基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，包括沿着光束照射方向依次布置的激光器、第一偏振镜、扩束器、气体收集装置、物镜、萨格纳克干涉仪、第二偏振镜和CCD相机；所述CCD相机电连接计算机；所述气体收集装置包括均呈中空状的气体流动腔体和气体扩散腔体；气体流动腔体的顶部和气体扩散腔体的底部均设有相应大小的缺口，且气体流动腔体与气体扩散腔体的腔体空间由两者的缺口处连通；气体流动腔体的不同侧面处分别设有进气口和出气口。相应的，本发明专利技术还提供了一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测方法。本发明专利技术能够清晰、全面的获取到气溶胶粒子的状态信息，提高了气溶胶粒子检测的准确率。

Detection device and method of aerosol particles based on Sagnac interferometer

The invention relates to an aerosol particle detection device based on a Sagnac interferometer, which comprises a laser, a first polarizer, a beam expander, a gas collection device, an objective lens, a Sagnac interferometer, a second polarizer and a CCD camera arranged in sequence along the beam irradiation direction; the CCD camera is electrically connected with a computer; the gas collection device comprises a gas flow in hollow shape Moving cavity and gas diffusion cavity; the top of the gas flow cavity and the bottom of the gas diffusion cavity are provided with corresponding size notches, and the space between the gas flow cavity and the gas diffusion cavity is connected by the notches of the two; different sides of the gas flow cavity are respectively provided with air inlet and air outlet. Accordingly, the invention also provides an aerosol particle detection method based on Sagnac interferometer. The invention can obtain the state information of aerosol particles clearly and comprehensively, and improves the accuracy rate of aerosol particle detection.

【技术实现步骤摘要】
基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置及检测方法
本专利技术属于光学成像领域，具体地讲涉及一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置及检测方法。
技术介绍
数字全息技术可以实时的将全息图传送到计算机中，利用计算机对图像信息快速的进行图像处理，从而达到实时测量的目标。现阶段，数字全息技术在全息显微、三维形貌测量、图像识别、图像防伪和加密以及医学诊断、三维层析成像等研究领域具有广阔的应用前景。大气颗粒物(气溶胶粒子)的测量主要是根据颗粒物的物理性质(包括力学、电学、光学等与颗粒物的数量或质量之间的关系)，以接触测量为主。目前非接触测量方法中，常用的是光散射法，但是由于气溶胶粒子经常带有电荷，在检测过程中很容易造成误差，准确度难以保证；且光散射法在要求气溶胶粒子的物理性质一定的前提下才能检测得到气溶胶粒子的浓度信息。
技术实现思路
