一種激光粒子測量探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光粒子測量探頭。所述的激光粒子測量探頭通過法蘭盤固定在密閉容器或真空容器的堅(jiān)固外殼上，法蘭盤連同法蘭盤上的窗口玻璃將密閉容器或真空容器與外部環(huán)境隔離，并將主要的光學(xué)器件、機(jī)械部件、電子學(xué)器件隔離在密閉容器或真空容器外，避免污染被測容器內(nèi)部環(huán)境；激光光束經(jīng)光束整形模塊后成為分布均勻、厚度為0.5mm~1mm的線形激光光束。激光光束被懸浮顆粒物質(zhì)散射，聚光透鏡聚攏散射激光至光電轉(zhuǎn)換器件受光表面，光電轉(zhuǎn)換器件將收集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)待用。本發(fā)明有效地解決了真空容器和密閉容器內(nèi)部懸浮顆粒實(shí)時(shí)監(jiān)測問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可廣泛用于固體激光裝置光傳輸通道內(nèi)部環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【專利說明】一種激光粒子測量探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種激光粒子測量探頭。尤其適用于真空容器或密閉容器中懸浮顆粒物大小和數(shù)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對(duì)于懸浮顆粒污染物的測量較為常用的技術(shù)為激光粒子計(jì)數(shù)法，即將激光粒子計(jì)數(shù)器附帶的粒子測量探頭置于被監(jiān)測的廠房、容器等的內(nèi)部，并由設(shè)備自帶的抽氣泵以一定的抽速抽取內(nèi)部的氣體，當(dāng)帶有懸浮顆粒物的氣體通過設(shè)備內(nèi)部時(shí)由計(jì)數(shù)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)顆粒的大小進(jìn)行測量并計(jì)數(shù)。這種技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，目前市面上有較多的成熟產(chǎn)品可供選擇，價(jià)格便宜，精度高，使用方便。但這類設(shè)備不適用于對(duì)真空容器和密閉容器進(jìn)行懸浮顆粒物的監(jiān)測。如在大型高功率固體激光裝置中，有為數(shù)眾多的空間濾波器、終端光學(xué)組件等真空容器和充填惰性氣體的光傳輸通道、片狀放大器等密閉容器，其內(nèi)部均安裝有昂貴的光學(xué)元件，這些光學(xué)元件需要在很高的潔凈環(huán)境下才能長時(shí)間安全地運(yùn)行。一方面，位于光傳輸通道上的顆粒物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致光的衍射和散射，增加了激光在長距離傳輸過程中的能量損失，并會(huì)導(dǎo)致光束近場的劣化，從而使高功率固體激光裝置運(yùn)行性能下降；另一方面，因?yàn)樵趶?qiáng)激光輻照下，沉積于光學(xué)元件表面的顆粒污染物會(huì)誘導(dǎo)該光學(xué)元件發(fā)生嚴(yán)重的損傷，從而帶來不可挽回的損失。因此需要對(duì)這些密閉容器內(nèi)部空間的懸浮顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)掌握內(nèi)部污染情況以便給潔凈處理提供依據(jù)。但由于普通的激光粒子計(jì)數(shù)器需要不間斷地從被監(jiān)測的空間抽取氣體，而激光粒子計(jì)數(shù)器無法從真空容器內(nèi)部抽取氣體進(jìn)行正常測試。而激光粒子計(jì)數(shù)器如果從充填惰性氣體的光傳輸通道內(nèi)部抽取氣體進(jìn)行測試，則需要不間斷地給內(nèi)部空間補(bǔ)充相同數(shù)量、相同濃度、相同純度的惰性氣體，不僅增加裝置運(yùn)行成本，而且還會(huì)由于測試人員所處環(huán)境中惰性氣體濃度增加而危及生命安全。