一种采用时间飞行法测量空气颗粒物粒径的方法技术

本发明专利技术公开一种采用时间飞行法测量空气颗粒物粒径的方法，光纤偏振激光器发出的偏振激光光束经过渥拉斯通棱镜分束后经过平凸柱面镜，将平凸柱面镜的入瞳与渥拉斯通棱镜的出射面重合从而产生与主光线平行的两束厚度一致的光窗帘；光窗帘的两侧分别设置非球面反光镜、雪崩二极管光电探测器，粒子沿单方向运动且连续穿过两束光窗帘从而发生散射现象，非球面反光镜收集散射光，将散射光汇集到雪崩二极管光电探测器；本发明专利技术的优点是：本发明专利技术结构简单，使用光学器件数量少，后期机械结构设计简单，光路调整容易，测量精度高。最主要是聚光镜后面没有光学元件，聚光像差小，可形成达到衍射极限厚度的光窗帘。射极限厚度的光窗帘。射极限厚度的光窗帘。

【技术实现步骤摘要】
一种采用时间飞行法测量空气颗粒物粒径的方法


[0001]本专利技术专利涉及空气颗粒物测试领域，具体为一种空气颗粒物测试的光学系统。

技术介绍

[0002]目前空气颗粒物测量方法分为：称重法、光阻法、角散射法、β射线法、震荡天平法以及时间飞行法等，其中光阻法与角散射法是光学原理，原理简单且易于实现。目前国内外同类仪器散射法的测量范围大概为0.5
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20μm左右，但是散射法受折射系数和米散射的干扰，测量结果与实际有一定的偏差。使用时间飞行法可以测试颗粒的空气动力学直径。空气动力学直径是指粒子在空气中具有相同沉降速度的单位密度(1g/cm3)时假设的球形粒子直径，与粒子的几何学大小、形状和密度无关。因为空气动力学直径与粒子穿透呼吸道的能力以及沉积有着最密切的关系，所以用它来表示粒子的大小。穿透到肺泡的粒子沉降速度必须低于0.003m/s,相当于直径为7μm的单位密度粒子的沉降速度，空气动力学直径在10μm以上的粒子一般不能穿过鼻咽部，在大于50μm的粒子虽随呼吸动作可达口、鼻部，但不能吸入。另外这样大的粒子在空气中不会停留太久。大多数空气中悬浮粉尘为不规则形并可聚集。聚集粒子的过程取决于空气动力学特性，而不取决于粒子的大小。煤尘粒子直径可能超过15μm,但它可能与空气力学直径7μm的球形粒子沉降速度相同。因此，粒子的空气动力学直径在对其评价时最为重要。以往时间飞行法测试空气颗粒物的光学系统结构复杂；使用的光学器件多，造价高；球面聚光镜后有方解石和凹面柱面镜，引起球差，从而不能得到达到衍射极限厚度的光窗帘。

