一種基于全反射棱鏡的小型螺旋pm2.5濃度檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種基于全反射棱鏡的小型螺旋PM2.5濃度檢測(cè)裝置屬于環(huán)境自動(dòng)化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域；該裝置包括激光器，針孔、準(zhǔn)直物鏡、矩形光柵，成像物鏡，圖像傳感器以及全反射棱鏡陣列；激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)針孔后形成點(diǎn)光源，再由準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直后形成平行光，照射到矩形光柵上，矩形光柵經(jīng)成像物鏡成像到圖像傳感器表面；矩形光柵到圖像傳感器之間的光束被全反射棱鏡陣列轉(zhuǎn)折成俯視方向?yàn)榫匦温菪隣?；激光器斜向上方向配置，全反射棱鏡陣列包括四片截面為等腰直角三角形的三棱鏡，直角三角形一條直角邊與光束位于同一豎直面內(nèi)，另一條直角邊與光束垂直；本發(fā)明不僅可以降低儀器成本，而且可以減少計(jì)算量，提高監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)裝置的小型化設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】 —種基于全反射棱鏡的小型螺旋叩2.5濃度檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種基于全反射棱鏡的小型螺旋912.5濃度檢測(cè)裝置屬于環(huán)境自動(dòng)化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種912.5濃度檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]霧霾與？12丨5顆粒物直接相關(guān)，通過(guò)檢測(cè)？12丨5的濃度，可以對(duì)霧霾天氣進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。
[0003]傳統(tǒng)？12.5檢測(cè)方法是在多個(gè)不同地點(diǎn)分布霧霾監(jiān)測(cè)器，這種方式精度較高，但由于霧霾監(jiān)測(cè)器設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)含量高，使得檢測(cè)成本也相應(yīng)提高。
[0004]經(jīng)研究表明，？12.5的濃度與空氣能見(jiàn)度成線性關(guān)系，因此可以通過(guò)空氣能見(jiàn)度評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)得到912.5的濃度。申請(qǐng)?zhí)枮?01410200873的發(fā)明專利《基于無(wú)參考圖像清晰度評(píng)價(jià)的912.5濃度檢測(cè)儀》，提出了一種利用圖像信息判斷912.5濃度的檢測(cè)裝置與方法，該發(fā)明采用了無(wú)參考圖像的技術(shù)方案，通過(guò)測(cè)量多個(gè)目標(biāo)得到圖像的模糊累計(jì)概率，再與能見(jiàn)度清晰處圖像的模糊累計(jì)概率比較，確定最終目標(biāo)物，激光測(cè)距單元測(cè)量最終目標(biāo)物的距離，^12.5濃度顯示單元通過(guò)能見(jiàn)度與912.5濃度關(guān)系計(jì)算912.5濃度。
[0005]這種方法可以給予本領(lǐng)域利用圖像來(lái)監(jiān)測(cè)912.5的技術(shù)啟示，然而，其缺點(diǎn)在于:由于采用無(wú)參考圖像的方式，因此需要多個(gè)目標(biāo)以及激光測(cè)距儀，不僅檢測(cè)成本高，而且測(cè)試步驟繁瑣，計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性不理想；此外，由于目標(biāo)與圖像傳感器距離較遠(yuǎn)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)儀器的小型化設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種基于全反射棱鏡的小型螺旋？此5濃度檢測(cè)裝置，本發(fā)明不僅可以降低儀器成本，而且可以減少計(jì)算量，提高監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)裝置的小型化設(shè)計(jì)。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種基于全反射棱鏡的小型螺旋912.5濃度檢測(cè)裝置，包括激光器，針孔、準(zhǔn)直物鏡、矩形光柵，成像物鏡，圖像傳感器以及全反射棱鏡陣列；所述的準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)位于針孔位置處，矩形光柵和圖像傳感器分別位于成像物鏡的物面和像面；
