橢球面反射鏡需
要打孔，加工時容易炸裂，因而加工困難，而且成品率低；本發(fā)明中使用的橢球反射鏡長軸兩側有開口，可以購買成品，方便氣路、光路放置，無需打孔，不存在上述困難，因此在實際操作中容易實現(xiàn)。
盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種粒子計數(shù)器，包括密閉檢測腔室、氣路和光路；所述氣路包括與密閉檢測腔室固接的同軸設置的進樣氣管和接收氣管；所述光路包括光源，在該光源發(fā)出的光束前進方向上依次設有與密閉檢測腔室固接的入射透鏡組、與密閉檢測腔室固接的設置有開口的曲面反射鏡，所述曲面反射鏡的焦點位于所述光路和所述氣路交匯處，所述曲面反射鏡設置有側向光收集檢測裝置；其特征在于，所述進樣氣管的外面套裝有與其同軸的鞘流管，所述鞘流管與所述進樣氣管之間形成供潔凈鞘流氣體通過的環(huán)空，所述環(huán)空的出氣端與進樣管的出氣端平齊，所述鞘流管的出氣端連接有噴嘴。
2. 根據(jù)權利要求l所述的粒子計數(shù)器，其特征在于，在所述光源發(fā)出 的光束前進方向上還設置有前向光收集檢測裝置，所述前向光收集檢測裝置的收集光路軸線 與所述側向光收集檢測裝置的收集光路軸線之間的夾角《=20° 90° 。
3. 根據(jù)權利要求l所述的粒子計數(shù)器，其特征在于，在所述光源發(fā)出 的光束前進方向上還設置有前向光收集檢測裝置，所述前向光收集檢測裝置的收集光路軸線 與所述側向光收集檢測裝置的收集光路軸線之間的夾角《=20° 90° 。
4. 根據(jù)權利要求1或3所述的粒子計數(shù)器，其特征在于，所述光源采 用激光器，所述入射透鏡組固化于所述激光器中。
5. 根據(jù)權利要求l所述的粒子計數(shù)器，其特征在于，所述接收管上端 設置有收口結構。
6 根據(jù)權利要求l所述的粒子計數(shù)器，其特征在于，所述鞘流管出氣 端的外側壁嵌裝在所述噴嘴中，所述鞘流管出氣端的內側壁與所述噴嘴的內錐面拼接。
7 根據(jù)權利要求l所述的粒子計數(shù)器，其特征在于，所述曲面反射鏡 為橢球面反射鏡。
8 根據(jù)權利要求l所述的粒子計數(shù)器，其特征在于，所述曲面反射鏡 為橢球面反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粒子計數(shù)器，包括密閉檢測腔室、氣路和光路；所述氣路包括與密閉檢測腔室固接的同軸設置的進樣氣管和接收氣管；所述光路包括發(fā)出發(fā)散光束的光源，在該光源發(fā)出的光束前進方向上依次設有與密閉檢測腔室固接的入射透鏡組、與密閉檢測腔室固接的設置有開口的曲面反射鏡，所述曲面反射鏡的焦點位于所述光路和所述氣路交匯處，所述曲面反射鏡設置有側向光收集檢測裝置；所述進樣氣管的外面套裝有與其同軸的鞘流管，所述鞘流管與所述進樣氣管之間形成供潔凈鞘流氣體通過的環(huán)空，所述環(huán)空的出氣端與進樣管的出氣端平齊，所述鞘流管的出氣端連接有噴嘴。本發(fā)明可有效防止樣品氣流的擴散，從而提高了檢測的準確性。
文檔編號G01N15/10GK101639435SQ20091030543
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月10日 優(yōu)先權日2009年8月10日
發(fā)明者吳太虎, 朱友平, 杜耀華, 智 程, 詹寧波, 趙丕成, 鋒 陳 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所