因此，通常的激光粒子計(jì)數(shù)器滿足不了對(duì)真空容器和密閉容器中懸浮顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。并且，在高功率固體激光裝置中還要求實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備不能給被監(jiān)測環(huán)境帶來新的污染，現(xiàn)有技術(shù)顯然不能滿足高功率固體激光裝置發(fā)展的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有技術(shù)不能用于真空容器和密閉容器進(jìn)行內(nèi)部空間懸浮顆粒物監(jiān)測的難題，本發(fā)明提供一種激光粒子測量探頭，能夠在保護(hù)被測環(huán)境潔凈狀態(tài)不被破壞的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)真空容器和密閉容器內(nèi)部空間懸浮顆粒物的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明的激光粒子測量探頭，其特點(diǎn)是，所述的測量探頭含有激光器、光束整形模塊、柱透鏡、反射鏡1、反射鏡Π、反射鏡ΠΙ、反射鏡Pv、聚光透鏡、光電轉(zhuǎn)換器件、法蘭盤、光束陷阱。其中，所述的法蘭盤上設(shè)置有安裝窗口玻璃1、窗口玻璃π的兩個(gè)通光窗口 ；所述的激光器、光束整形模塊、反射鏡1、柱透鏡、反射鏡Π、窗口玻璃1、反射鏡ΠΙ、反射鏡IV、光束陷講依次排列。激光器、光束整形模塊、柱透鏡、反射鏡1、反射鏡n、聚光透鏡、光電轉(zhuǎn)換器件位于法蘭盤的一側(cè)。反射鏡ΠΙ、反射鏡IV、光束陷阱位于法蘭盤的另一側(cè)。法蘭盤連同法蘭盤兩個(gè)通光窗口上的窗口玻璃1、窗口玻璃π將密閉容器或真空容器與外部環(huán)境隔離，并將激光器、光束整形模塊、柱透鏡、反射鏡1、反射鏡π窄光透鏡、光電轉(zhuǎn)換器件隔離在密閉容器或真空容器外，避免污染被監(jiān)測容器的內(nèi)部環(huán)境。同時(shí)，法蘭盤上設(shè)置窗口玻璃I有利于線形激光光束的導(dǎo)入、窗口玻璃Π有利于散射激光的導(dǎo)出。本發(fā)明的激光粒子測量探頭的光路為，設(shè)置于法蘭盤一側(cè)的激光器發(fā)射激光，經(jīng)光束整形模塊整形后得到分布均勻的線形激光光束，線形激光光束經(jīng)反射鏡I作直角轉(zhuǎn)向、柱透鏡調(diào)節(jié)線形激光光束的寬度、線形激光光束再經(jīng)反射鏡Π作直角轉(zhuǎn)向后透過窗口玻璃I進(jìn)入法蘭盤的另一側(cè)；激光光束依次經(jīng)過反射鏡ΠΙ、反射鏡IV作直角轉(zhuǎn)向后進(jìn)入光束陷阱，線形激光光束被限定在光束陷阱內(nèi)。當(dāng)反射鏡ΠΙ和反射鏡:W的中間區(qū)域的激光光束所經(jīng)過的路徑上存在懸浮顆粒物時(shí)，線形激光光束發(fā)生散射，散射微光透過窗口玻璃π，經(jīng)聚光透鏡聚攏后由光電轉(zhuǎn)換器件接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。所述的法蘭盤上還設(shè)置有數(shù)個(gè)定位孔，用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅(jiān)固外殼上。
[0005]所述的經(jīng)光束整形模塊整形后得到線形激光光束的厚度為0.5~1_。
[0006]所述的激光器所發(fā)射的激光光束為可見光、紅外光或紫外光的一種。
[0007]所述的光電轉(zhuǎn)換器件為光電倍增管或光電二極管。
[0008]所述的柱透鏡為單透鏡或組合透鏡。
[0009]所述的光束陷阱安裝在法蘭盤的一側(cè)或另一側(cè)。
[0010]所述的法蘭盤采用不銹鋼、鋁合金、聚四氟乙烯、銅制作。
`[0011]所述的聚光透鏡與反射鏡ΠΙ反射鏡IV位于同一側(cè)。
