一种高分辨率气溶胶粒径探测仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，高功率光纤激光器的输出与光纤准直器输入端连接，输出端输出准直激光束，准直激光束射入鲍威尔棱镜发散成激光线，激光线射入平凸柱面透镜在发散维度上准直，准直均匀激光线经非球面聚焦镜汇聚为扁平均匀的聚焦光斑，聚焦光斑在两个曼金镜中间，待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射，散射光进入两个曼金镜中被分别汇聚到两个光电探测器中，探测到的散射光光强产生的电脉冲信号分别送入信号处理模块中处理，计算出气溶胶粒径。本实用新型专利技术的有益效果：光源功率高，小粒径气溶胶也产生较强的散射光信号；光源光束质量高，利于光束整形；汇聚光束强度分布均匀，提高了粒径的分辨能力和计数效率。

A high resolution gas soluble particle diameter detector

The utility model relates to a high resolution gas soluble particle diameter detector. The output of the high power fiber laser is connected with the input end of the optical fiber collimator, the output collimated laser beam is output, the collimating laser beam is shot into the Powell prism and the laser line is diverged into the laser line. The laser line is collimated on the divergence dimension and collimated evenly. The laser line converges into a flat and uniform focal spot through a aspherical focus lens. The focus spot is in the middle of the two golden mirrors. The aerosol particles pass through the focusing spot to produce Michaelis scattering, and the scattered light is converged into the two optical lenses to be converged to two photodetectors. The detected electric pulse signals produced by the scattering light intensity are detected. They are processed in the signal processing module respectively, and the size of aerosol particles is calculated. The beneficial effect of the utility model is that the light source power is high and the small particle size aerosol produces strong scattered light signals, the light beam quality is high, the beam shaping is favorable, the intensity distribution of the converged beam intensity is uniform, and the resolution and counting efficiency of the particle size are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率气溶胶粒径探测仪
本技术涉及一种高分辨率气溶胶粒径探测仪。
技术介绍
目前基于单粒子激光计数技术的气溶胶粒径探测仪代表性产品有美国TSI公司的3340型激光气溶胶粒径谱仪和美国DMT公司的被动腔气溶胶粒径谱仪(PCASP-X2)和超高分辨率气溶胶粒径谱仪(UHSAS)。美国TSI公司出品的3340型激光气溶胶粒径谱仪测量0.09到7.5μm粒径范围的颗粒物，在采样流量10cm3/min时最大可测量粒子浓度18000/cm3，可测量输出100个通道数据。美国DMT公司的被动腔气溶胶粒径谱仪PCASP-X2测量粒径范围0.1–10μm，采样流量1CC/sec，粒子计数速率10000/sec，提供40个数据通道。美国DMT公司的超高分辨率气溶胶粒径谱仪UHSAS测量粒径范围0.06–1.0μm，典型采样流量50CC/sec，粒子计数速率3000/sec，提供99个数据通道。为了能够测量小粒径气溶胶，常采用提高激光源照射功率的方法。TSI公司的3340型激光气溶胶粒径谱仪中采用其专利技术的半内腔He-Ne激光器技术，用谐振腔内激光照射气溶胶粒子，在He-Ne激光器输出功率保持5mW时，照射光功率提高到了大于1W。DMT公司在被动腔气溶胶粒径谱仪PCASP-X2中同样采用了半内腔式He-Ne激光器照射方案。在超高分辨率气溶胶粒径谱仪UHSAS中为了测量更小粒子，进一步提高照射功率，使用了1054nm波长的半内腔式Nd3+:YLiF4固体激光器，照射激光功率密度超过1kW/cm2。采用半内腔激光器具有照射功率密度大，同时较少的增加仪器成本的优点，但是半内腔激光器存在调试难度大、工程应用不便的问题。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本技术提供一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，提高探测仪的气溶胶粒径测量分辨率。