專利名稱：白光塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是潔凈環(huán)境潔凈度的檢測儀器——種白光塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)探頭。
國產(chǎn)Y09－4型白光塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)探頭如圖1所示。該光學(xué)探頭主要由照明系統(tǒng)和散射光收集系統(tǒng)組成其中照明系統(tǒng)由光源1和照明透鏡組2組成，光源1通常采用燈泡；散射光收集系統(tǒng)由接收透鏡組6和端窗式光電倍增管7組成；光敏感區(qū)3是照明系統(tǒng)和散射光收集系統(tǒng)的連接處；另外，該光學(xué)探頭中還有校正用光纖4和光陷阱5。
該光學(xué)探頭主要存在以下缺點1.光敏感區(qū)照度低。該光學(xué)探頭照明系統(tǒng)的光源發(fā)出的全部能量中，只有一個方向上一定范圍內(nèi)的一部分光能量能進入照明透鏡組內(nèi)，由于其光能利用率低，影響了該光學(xué)探頭的靈敏度，它最小探測粒徑是0.30μm。
2.光敏感區(qū)照明均勻性差。該光學(xué)探頭的光源經(jīng)照明透鏡組直接成像于光敏感區(qū)，光敏感區(qū)的光強度分布與光源燈絲的周期性螺旋結(jié)構(gòu)一致，因此照明均勻性差。這影響了該光學(xué)探頭的計數(shù)效率和粒徑集中度，該光學(xué)探頭的計數(shù)效率和粒徑集中度不高于70％。另外，由于這個缺點在探測小于0.30μ的粒子時更為突出，所以這也限制了該光學(xué)探頭的靈敏度。
3.散射光收集系統(tǒng)的集光效率低。該光學(xué)探頭只能在垂直于照明系統(tǒng)光軸的一個方向上收集塵埃粒子的散射光，因而信號弱，信噪比低，該光學(xué)探頭對于0.30μm粒子的信噪比低于31。
本實用新型的目的是為了克服上述光學(xué)探頭的不足，提供一種白光塵埃粒子計數(shù)器的新型光學(xué)探頭。其最小探測粒徑小于0.30μm，計數(shù)效率和粒徑集中度高于70％。并信噪比高，靈敏度高，體積小等。
本實用新型的結(jié)構(gòu)是照明系統(tǒng)由球面反射鏡8、光源1和照明透鏡組2組成，其中的球面反射鏡8置于光源1附近、與照明透鏡組2相對的一側(cè)，即光源1處于球面反射鏡8和照明透鏡組2的兩者之間，且球面反射鏡8的球心與光源1燈絲的對稱中心的連線和照明系統(tǒng)的光軸重合。散射光收集系統(tǒng)由具有光通道的球面反射鏡9、接收透鏡組6、視場光闌10和光電倍增管7所組成，散射光收集系統(tǒng)的光軸與照明系統(tǒng)的光軸垂直；具有光通道的球面反射鏡9置于光敏感區(qū)3附近、與接收透鏡組6相對的一側(cè)，也就是光敏感區(qū)3處于具有光通道的球面反射鏡9和接收透鏡組6的兩者之間，且球面反射鏡9的球心與光敏感區(qū)3的中心重合；視場光闌10位于接收透鏡組6的像面處；用以校正的光纖4從光陷阱5引出一部分照明光能量，這部分光能量通過球面反射鏡9的光通道、接收透鏡組6和視場光闌10投射到光電倍增管7，光電倍增管輸出的電信號作為儀器的測量基準。如圖2所示。
本實用新型中的具有光通道的球面反射鏡有兩個作用一是把塵埃粒子的另一個方向上的散射光反射到接收透鏡組，二是在需要時讓校正用光信號通過其中心處的光通道進入接收透鏡組。
本實用新型中的視場光闌10的通光口徑為長方形，其作用有兩個一是阻止粒子散射光以外的雜光進入光電倍增管；二是使光電倍增管輸出的脈沖信號規(guī)整，保證脈沖信號在被光電倍增管后繼電路處理時得到相同的放大倍率，這樣可提高檢測結(jié)果的可靠性。
本實用新型的工作過程是光源1發(fā)出的光能量通過照明透鏡組2照明光敏感區(qū)3后，投射到光陷阱5中被吸收掉。待測塵埃粒子以一定速度垂直流過光敏感區(qū)3時產(chǎn)生散射光在與照明系統(tǒng)光軸垂直的兩個方向上一定立體角內(nèi)的散射光被接收透鏡組6收集并會聚，通過視場光闌10投射到光電倍增管7，光電倍增管輸出一個與粒子尺寸成一定比例的電信號，該電信號被光電倍增管后繼電路處理后得到相應(yīng)的粒子直徑值。
本實用新型的光電倍增管不僅可以采用端窗式的，也可以采用側(cè)窗式的。