[0012]本發(fā)明的激光粒子測量探頭中，所述的法蘭盤用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅(jiān)固外殼上；法蘭盤連同法蘭盤上的窗口玻璃1、窗口玻璃π將密閉容器或真空容器與外部環(huán)境隔離，并將激光器、光束整形模塊、柱透鏡、反射鏡1、反射鏡Π聚光透鏡、光電轉(zhuǎn)換器件隔離在密閉容器或真空容器外，避免污染被監(jiān)測容器的內(nèi)部環(huán)境；同時(shí)，法蘭盤上的窗口玻璃I還用于線形激光光束的導(dǎo)入、窗口玻璃π用于散射激光的導(dǎo)出；激光器發(fā)射紅外、紫外或可見的激光，激光光束經(jīng)光束整形模塊后成為分布均勻、厚度為
0.5^1mm的線形激光光束；柱透鏡用于調(diào)節(jié)線形激光光束的寬度；線形激光光束由反射鏡I導(dǎo)向進(jìn)入密閉容器或真空容器內(nèi)部；密閉容器或真空容器內(nèi)部懸浮的顆粒物質(zhì)通過線形激光光束時(shí)激光光束發(fā)生散射；散射激光經(jīng)聚光透鏡聚攏并照射到光電轉(zhuǎn)換器件的受光面，光電轉(zhuǎn)換器件將搜集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出待用。
[0013]光束陷阱設(shè)置在光路末端，用于收集多余的激光。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，有效地解決了真空容器和密閉容器中懸浮顆粒物數(shù)量和大小的實(shí)時(shí)監(jiān)測問題。通過法蘭盤和法蘭盤上的兩塊窗口玻璃將密閉容器或真空容器與外部環(huán)境隔離，并將激光器、光束整形模塊、光電轉(zhuǎn)換器件等主要零部件隔離在密閉容器或真空容器外，避免給被監(jiān)測容器的內(nèi)部環(huán)境帶來額外的污染。通過光電轉(zhuǎn)換器件不間斷地輸出懸浮顆粒污染物的散射激光強(qiáng)度信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測容器內(nèi)部懸浮顆粒物的大小和數(shù)量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，在大型高功率固體激光裝置的光傳輸通道和真空容器內(nèi)部環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測中可得到廣泛應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】[0015]圖1是本發(fā)明的一種激光粒子測量探頭結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1.激光器 2.光束整形模塊 3.柱透鏡 41.反射鏡I 42.反射鏡Π 43.反射鏡ΠΙ 44.反射鏡IV 5.聚光透鏡 6.光電轉(zhuǎn)換器件
7.法蘭盤 81.窗口玻璃I 82.窗口玻璃Π 91.定位孔I 92.定位孔Π10.線形激光光束 11.光束陷阱 12.懸浮顆粒。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做具體描述。
[0017]實(shí)施例1
圖1是本發(fā)明的一種激光粒子測量探頭結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，本發(fā)明的激光粒子測量探頭，含有激光器1、光束整形模塊2、柱透鏡3、反射鏡I 41、反射鏡Π 42、反射鏡ΠΙ 43、反射鏡IV 44、聚光透鏡5、光電轉(zhuǎn)換器件6、法蘭盤7、光束陷阱11 ;其中，所述的法蘭盤7上設(shè)置有兩個(gè)通光窗口，在兩個(gè)通光窗口上分別安裝有窗口玻璃I 81和窗口玻璃Π 82.;所述的激光器1、光束整形模塊2、反射鏡I 41、柱透鏡3、反射鏡Π 42、窗口玻璃I 81、反射鏡ΠΙ 43、反射鏡IV 44、光束陷阱11依次排列；激光器1、光束整形模塊2、柱透鏡3、反射鏡I 41、反射鏡H 42聚光透鏡5、光電轉(zhuǎn)換器件6位于法蘭盤7的一側(cè)；反射鏡ΠΙ 43、反射鏡IV 44、光束陷阱11位于法蘭盤7的另一側(cè)；其光路是，設(shè)置于法蘭盤一側(cè)的激光器I發(fā)射激光，經(jīng)光束整形模塊2整形后得到分布均勻的線形激光光束10，線形激光光束10經(jīng)反射鏡I 41作直角轉(zhuǎn)向、柱透鏡3調(diào)節(jié)線形激光光束10的寬度、線形激光光束10再經(jīng)反射鏡Π 42作直角轉(zhuǎn)向后透過窗口玻璃I SI到達(dá)法蘭盤7的另一側(cè)；線形激光光束10順次經(jīng)過反射鏡ΠΙ 43、反射鏡
