一种高精度颗粒物质量浓度检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，包括激光发射单元、激光检测单元，激光发射单元包括一片学透镜，光学透镜一面为光轴对称的非球面作为入射面用于准直，另一面为圆柱面作为出射面用于会聚，可将激光光束整形为线形光束；一方面克服了以往采用聚焦透镜，激光光束被聚焦为点光束，能量分布不均匀导致测量不准确的的技术缺陷，消除了不同粒径颗粒物之间的测量干扰，实现不同粒径颗粒物的同时测量；另一方面克服了以往采用两片光学透镜，透镜间存在一定的距离导致光路调试复杂的技术缺陷，简化了结构、降低了光路调试难度及节约了制造成本；无需昂贵的气泵，适于大批量推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度颗粒物质量浓度检测装置
本专利技术属于空气品质检测
，尤其涉及一种高精度颗粒物质量浓度检测装置。
技术介绍
近年来雾霾频发，大气环境中的颗粒物受到了国内外的密切关注，一段时间以来，可吸入颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5是大气环境中重要监测指标，由于悬浮在空气中的颗粒物往往吸附着一些对人们身体健康产生重要影响的物质，如细菌、病毒、有害化学物质等，这些物质体积小，自然沉降速度慢，通过呼吸直接被吸入并沉积于肺泡中的几率很大，对人体健康的影响不容忽视。对空气中颗粒物的检测方法有β射线吸收法、微量振荡天平法、激光散射法。β射线吸收法主要是通过测量射线经过附有颗粒物的滤纸的损耗来计算颗粒物的质量浓度；微量振荡天平法是通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物质量的一种方法；现有技术多采用激光散射法进行颗粒物浓度检测，光散射法主要是利用颗粒物对光的散射实现对颗粒物粒径测量，是一种非接触式、实时在线测量方法，适合在民用领域推广普及。例如文献CN108344673A，激光管发射的激光在焦点处会聚形成点光束，被测颗粒物经过点光束发生散射，散射光经探测器输出电信号计算颗粒物个数，然后按一定的关系计算出颗粒物质量浓度，为了保证计数效率，对激光光束要求均匀及对进气孔要求更小，需配置昂贵的气泵承受更高的真空度，不适于在民用领域大批量推广应用。随着人民生活水平的不断提高，对周围空气质量关注越来越密切，空净、新风系统对颗粒物传感器的需求日益旺盛，甚至车厂及可穿戴等领域也逐步成为新的需求点，今后需要配置低成本、小型化的传感器以适于大批量生产，现有技术提出了适于在民用领域大批量推广应用的颗粒物传感器，抽气装置采用风扇(轴流/离心)代替气泵。例如文献CN105021501B，采用轴流式风机，颗粒物传感器尺寸较小，激光发射单元包含一个凸透镜对激光光束会聚，会聚后的光束为点光束，呈常见的高斯强度分布模式，激光光束分布不均匀，导致同一粒径的颗粒物穿过光束的中心线和中心边缘时输出的检测信号不一致，容易造成传感器对颗粒物粒径误判，不同粒径之间会相互交叉干扰，不能实现多通道颗粒物同时测量(不能同时输出PM1.0、PM2.5及PM10)，仅能输出PM1.0或PM2.5或PM10一个参数。目前国际上的汽车制造厂都要求同时测量PM1.0、PM2.5、PM10，韩国空气净化协会的标准也要求室内使用的净化器、空调同时显示PM1.0、PM2.5、PM10。例如文献CN103257095B，采用两级切割器实现对PM2.5、PM10同时测量，但采用切割器仪器结构复杂、体积大，价格昂贵，不能实时在线测量，不利于小型化及在民用领域普及应用；例如文献CN206223607U，通过在颗粒物浓度检测装置上设置两个以上的光敏检测元件，能够对空气中不同粒径的颗粒物实现分级检测，缺陷是由于采用多个单通道检测单元，光路、电路系统复杂，成本高，对MCU端口数量及速度要求较高，耗电量大，尤其是PCB电路板面积较大，针对便携式颗粒物检测更为不利。为实现PM1.0、PM2.5、PM10同时输出，现有技术考虑颗粒物传感器光路中不再采用传统的聚焦透镜，提出通过采用新型光学透镜对激光光束整形为能量分布均匀的线形光束，克服颗粒物不同粒径的测量干扰问题。例如文献WO2017/184275A2，提供两个光学部件(非球面透镜、柱面透镜)，形成一种期望轮廓的光强分布均匀的激光束，可实现多通道颗粒物质量浓度测量(实现0.3至10微米范围内的颗粒物质量浓度测量)；再如文献CN206479434U，提出采用一非球面透镜用来减小激光光束发散角或准直光束，一柱面透镜用来聚焦激光光束，使光电探测器正上方光敏区形状为类似薄片，光敏区为一薄而宽的区域，有助于提高检测颗粒物浓度范围及计数效率。以上两文献均采用两个光学部件，缺陷是两个光学部件之间存在一定的距离，调试时须保证同轴，增加了调光复杂性及安装难度，导致颗粒物传感器体积大，不利于装置小型化及便携化，制造成本高。综上，以往的激光散射颗粒物传感器存在诸多缺陷：采用昂贵气泵不利于在民用领域大批量推广应用；采用点光束分布不均匀，不同粒径间会存在交叉干扰，不能实现多通道颗粒物同时测量；采用多个单通道检测单元，装置体积大，光路、电路系统复杂；采用多个光学部件形成均匀激光光束，光学透镜之间存在一定的距离，安装调试复杂，严重制约颗粒物传感器向微型化、便携化方向发展。
技术实现思路