技术实现思路

[0003]本专利技术专利的目的在于提供一种采用时间飞行法测量空气颗粒物粒径的方法，光纤偏振激光器发出的偏振激光光束经过渥拉斯通棱镜分束后经过平凸柱面镜，将平凸柱面镜的入瞳与渥拉斯通棱镜的出射面重合从而产生与主光线平行的两束厚度一致的光窗帘；光窗帘的两侧分别设置非球面反光镜、雪崩二极管光电探测器，粒子沿单方向运动且连续穿过两束光窗帘从而发生散射现象，非球面反光镜收集散射光，将散射光汇集到雪崩二极管光电探测器，雪崩二极管光电探测器检测到两个连续的散射光脉冲，散射光脉冲高度与粒子散射粒径成正比，两个连续的散射光脉冲的间隔即为粒子在两束光窗帘间的运动时间；雪崩二极管光电探测器采集散射光脉冲高度峰峰值并通过AD(模数转换器)进行转换，与AD(模数转换器)连接的单片机将处理后的散射光脉冲高度信号换算成电压值以及粒子在两束光窗帘间的飞行时间上传给PC端，PC通过与校准曲线进行比对进而得出颗粒的散射学及动力学粒径值。
[0004]还包括与所述光窗帘的正对着的45度反光镜，45度反光镜的反射面设置光陷阱器。
[0005]非球面反光镜的焦点、雪崩二极管光电探测器之间的连线垂直于光窗帘。
[0006]两束光窗帘之间的高度为H＝+/
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f*tg(θ)；式中，f
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平凸面柱面镜焦距，θ
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渥拉斯
通棱镜光束分离半角。
[0007]本专利技术的优点是：本专利技术结构简单，使用光学器件数量少，后期机械结构设计简单，光路调整容易，测量精度高。最主要是聚光镜后面没有光学元件，聚光像差小，可形成达到衍射极限厚度的光窗帘。
附图说明
[0008]图1为本专利技术的立体结构示意图；
[0009]图2为本专利技术的X
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Z面示意图；
[0010]图3为本专利技术的Y
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Z面示意图；
[0011]图4为图1的俯视图；
[0012]图中，1.光纤偏振激光器，2.渥拉斯通棱镜，3.平凸柱面镜，4.光陷阱器，5.45度反光镜，6.非球面反光镜，7.雪崩二极管光电探测器，8.粒子，9.光窗帘。
具体实施方式
[0013]下面结合附图具体说明本专利技术，如图所示，光纤偏振激光器1发出的偏振激光光束经过渥拉斯通棱镜2分束后经过平凸柱面镜3，将平凸面柱面镜的入瞳与渥拉斯通棱镜的出射面重合从而产生与主光线平行的两束光窗帘9；光窗帘的两侧分别设置非球面反光镜6、雪崩二极管光电探测器7，且粒子8粒子沿单方向运动且连续穿过两束光窗帘9从而发生散射现象；非球面反光镜6收集散射光，将散射光汇集到雪崩二极管光电探测器7.雪崩二极管光电探测器7将光脉冲转换成电压值，并上传到PC端。
[0014]为避免影响散射光的探测，还包括与所述光窗帘的正对着的45度反光镜5，45度反光镜的反射面设置光陷阱器4。
[0015]优选地，非球面反光镜的焦点、雪崩二极管光电探测器之间的连线垂直于光窗帘。
[0016]两束光窗帘之间的高度为H＝+/
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f*tg(θ)；式中，f
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平凸面柱面镜焦距，θ
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渥拉斯通棱镜光束分离半角。
[0017]本专利技术的原理是：粒子沿单方向运动且连续穿过两束光窗帘从而发生散射现象，非球面反光镜收集散射光，将散射光汇集到雪崩二极管光电探测器，雪崩二极管光电探测器检测到两个连续的散射光脉冲，散射光脉冲高度与粒子散射粒径成正比，两个连续的散射光脉冲的间隔即为粒子在两束光窗帘间的运动时间；雪崩二极管光电探测器采集散射光脉冲高度峰峰值并通过AD(模数转换器)进行转换，与AD(模数转换器)连接的单片机将处理后的散射光脉冲高度信号换算成电压值以及粒子在两束光窗帘间的飞行时间上传给PC端，PC通过与校准曲线进行比对进而得出颗粒的散射学及动力学粒径值。
[0018]主光束经过45度反光镜进入光陷阱，从而避免影响散射光的探测。
[0019]本专利技术中的部件：光纤偏振激光器、渥拉斯通棱镜、平凸柱面镜、光陷阱器、45度反光镜、非球面反光镜、雪崩二极管光电探测器等等，可采用市购产品。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用时间飞行法测量空气颗粒物粒径的方法，其特征在于：光纤偏振激光器发出的偏振激光光束经过渥拉斯通棱镜分束后经过平凸柱面镜，将平凸柱面镜的入瞳与渥拉斯通棱镜的出射面重合从而产生与主光线平行的两束厚度一致的光窗帘；光窗帘的两侧分别设置非球面反光镜、雪崩二极管光电探测器，粒子沿单方向运动且连续穿过两束光窗帘从而发生散射现象，非球面反光镜收集散射光，将散射光汇集到雪崩二极管光电探测器，雪崩二极管光电探测器检测到两个连续的散射光脉冲，散射光脉冲高度与粒子散射粒径成正比，两个连续的散射光脉冲的间隔即为粒子在两束光窗帘间的运动时间；雪崩二极管光电探测器采集散射光脉冲高度峰峰值并通过AD进行转换，与AD连接的单片机将处理后的散射光脉冲高度信号换算成电压值以及粒子在两...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，范继来，李晓旭，吴明锋，森田恭平，王跃祖，李长隆，
申请(专利权)人：丹东百特仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：