激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)針孔后形成點(diǎn)光源，再由準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直后形成平行光，照射到矩形光柵上，矩形光柵經(jīng)成像物鏡成像到圖像傳感器表面；矩形光柵到圖像傳感器之間的光束被全反射棱鏡陣列轉(zhuǎn)折成螺旋狀；
所述的激光器斜向上方向配置，所述的全反射棱鏡陣列包括四片截面為等腰直角三角形的三棱鏡，所述直角三角形其中一條直角邊與光束位于同一豎直面內(nèi)，另一條直角邊與光束垂直，四片三棱鏡將光束轉(zhuǎn)折成俯視方向?yàn)榫匦蔚穆菪隣睢?br> [0008]上述基于全反射棱鏡的小型螺旋912.5濃度檢測(cè)裝置，還包括上下均開口的筒狀外殼，所述的外殼內(nèi)部放置有吹風(fēng)機(jī)，能夠使空氣上下方向流動(dòng)。
[0009]有益效果:
第一、由于采用了基于圖像的？12丨5濃度監(jiān)測(cè)方法，同傳統(tǒng)霧霾監(jiān)測(cè)器的方式相比，降低了檢測(cè)成本，操作更簡(jiǎn)單。
[0010]第二、由于采用了矩形光柵作為測(cè)試目標(biāo)，回避了無(wú)參考圖像的檢測(cè)方法，因此無(wú)需配置多個(gè)目標(biāo)，也無(wú)需配置激光測(cè)距儀，因此同樣可以降低設(shè)備成本。
[0011]第三、由于只設(shè)置矩形光柵一個(gè)測(cè)試目標(biāo)，因此無(wú)需對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和運(yùn)算，可以減少運(yùn)算量，提高檢測(cè)實(shí)時(shí)性。
[0012]第四、由于采用了全反射棱鏡陣列對(duì)光路進(jìn)行轉(zhuǎn)折，因此可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)小的空間里等效實(shí)現(xiàn)大光程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)儀器小型化設(shè)計(jì)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明？12丨5濃度檢測(cè)裝置等效光路圖。
[0014]圖2是本發(fā)明？12丨5濃度檢測(cè)裝置光路正視圖。
[0015]圖3是本發(fā)明912.5濃度檢測(cè)裝置光路俯視圖。
[0016]圖中:1激光器、2針孔、3準(zhǔn)直物鏡、4矩形光柵、5成像物鏡、6圖像傳感器、7全反射棱鏡陣列。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]具體實(shí)施例一
本實(shí)施例的基于全反射棱鏡的小型螺旋912.5濃度檢測(cè)裝置，包括激光器1，針孔2、準(zhǔn)直物鏡3、矩形光柵4，成像物鏡5，圖像傳感器6以及全反射棱鏡陣列7 ；所述的準(zhǔn)直物鏡3的焦點(diǎn)位于針孔2位置處，矩形光柵4和圖像傳感器6分別位于成像物鏡5的物面和像面；激光器1發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)針孔2后形成點(diǎn)光源，再由準(zhǔn)直物鏡3準(zhǔn)直后形成平行光，照射到矩形光柵4上，矩形光柵4經(jīng)成像物鏡5成像到圖像傳感器6表面；矩形光柵4到圖像傳感器6之間的光束被全反射棱鏡陣列7轉(zhuǎn)折成俯視圖為矩形的螺旋狀。螺旋狀光路的主視圖如圖1所示(全反射棱鏡陣列7用粗實(shí)線表示),俯視圖如圖2所示。
[0019]在不考慮全反射棱鏡陣列7對(duì)于光束的轉(zhuǎn)折作用，本實(shí)施例的基于全反射棱鏡的小型螺旋912.5濃度檢測(cè)裝置光路圖如圖3所示。
[0020]實(shí)際上，所述的激光器1斜向上方向配置，所述的全反射棱鏡陣列7包括四片截面為等腰直角三角形的三棱鏡，所述直角三角形其中一條直角邊與光束位于同一豎直面內(nèi)，另一條直角邊與光束垂直，四片三棱鏡將光束轉(zhuǎn)折成俯視方向?yàn)榫匦蔚穆菪隣?。利用玻璃折射?.5，可知當(dāng)入射角超過(guò)42。就可以發(fā)生全反射，而本實(shí)施例中的入射角為45。，達(dá)到了發(fā)生全反射的條件，使光線可以無(wú)損失地反射。