IV44作直角轉(zhuǎn)向后進(jìn)入光束陷阱11，線形激光光束10被限定在光束陷阱11內(nèi)；當(dāng)反射鏡ΠΙ 43和反射鏡IV 44的中間區(qū)域的線形激光光束10所經(jīng)過的路徑上存在懸浮顆粒12時(shí)，線形激光光束10發(fā)生散射，散射激光透過窗口玻璃Π 82，經(jīng)聚光透鏡5聚攏后由光電轉(zhuǎn)換器件6接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；法蘭盤7將激光器1、光電轉(zhuǎn)換器件6隔離在真空容器或密閉容器外部，有效阻斷可能對(duì)內(nèi)部環(huán)境帶來的二次污染；所述的法蘭盤7上還設(shè)置有定位孔，用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅(jiān)固外殼上。
[0018]本實(shí)施例中，光束陷阱11位于反射鏡ΠΙ 43、反射鏡IV44的同一側(cè)；所述的法蘭盤7上設(shè)置有八個(gè)定位孔，定位孔I 91、定位孔Π 92是其中二個(gè)，用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅(jiān)固外殼上。
[0019]本實(shí)施例中，激光器I發(fā)射激光，經(jīng)光束整形模塊2整形后得到分布均勻、厚度為0.5mm的線形激光光束10，線形激光光束10經(jīng)反射鏡I 41作直角轉(zhuǎn)向、柱透鏡3調(diào)節(jié)激光光束10的寬度、反射鏡Π 42再作直角轉(zhuǎn)向后透過窗口玻璃Π SI到達(dá)法蘭盤7的另一側(cè)；線形激光光束10依次經(jīng)過反射鏡ΠΙ 43、反射鏡:Τ 44作直角轉(zhuǎn)向后進(jìn)入光束陷阱11，線形激光光束10被限定在光束陷阱11內(nèi)。當(dāng)反射鏡ΠΙ 43和反射鏡IV 44的中間區(qū)域的線形激光光束10所經(jīng)過的路徑上存在懸浮顆粒12時(shí)，線形激光光束發(fā)生散射，散射激光透過窗口玻璃Π 82，經(jīng)聚光透鏡聚攏后由光電轉(zhuǎn)換器件6接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)待用。
[0020]所述的激光器所發(fā)射的激光光束為可見光。
[0021]所述的光電轉(zhuǎn)換器件為光電倍增管。
[0022]所述的柱透鏡為單透鏡。
[0023]所述的光束陷阱安裝在法蘭盤一側(cè)。
[0024]所述的法蘭盤采用不銹鋼制作。
[0025]實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的經(jīng)光束整形模塊整形后得到的線形激光光束厚度為1_。激光器所發(fā)射的激光光束為紅外光。光電轉(zhuǎn)換器件為光電二極管。柱透鏡為組合透鏡。光束陷阱安裝在法蘭盤的另一側(cè)。法蘭盤采用鋁合金制作。法蘭盤上設(shè)置有十二個(gè)定位孔，用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅(jiān)固外殼上。
[0026]實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的經(jīng)光束整形模塊整形后得到的線形激光光束厚度為0.8_。激光器所發(fā)射的激光光束為紫外光。光電轉(zhuǎn)換器件為光電二極管。柱透鏡為組合透鏡。法蘭盤采用聚四氟乙烯制作。法蘭盤上設(shè)置有十六個(gè)定位孔，用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅(jiān)固外殼上。
[0027]實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的法蘭盤采用銅制作。
