一種激光粒子測量探頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型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轉(zhuǎn)變成電信號待用。本實用新型有效地解決了真空容器和密閉容器內(nèi)部懸浮顆粒實時監(jiān)測問題。本實用新型結(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)境的實時監(jiān)測。
【專利說明】一種激光粒子測量探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光電子學(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)量的實時監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對于懸浮顆粒污染物的測量較為常用的技術(shù)為激光粒子計數(shù)法，即將激光粒子計數(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)部時由計數(shù)系統(tǒng)自動對顆粒的大小進(jìn)行測量并計數(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，價格便宜，精度高，使用方便。但這類設(shè)備不適用于對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)境下才能長時間安全地運行。一方面，位于光傳輸通道上的顆粒物質(zhì)會導(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，并會導(dǎo)致光束近場的劣化，從而使高功率固體激光裝置運行性能下降；另一方面，因為在強激光輻照下，沉積于光學(xué)元件表面的顆粒污染物會誘導(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。因此需要對這些密閉容器內(nèi)部空間的懸浮顆粒物進(jìn)行實時監(jiān)控，及時掌握內(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，不僅增加裝置運行成本，而且還會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，通常的激光粒子計數(shù)器滿足不了對真空容器和密閉容器中懸浮顆粒物進(jìn)行實時監(jiān)控的目的。并且，在高功率固體激光裝置中還要求實時監(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，本實用新型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，實現(xiàn)真空容器和密閉容器內(nèi)部空間懸浮顆粒物的實時監(jiān)測。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]本實用新型的激光粒子測量探頭，其特點是，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IV、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n、窗口玻璃1、反射鏡n1、反射鏡nr、光束陷阱依次排列。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ni反射鏡r光束陷阱位于法蘭盤的另一側(cè)。法蘭盤連同法蘭盤兩個通光窗口上的窗口玻璃1、窗口玻璃n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I1、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，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n有利于散射激光的導(dǎo)出。本實用新型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n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m、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m和反射鏡
IV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，線形激光光束發(fā)生散射，散射激光透過窗口玻璃n，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。所述的法蘭盤上還設(shè)置有數(shù)個定位孔，用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅固外殼上。
[0006]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_。
[0007]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。
[0008]所述的光電轉(zhuǎn)換器件為光電倍增管或光電二極管。
[0009]所述的柱透鏡為單透鏡或組合透鏡。
[0010]所述的光束陷阱安裝在法蘭盤的一側(cè)或另一側(cè)。
[0011]所述的法蘭盤采用不銹鋼、鋁合金、聚四氟乙烯、銅制作。
[0012]所述的聚光透鏡與反射鏡HI反射鏡PM立于同一側(cè)。
[0013]本實用新型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固外殼上；法蘭盤連同法蘭盤上的窗口玻璃1、窗口玻璃n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n、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，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n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轉(zhuǎn)變成電信號輸出待用。
[0014]光束陷阱設(shè)置在光路末端，用于收集多余的激光。
[0015]本實用新型的有益效果是，有效地解決了真空容器和密閉容器中懸浮顆粒物數(shù)量和大小的實時監(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度信號實時監(jiān)測容器內(nèi)部懸浮顆粒物的大小和數(shù)量。本實用新型結(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)境的實時監(jiān)測中可得到廣泛應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的一種激光粒子測量探頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖中:1.激光器 2.光束整形模塊3.柱透鏡41.反射鏡I42.反射鏡II 43.反射鏡IIΙ 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]I 91.定位孔I 92.定位孔II 10.線形激光光束 11.光束陷阱 12.懸浮顆粒。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型做具體描述。
[0019]實施例1
[0020]圖1是本實用新型的一種激光粒子測量探頭結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，本實用新型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II 42、反射鏡IIΙ43、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)置有兩個通光窗口，在兩個通光窗口上分別安裝有窗口玻璃I 81和窗口玻璃II;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E 42、窗口玻璃I 81、反射鏡IIΙ 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Π 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IIΙ 43、反射鏡Iν 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II 42作直角轉(zhuǎn)向后透過窗口玻璃I 81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IIΙ 43、反射鏡IV 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IIΙ 43和反射鏡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，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；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固外殼上。
[0021]本實施例中，光束陷阱11位于反射鏡IIΙ 43、反射鏡I7 44的同一側(cè)；所述的法蘭盤7上設(shè)置有八個定位孔，定位孔I 91、定位孔II 92是其中二個，用于將本測量探頭固定在密閉容器或真空容器的堅固外殼上。[0022]本實施例中，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H 42再作直角轉(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依次經(jīng)過反射鏡ni 43、反射鏡r 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III 43和反射鏡r 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，線形激光光束發(fā)生散射，散射激光透過窗口玻璃H 82，經(jīng)聚光透鏡聚攏后由光電轉(zhuǎn)換器件6接收并轉(zhuǎn)換成電信號待用。
[0023]所述的激光器所發(fā)射的激光光束為可見光。
[0024]所述的光電轉(zhuǎn)換器件為光電倍增管。
[0025]所述的柱透鏡為單透鏡。
[0026]所述的光束陷阱安裝在法蘭盤一側(cè)。
[0027]所述的法蘭盤采用不銹鋼制作。
[0028]實施例2
[0029]本實施例與實施例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固外殼上。
[0030]實施例3
[0031]本實施例與實施例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固外殼上。
[0032]實施例4
[0033]本實施例與實施例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。
[0034]實施例5
[0035]本實施例與實施例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IIl和反射鏡P位于同一側(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I (41)、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1(81)、窗口玻璃II (82)的兩個通光窗口 ；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i〔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III (43)、反射鏡i〔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1(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III(43),反射鏡IV(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III (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，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。
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:所述的聚光透鏡(5)與反射鏡IlI(43)和反射鏡IV (44)位于同一側(cè)。
【文檔編號】G01N15/14GK203519467SQ201320638669
【公開日】2014年4月2日 申請日期: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 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心