根据现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一是提供了一种基于萨格纳克干涉仪(Sagnac干涉仪)的气溶胶粒子的检测装置，其能够清晰、全面的获取到气溶胶粒子的状态信息，提高了气溶胶粒子检测的准确率。本专利技术采用以下技术方案：一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，包括沿着光束照射方向依次布置的激光器、第一偏振镜、扩束器、气体收集装置、物镜、萨格纳克干涉仪、第二偏振镜和CCD相机；所述CCD相机电连接计算机。优选的，所述气体收集装置包括均呈中空状的气体流动腔体和气体扩散腔体；所述气体流动腔体的顶部和气体扩散腔体的底部均设有相应大小的缺口，且气体流动腔体与气体扩散腔体的腔体空间由两者的缺口处连通；所述气体流动腔体的不同侧面处分别设有进气口和出气口；所述气体扩散腔体设为透明体，由所述激光器发出的光束穿过所述气体扩散腔体。进一步优选的，所述气体流动腔体设为长方体，所述进气口和出气口分别位于气体流动腔体的相对的两个侧面上；所述气体扩散腔体设为长方体，所述激光器发出的光束垂直穿过气体扩散腔体的面积最大的两个平行面。进一步优选的，所述气体流动装置与物镜之间的间距等于物镜的工作距离；所述CCD相机设置为面阵工作模式。进一步优选的，所述扩束器与气体收集装置之间设有光阑。更进一步优选的，所述激光器、第一偏振镜、扩束器、光阑、气体扩散腔体、物镜、萨格纳克干涉仪的入射端口的中心点均位于由激光器射出的光轴所在的直线上；所述萨格纳克干涉仪的出射端口、第二偏振镜、CCD相机靶面的中心点均位于由萨格纳克干涉仪的出射端口射出的光轴所在的直线上。相应地，本专利技术还提供了一种采用前述检测装置的检测方法,包括如下步骤：S1，将标准分划板置于气体收集装置的位置，打开激光器，CCD相机探测得到标准分划板的全息干涉图，并将标准分划板的全息干涉图传输至计算机对其进行数值重建，即先对所述标准分划板的全息干涉图进行傅里叶变换得到标准分划板的全息干涉图的频域图，再对标准分划板的频域图进行滤波处理，然后利用角谱法对标准分划板的处理后的频域图进行重建，最终得到标准分划板的再现图；S2，在所述再现图中的任意相邻的两个刻度的相应位置处标注坐标，得到坐标和坐标；设定所述再现图中的每个像素点的大小为L，则两个刻度的间距Δd为：Δd＝|Y1-Y2|*L；S3，设定所述标准分划板的刻度间距为DIV，则本检测装置的放大倍数F为：F＝Δd/DIV；S4，将步骤S1中的标准分划板换成气体收集装置，将待检测气体由进气口处输入，并由出气口处输出；所述CCD相机探测并得到某一时刻气体扩散腔体内气溶胶粒子的全息干涉图；S5，将气溶胶粒子的全息干涉图传输至计算机对其进行数值重建，即先对所述气溶胶粒子的全息干涉图进行傅里叶变换得到气溶胶粒子的全息干涉图的频域图，再对气溶胶粒子的频域图进行滤波处理，然后利用角谱法对气溶胶粒子的处理后的频域图进行重建，最终得到气溶胶粒子的再现图；S6，利用分支切割算法对气溶胶粒子的再现图进行相位解包裹，可得到解包裹后的相位图，并通过MATLAB软件绘制得到气溶胶粒子的三维相位图；S7，由气溶胶粒子的三维相位图可以得到气溶胶粒子的个数、形状和显示大小M，则气溶胶粒子的实际大小N为：N＝M/F。优选的，还包括步骤S8：S8，通过气溶胶粒子的形状、实际大小N，判断得到待检测气体中主要污染物成分，进而针对不同污染物成分采取对应的治理措施。优选的，所述步骤S4中，将待检测气体由进气口处输入，并由出气口处输出时，将吹气泵的出气端通过软管与进气口连接，将吸气泵的进气端通过软管与出气口连接；所述吹气泵和吸气泵采取间歇性工作，避免气溶胶粒子运动速度过快，CCD相机难以捕捉探测。优选的，所述步骤S7中，在获取气溶胶粒子的个数、形状和显示大小M之前，将气溶胶粒子的三维相位图绕X轴旋转90°，然后从气溶胶粒子的三维相位图的Z轴角度检测，即可得到气溶胶粒子的个数、形状和显示大小M。本专利技术的优点和有益效果在于：1)本专利技术采用了萨格纳克干涉仪，带有气溶胶粒子信息的光束经过萨格纳克干涉仪的偏振分光棱镜分成两束反向传播的正交偏振(P偏振和S偏振)光束。这两束光分别反向通过三个保护银反射镜，最后在萨格纳克干涉仪的偏振分光棱镜处汇合。为了使这两束光干涉，也就是使这两束光产生微小的横向剪切距，可以通过稍微旋转偏振分光棱镜来定量控制汇合后的两束光束的角度。因为光束通过偏振分光棱镜后，透射光是P光(也就是光线的偏振矢量在这个平面里)，反射光是S光(也就是光线的偏振矢量垂直于该平面)，因此可以通过调节偏振分光棱镜的角度来控制条纹的粗细，也就是条纹的频率。由于萨格纳克干涉仪的环形结构具有较高的稳定性，与其他横向剪切共路径干涉仪相比，萨格纳克干涉仪的物光与参考光束的离轴角更易于调整和定量控制，在一定程度上和CCD相机的像素大小相匹配，同时还不降低系统的成像质量。2)本专利技术的所述气体收集装置包括均呈中空状的气体流动腔体和气体扩散腔体；所述气体流动腔体的顶部和气体扩散腔体的底部均设有相应大小的缺口，且气体流动腔体与气体扩散腔体的腔体空间由两者的缺口处连通；所述气体流动腔体的不同侧面处分别设有进气口和出气口；所述气体扩散腔体设为透明体，由所述激光器发出的光束穿过所述气体扩散腔体；将吹气泵的出气端通过软管与进气口连接，将吸气泵的进气端通过软管与出气口连接；所述吹气泵和吸气泵采取间歇性工作。