與已有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是1.光敏感區(qū)照度高，照明均勻性好。本光學(xué)探頭的照明系統(tǒng)中有一個球面反射鏡8，它一方面使光源的光能利用率提高了近一倍；另一方面，可以使光源燈絲經(jīng)球面反射鏡反射后的像與原燈絲適當錯開，克服了單一方向照明時光敏感區(qū)的照明不均勻性。因此，本光學(xué)探頭的靈敏度、計數(shù)效率和粒徑集中度都大為提高；2.在本光學(xué)探頭的散射光收集系統(tǒng)中，具有光通道的球面反射鏡9把塵埃粒子另一方向上的散射光反射到接收透鏡組6，使本光學(xué)探頭的信號強度和信噪比都得到提高，也提高了光學(xué)探頭的靈敏度；3.在接收透鏡組的像面處設(shè)置了一個與塵埃粒子通過光敏感區(qū)的軌跡相適應(yīng)的長方形視場光闌10，降低了系統(tǒng)的背景噪聲，使系統(tǒng)在最小探測粒徑處的信噪比可高于41，同時又使散射光脈沖信號(進而是光電倍增管輸出的電脈沖信號)整齊，因而檢測結(jié)果的可靠性得到提高。
4.因光電倍增管可以采用側(cè)窗式的，所以整個探頭的尺寸可以做小。


圖1是已有技術(shù)國產(chǎn)Y09－4型白光塵埃粒子計數(shù)器光學(xué)探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的白光塵埃粒子計數(shù)器光學(xué)探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
最佳實施例圖2是本實用新型的最佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中光源1是特制溴鎢燈，其功率為12W；照明透鏡組2由四塊焦距均為32mm、結(jié)構(gòu)完全相同的雙膠合透鏡組成，這四塊雙膠合透鏡分成相同的兩組成像系統(tǒng)，它們的放大倍率均等于1；球面反射鏡8的球面半徑為20mm；光敏感區(qū)3的尺寸為2mm×2mm×0.8mm；具有光通道的球面反射鏡9的球面半徑為25mm，該面鍍鋁反射膜，中心處φ2范圍內(nèi)不鍍膜，用作光通道；視場光闌10的通光口徑為2mm×0.8mm的長方形，且其長度方向垂直于塵埃粒子通過光敏感區(qū)的軌跡；光電倍增管7是側(cè)窗式的，位于視場光闌10之后1～2mm處。
實施例的最小探測粒徑為0.25μm，最小探測粒徑處的信噪比為41，計數(shù)效率和粒徑集中度均可達80％；采樣流量為2.83升／分鐘，符合美國聯(lián)邦標準209D關(guān)于采樣流量的要求；本光學(xué)探頭的結(jié)構(gòu)緊湊，其外形尺寸為170mm×150mm×95mm，僅為已有技術(shù)Y09－4型白光塵埃粒子計數(shù)器光學(xué)探頭的一半。
權(quán)利要求1.一種白光塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)探頭，含有由光源1和照明透鏡組2構(gòu)成的照明系統(tǒng)，由接收透鏡組6、視場光闌10和光電倍增管所構(gòu)成的散射光收集系統(tǒng)，還有用以校正的光纖4和光陷阱5、其特征在于照明系統(tǒng)中光源1是置于一球面反射鏡8和照明透鏡組2兩者之間；散射光收集系統(tǒng)中的光敏感區(qū)3是在一具有光通道的球面反射鏡9與接收透鏡組6兩者之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種白光塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)探頭，其特征在于照明系統(tǒng)中球面反射鏡8的球心與光源1燈絲的對稱中心的連線與照明系統(tǒng)的光軸重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種白光塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)探頭，其特征在于散射光收集系統(tǒng)中具有光通道的球面反射鏡9的球心與光敏感區(qū)3的中心重合。
專利摘要本實用新型是一種白光塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)探頭，用于檢測潔凈環(huán)境的潔凈度。主要由照明系統(tǒng)，散射光收集系統(tǒng)和用以校正的光纖和光陷阱，其中照明系統(tǒng)中光源是置于一球面反射鏡和照明透鏡組之間，散射光收集系統(tǒng)中光敏感區(qū)是在一具有光通道的球面反射鏡和接收透鏡組之間。本新型具有最小探測粒徑小于0.30μ，計數(shù)效率和粒徑集中度高于70％，信噪比高，靈敏度高，體積小等優(yōu)點。
文檔編號G01N15/00GK2132182SQ9221596
公開日1993年5月5日 申請日期1992年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月7日
發(fā)明者黃惠杰, 鄒海興, 潘家平 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所