[0021]這里需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)與本公司同日申請(qǐng)的發(fā)明專利《一種基于調(diào)制傳遞函數(shù)的小型螺旋？12丨5濃度檢測(cè)裝置》相比，將平面反射鏡陣列替換為全反射鏡陣列7，效果上各有千秋。
[0022]首先說(shuō)本申請(qǐng)不如另一項(xiàng)發(fā)明的地方，
第一、全反射棱鏡的價(jià)格更加昂貴； 第二、全發(fā)射棱鏡的入射角必須大于42。，所以使得光路的一個(gè)螺旋至少放置4個(gè)三棱鏡，不如平面反射鏡靈活(平面反射鏡可以放置3個(gè))；
第三、由于一個(gè)螺旋至少放置4個(gè)三棱鏡，因此不如平面反射鏡容易實(shí)現(xiàn)裝置的小型化設(shè)計(jì)；
再說(shuō)本申請(qǐng)強(qiáng)于另一項(xiàng)發(fā)明的地方，
第一、全反射棱鏡沒(méi)有平面反射鏡鍍銀層吸收能量；
第二、全反射棱鏡沒(méi)有平面反射鏡上下表面多次反射的現(xiàn)象；
這兩個(gè)效果使得全反射棱鏡相比平面反射鏡不會(huì)造成圖像的退化，使得本發(fā)明圖像的退化完全來(lái)自912.5，進(jìn)而使測(cè)量結(jié)果更加精確。
[0023]具體實(shí)施例二
本實(shí)施例的基于全反射棱鏡的小型螺旋912.5濃度檢測(cè)裝置，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定還包括上下均開口的筒狀外殼，所述的外殼內(nèi)部放置有吹風(fēng)機(jī)，能夠使空氣上下方向流動(dòng)。使空氣流動(dòng)，一是防止固體顆粒附著在平面反射鏡上影響圖像清晰度，從而影響912.5濃度的檢測(cè)精度，二是使空氣更均勻，用單次測(cè)量即可等效為多次測(cè)量取平均值。
[0024]本發(fā)明基于全反射棱鏡的小型螺旋912.5濃度檢測(cè)裝置，可以在圖像傳感器端檢測(cè)圖像的對(duì)比度，結(jié)合物方對(duì)比度，得到調(diào)制傳遞函數(shù)，利用調(diào)制傳遞函數(shù)與？12.5的濃度關(guān)系，檢測(cè)？12丨5的濃度。具體原理在同日申請(qǐng)的發(fā)明專利《一種基于調(diào)制傳遞函數(shù)的^12.5監(jiān)測(cè)方法》中有記載，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)查找該專利，獲得本發(fā)明裝置的使用方法，在本申請(qǐng)中不再重復(fù)論述。
[0025]本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化或方法改進(jìn)，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于全反射棱鏡的小型螺旋PM2.5濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，包括激光器(1)，針孔(2)、準(zhǔn)直物鏡(3)、矩形光柵(4)，成像物鏡(5)，圖像傳感器(6)以及全反射棱鏡陣列(7);所述的準(zhǔn)直物鏡(3)的焦點(diǎn)位于針孔(2)位置處，矩形光柵(4)和圖像傳感器(6)分別位于成像物鏡(5)的物面和像面； 激光器(I)發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)針孔(2 )后形成點(diǎn)光源，再由準(zhǔn)直物鏡(3 )準(zhǔn)直后形成平行光，照射到矩形光柵(4)上，矩形光柵(4)經(jīng)成像物鏡(5)成像到圖像傳感器(6)表面；矩形光柵(4)到圖像傳感器(6)之間的光束被全反射棱鏡陣列(7)轉(zhuǎn)折成螺旋狀； 所述的激光器(I)斜向上方向配置，所述的全反射棱鏡陣列(7)包括四片截面為等腰直角三角形的三棱鏡，所述直角三角形其中一條直角邊與光束位于同一豎直面內(nèi)，另一條直角邊與光束垂直，四片三棱鏡將光束轉(zhuǎn)折成俯視方向?yàn)榫匦蔚穆菪隣睢?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全反射棱鏡的小型螺旋PM2.5濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括上下均開口的筒狀外殼，所述的外殼內(nèi)部放置有吹風(fēng)機(jī)，能夠使空氣上下方向流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK104359809SQ201410596458
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】寧凱 申請(qǐng)人:哈爾濱幻石科技發(fā)展有限公司