上述气体收集装置的结构设计，以及待测气体的间歇式泵入方式，在一定程度上避免了气溶胶粒子运动速度过快，有利于CCD相机对气溶胶粒子的捕捉探测。3)本专利技术能够生成气溶胶粒子的三维相位图，通过旋转气溶胶粒子的三维相位图，可以直观的探测到气溶胶粒子的个数、形状和显示大小M，再通过标准分划板的倍数标定即可得到气溶胶粒子的实际大小N。因此，本专利技术不仅可以测量任何形状的粒子，而且可以获得粒子的比较全面的详细信息。附图说明图1为本专利技术的检测装置的组成示意图一。图2为本专利技术的检测装置的组成示意图二。图3为本专利技术的气体收集装置的示意图。图4为标准分划板的全息干涉图。图5为标准分划板的再现图。图6为气溶胶粒子的全息干涉图。图7为气溶胶粒子的再现图。图8为气溶胶粒子的三维相位图。图9为气溶胶粒子的三维相位图旋转后的示意图。附图标记：1-激光器，2-第一偏振镜，3-扩束器，4-气体收集装置，5-物镜，6-萨格纳克干涉仪，7-第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，其特征在于：包括沿着光束照射方向依次布置的激光器(1)、第一偏振镜(2)、扩束器(3)、气体收集装置(4)、物镜(5)、萨格纳克干涉仪(6)、第二偏振镜(7)和CCD相机(8)；所述CCD相机(8)电连接计算机(9)。

【技术特征摘要】
1.一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，其特征在于：包括沿着光束照射方向依次布置的激光器(1)、第一偏振镜(2)、扩束器(3)、气体收集装置(4)、物镜(5)、萨格纳克干涉仪(6)、第二偏振镜(7)和CCD相机(8)；所述CCD相机(8)电连接计算机(9)。2.根据权利要求1所述的一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，其特征在于：所述气体收集装置(4)包括均呈中空状的气体流动腔体(41)和气体扩散腔体(42)；所述气体流动腔体(41)的顶部和气体扩散腔体(42)的底部均设有相应大小的缺口，且气体流动腔体(41)与气体扩散腔体(42)的腔体空间由两者的缺口处连通；所述气体流动腔体(41)的不同侧面处分别设有进气口(43)和出气口(44)；所述气体扩散腔体(42)设为透明体，由所述激光器(1)发出的光束穿过所述气体扩散腔体(42)。3.根据权利要求2所述的一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，其特征在于：所述气体流动腔体(41)设为长方体，所述进气口(43)和出气口(44)分别位于气体流动腔体(41)的相对的两个侧面上；所述气体扩散腔体(42)设为长方体，所述激光器(1)发出的光束垂直穿过气体扩散腔体(42)的面积最大的两个平行面。4.根据权利要求2所述的一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，其特征在于：所述气体流动装置(4)与物镜(5)之间的间距等于物镜(5)的工作距离；所述CCD相机(8)设置为面阵工作模式。5.根据权利要求2所述的一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，其特征在于：所述扩束器(3)与气体收集装置(4)之间设有光阑(10)。6.根据权利要求5所述的一种基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测装置，其特征在于：所述激光器(1)、第一偏振镜(2)、扩束器(3)、光阑(10)、气体扩散腔体(42)、物镜(5)、萨格纳克干涉仪(6)的入射端口的中心点均位于由激光器(1)射出的光轴所在的直线上；所述萨格纳克干涉仪(6)的出射端口、第二偏振镜(7)、CCD相机(8)靶面的中心点均位于由萨格纳克干涉仪(6)的出射端口射出的光轴所在的直线上。7.一种根据权利要求2～6任一项所述的基于萨格纳克干涉仪的气溶胶粒子的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将标准分划板置于气体收集装置(4)的位置，打开激光器(1)，CCD相机(8)探测得到标准分划板的全息干涉图，并将标准分划板的全息干涉图传输至计算机(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保生，赵伟南，李京轩，陈丽娟，陈林林，胡峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34