[0028]實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的聚光透鏡與反射鏡m和反射鏡I M立于同一側(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光粒子測量探頭，其特征是:所述的測量探頭含有激光器(I)、光束整形模塊(2)、柱透鏡(3)、反射鏡K41)、反射鏡II (42)、反射鏡III (43)、反射鏡IV (44)、聚光透鏡(5)、光電轉(zhuǎn)換器件(6)、法蘭盤(7)、光束陷阱(11);其中，所述的法蘭盤(7)上設(shè)置安裝有窗口玻璃I (81 )、窗口玻璃II (82)的兩個(gè)通光窗口 ；所述的激光器(I )、光束整形模塊(2)、反射鏡I (41)、柱透鏡(3)、反射鏡II (42)、窗口玻璃I (81)、反射鏡III (43)、反射鏡IV (44)、光束陷阱(11)依次排列；激光器(I)、光束整形模塊(2 )、柱透鏡(3 )、反射鏡I (41)、反射鏡II (42 )、聚光透鏡(5)、光電轉(zhuǎn)換器件(6)位于法蘭盤(7)的一側(cè)；反射鏡IIl (43)、反射鏡1”(44)、光束陷阱(11)位于法蘭盤(7)的另一側(cè)；其光路是，設(shè)置于法蘭盤(7)—側(cè)的激光器(I)發(fā)射激光，經(jīng)光束整形模塊(2)整形后得到分布均勻的線形激光光束(10)，線形激光光束(10)經(jīng)反射鏡I (41)作直角轉(zhuǎn)向、柱透鏡(3)調(diào)節(jié)線形激光光束(10)的寬度、線形激光光束(10)再經(jīng)反射鏡II (42)作直角轉(zhuǎn)向后透過窗口玻璃I (81)進(jìn)入法蘭盤(7)的另一側(cè)；線形激光光束(10)依次經(jīng)過反射鏡111(43)、反射鏡i C44)作直角轉(zhuǎn)向后進(jìn)入光束陷阱(11)，線形激光光束(10)被限定在光束陷阱(11)內(nèi)；當(dāng)反射鏡III (43)和反射鏡I C44)的中間區(qū)域的線形激光光束(10)所經(jīng)過的路徑上存在懸浮顆粒(12)時(shí)，線形激光光束(10)發(fā)生散射，散射激光透過窗口玻璃II (82),經(jīng)聚光透鏡(5)聚攏后由光電轉(zhuǎn)換器件(6)接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子測量探頭，其特征是:所述的經(jīng)光束整形模塊(2)整形后得到的線形激光光束的厚度為0.5mm "1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子測量探頭，其特征是:所述的激光器(I)所發(fā)射的激光光束為可見光、紅外光或紫外光的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子測量探頭，其特征是:所述的光電轉(zhuǎn)換器件(6)為光電倍增管或光電二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子測量探頭，其特征是:所述的柱透鏡(3)為單透鏡或組合透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子測量探頭，其特征是:所述的光束陷阱(11)安裝在法蘭盤(7)的一側(cè)或另一側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子測量探頭，其特征是:所述的法蘭盤(7)采用不銹鋼、鋁合金、聚四氟乙烯、銅制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒子測量探頭，其特征是:所述的聚光透鏡(5)與反射鏡III(43)和反射鏡i C44)位于同一側(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N15/14GK103487362SQ201310484490
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】程曉鋒, 郭鋒, 鄭萬國, 袁曉東, 黎恒, 王曉紅, 王洪彬, 苗心向 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心