为实现上述目的，本技术提供一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，包括：高功率光纤激光器、光纤准直器、鲍威尔棱镜、平凸柱面透镜、非球面聚焦镜、曼金镜、第一光电探测器、第二光电探测器和信号处理模块；所述高功率光纤激光器的输出单模光纤与所述光纤准直器的输入端连接，所述光纤准直器的输出端输出准直激光束，准直激光束射入所述鲍威尔棱镜后发散产生一条笔直、均匀的激光线，激光线射入所述平凸柱面透镜后在发散维度上准直，准直、均匀的激光线经所述非球面聚焦镜汇聚为扁平的、均匀的聚焦光斑，聚焦光斑位于并排放置的两个曼金镜中间，待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射效应，激光被气溶胶粒子散射，散射光分别进入两个曼金镜中，各个角度的散射光被所述两个曼金镜分别汇聚到所述第一光电探测器和所述第二光电探测器中，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器将探测到的散射光光强产生的电脉冲信号分别送入所述信号处理模块中处理，计算出气溶胶粒径的大小。作为本技术进一步改进，所述高功率光纤激光器的波长为1.0微米波段，输出连续激光，单模光纤输出，光束质量因子优于1.1，输出光功率不低于2W。作为本技术进一步改进，所述鲍威尔棱镜输出的扇形光束角度不小于10°，产生的激光线中心部分光强度变化小于30％。作为本技术进一步改进，所述光纤准直器为非球面凸透镜。作为本技术进一步改进，还包括用于探测激光功率的光监控探测器，所述光监控探测器与所述信号处理模块相连。本技术的有益效果为：1、光源功率高，小粒径气溶胶也能产生较强的散射光信号；2、光源光束质量高，有利于光束整形；3、汇聚光束强度分布均匀，提高了粒径的分辨能力和计数效率。附图说明图1为本技术一种高分辨率气溶胶粒径探测仪的示意图。图中：1、高功率光纤激光器；2、光纤准直器；3、鲍威尔棱镜；4、平凸柱面透镜；5；非球面聚焦镜；6、曼金镜；7、第一光电探测器；8、第二光电探测器；9、光监控探测器；10、信号处理模块。具体实施方式如图1所示，本技术实施例的一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，包括：高功率光纤激光器1、光纤准直器2、鲍威尔棱镜3、平凸柱面透镜4、非球面聚焦镜5、曼金镜6、第一光电探测器7、第二光电探测器8和信号处理模块10。高功率光纤激光器1的输出单模光纤与光纤准直器2的输入端连接，光纤准直器2的输出端输出准直激光束，准直激光束射入鲍威尔棱镜3后发散产生一条笔直、均匀的激光线，激光线射入平凸柱面透镜4后在发散维度上准直，准直、均匀的激光线经非球面聚焦镜5汇聚为扁平的、均匀的聚焦光斑，聚焦光斑位于并排放置的两个曼金镜6中间，待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射效应，激光被气溶胶粒子散射，散射光分别进入两个曼金镜6中，各个角度的散射光被两个曼金镜6分别汇聚到第一光电探测器7和第二光电探测器8中，第一光电探测器7和第二光电探测器8将探测到的散射光光强产生的电脉冲信号分别送入信号处理模块10中处理，计算出气溶胶粒径的大小。由于散射光光强正比于气溶胶粒径的直径，因此光电探测器接收散射光光强产生的电脉冲信号幅度也正比于气溶胶粒径的直径，信号处理模块10由散射光光强产生的电脉冲信号幅度可以计算出气溶胶粒径的大小。其中，第一光电探测器7用于探测小粒径气溶胶，第二光电探测器8用于探测大粒径气溶胶，结合的使用，以保证各种粒径的气溶胶都能被探测到，提高了粒径的分辨能力和计数效率。进一步的，高功率光纤激光器1的波长为1.0微米波段，输出连续激光，单模光纤输出，光束质量因子优于1.1，输出光功率不低于2W，这样保证光源光束质量高的特点，有利于光束整形。进一步的，为了保证激光束不要过于发散，以至于汇聚的聚焦光斑过小，无法保证米氏散射效应，鲍威尔棱镜3输出的扇形光束角度不小于10°，产生的激光线中心部分光强度变化小于30％。进一步的，光纤准直器2为非球面凸透镜，具有更佳的曲率半径，可以维持良好的像差修正，以获得所需要的性能。进一步的，还包括用于探测激光功率的光监控探测器9，光监控探测器9与信号处理模块10相连。光监控探测器9上附有光衰减片，用于探测激光的功率稳定性，在光功率不稳定时用于校正信号强度。这样，可以进一步保证光源的质量，提高探测的分辨率。此时，非球面聚焦镜5，第一曼金镜6-1、第二曼金镜6-2，第一光电探测器7、第二光电探测器8和光监控探测器9共同构成一个除气路通道外的封闭的采样腔体。封闭的形式，也更加保证采用过程中的准确度及灵敏度，提高探测的分辨率。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，其特征在于，包括：高功率光纤激光器(1)、光纤准直器(2)、鲍威尔棱镜(3)、平凸柱面透镜(4)、非球面聚焦镜(5)、曼金镜(6)、第一光电探测器(7)、第二光电探测器(8)和信号处理模块(10)；所述高功率光纤激光器(1)的输出单模光纤与所述光纤准直器(2)的输入端连接，所述光纤准直器(2)的输出端输出准直激光束，准直激光束射入所述鲍威尔棱镜(3)后发散产生一条笔直、均匀的激光线，激光线射入所述平凸柱面透镜(4)后在发散维度上准直，准直、均匀的激光线经所述非球面聚焦镜(5)汇聚为扁平的、均匀的聚焦光斑，聚焦光斑位于并排放置的两个曼金镜(6)中间，待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射效应，激光被气溶胶粒子散射，散射光分别进入两个曼金镜(6)中，各个角度的散射光被所述两个曼金镜(6)分别汇聚到所述第一光电探测器(7)和所述第二光电探测器(8)中，所述第一光电探测器(7)和所述第二光电探测器(8)将探测到的散射光光强产生的电脉冲信号分别送入所述信号处理模块(10)中处理，计算出气溶胶粒径的大小。

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，其特征在于，包括：高功率光纤激光器(1)、光纤准直器(2)、鲍威尔棱镜(3)、平凸柱面透镜(4)、非球面聚焦镜(5)、曼金镜(6)、第一光电探测器(7)、第二光电探测器(8)和信号处理模块(10)；所述高功率光纤激光器(1)的输出单模光纤与所述光纤准直器(2)的输入端连接，所述光纤准直器(2)的输出端输出准直激光束，准直激光束射入所述鲍威尔棱镜(3)后发散产生一条笔直、均匀的激光线，激光线射入所述平凸柱面透镜(4)后在发散维度上准直，准直、均匀的激光线经所述非球面聚焦镜(5)汇聚为扁平的、均匀的聚焦光斑，聚焦光斑位于并排放置的两个曼金镜(6)中间，待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射效应，激光被气溶胶粒子散射，散射光分别进入两个曼金镜(6)中，各个角度的散射光被所述两个曼金镜(6)分别汇聚到所述第一光电探测器(7)和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：于子平，伍波，孙海铎，
申请(专利权)人：北京厚力德仪器设备有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11