为解决以上技术缺陷，本专利技术公开了一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，采用由模具精密注塑成形的单片光学透镜形成均匀线形光束，克服了以往采用聚焦透镜，激光光束被聚焦为点光束，能量分布不均匀导致测量不准确的的技术缺陷，可实现不同粒径颗粒物同时测量；克服了以往采用两片光学透镜，两片光学透镜之间存在一定的距离导致光路安装调试复杂、成本高的技术缺陷，简化了光路结构，降低了光路调试难度及制造成本，无需昂贵的气泵，适于大批量推广应用，具有广阔的市场前景。第一方面:本专利技术的提供一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，包括激光发射单元和激光检测单元，所述激光发射单元包括光源和光学透镜，所述光源产生的光束经光学透镜整形后形成线形光束，所述激光检测单元接收经过线形光束的颗粒物，并输出对应的检测信号。所述光学透镜的一面为光轴对称的非球面，另一面为圆柱面；光轴对称的所述非球面设置于光的入射面，所述圆柱面设置于光的出射面。所述光学透镜的圆柱面为正柱面。光轴对称的所述非球面的曲率半径为2-10mm，所述圆柱面的曲率半径为3-9mm，光轴对称的非球面至圆柱面的厚度为1.5-3.5mm。所述激光发射单元还包括安装件，所述安装件与光学透镜一体成型或可拆卸连接，用于对光学透镜进行定位。所述激光发射单元还包括定位件，所述定位件一端与光源活动连接，另一端与安装件活动连接。所述激光发射单元还包括导光管，所述定位件一端与光源活动连接，另一端通过导光管与安装件活动连接。所述激光发射单元还包括外壳，所述外壳套设在定位件及安装件的外部，用于对两者进行定位。所述光源和光学透镜之间及其远离光源方向所在的延长线的外壳内部空间形成所述颗粒物检测通道，所述颗粒物检测通道远离光源一端设有光陷阱，可以消除激光发射单元产生的激光光束通过颗粒物检测通道后产生的反射，所述光学透镜与光陷阱之间的外壳内设有所述激光检测单元。所述光学透镜与光陷阱之间的外壳上还设有进气口，进气口和外壳内部空间形成颗粒物流通通道，所述颗粒物检测通道和颗粒物流通通道相交于所述外壳内部的气室。所述光学透镜与光陷阱之间的外壳上还设有出气口，所述进气口和出气口为同轴相对设置，所述进气口和出气口及中间的外壳内部空间形成颗粒物流通通道，使得颗粒物可从所述进气口进入所述颗粒物流通通道，并从所述出气口排出，所述颗粒物检测通道和颗粒物流通通道相交于所述外壳内部的气室。所述颗粒物流通通道还连接有抽气装置，所述抽气装置可设置在外壳的内部或外部，所述抽气装置分别连通进气口和/或出气口，用于将被测气体引入至颗粒物流通通道中。一种高精度颗粒物质量浓度检测装置还包括壳体，所述壳体上设有进气口和出气口，所述光源、安装件均位于所述壳体内，所述光源和光学透镜之间及其远离光源方向所在的延长线的壳体内部空间形成所述颗粒物检测通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，包括激光发射单元和激光检测单元，其特征在于：所述激光发射单元包括光源和光学透镜，所述光源产生的光束经光学透镜整形后形成线形光束，所述激光检测单元接收经过线形光束的颗粒物，并输出对应的检测信号。

【技术特征摘要】
1.一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，包括激光发射单元和激光检测单元，其特征在于：所述激光发射单元包括光源和光学透镜，所述光源产生的光束经光学透镜整形后形成线形光束，所述激光检测单元接收经过线形光束的颗粒物，并输出对应的检测信号。2.根据权利要求1所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：所述光学透镜的一面为光轴对称的非球面，另一面为圆柱面；光轴对称的所述非球面设置于光的入射面，所述圆柱面设置于光的出射面。3.根据权利要求2所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：所述光学透镜的圆柱面为正柱面。4.根据权利要求2所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：光轴对称的所述非球面的曲率半径为2-10mm，所述圆柱面的曲率半径为3-9mm，光轴对称的非球面至圆柱面的厚度为1.5-3.5mm。5.根据权利要求2所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：所述激光发射单元还包括安装件，所述安装件与光学透镜一体成型或可拆卸连接，用于对光学透镜进行定位。6.根据权利要求5所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：所述激光发射单元还包括定位件，所述定位件一端与光源活动连接，另一端与安装件活动连接。7.根据权利要求6所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：所述激光发射单元还包括导光管，所述定位件一端与光源活动连接，另一端通过导光管与安装件活动连接。8.根据权利要求6或7所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：所述激光发射单元还包括外壳，所述外壳套设在定位件及安装件的外部，用于对两者进行定位。9.根据权利要求8所述一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，其特征在于：所述光源和光学透镜之间及其远离光源方向所在的延长线的外壳内部空间形成所述颗粒物检测通道，所述颗粒物检测通道远离光源一端设有光陷阱，可以消...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊友辉，刘志强，何涛，黄铮，杨伟，周盟，
申请(专利权)人：武汉四方光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42