一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构，发明专利技术涉及了双光束颗粒物空气动力学粒径测量领域，该发明专利技术包括所述照明装置包括发光单元、分光单元和散射光信号收集单元，所述发光单元内设有对光进行光束整形匀化组件，所述的散射光信号收集单元内设有光散射探测腔；达到技术效果是解决了现有颗粒物粒径谱分析设备测量的精确度较低的问题，从而提供了使得动力学粒径测量仪的调试难度降低，传感器体积更小，粒径分辨率更高，光噪声更低，以及提高粒径测量准确度。以及提高粒径测量准确度。以及提高粒径测量准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构


[0001]本专利技术提供了双光束颗粒物空气动力学粒径测量领域，尤其涉及一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构。

技术介绍

[0002]目前大气污染检测，洁净室洁净度检测等方面都需要对颗粒物空气动力学粒径分布进行测量。而对于人体，气溶胶粒子尺寸在很大范围内决定了粒子在其所引起的呼吸反应中沉积的位置，大于 5微米的粒子一般沉积在呼吸系统的鼻部及咽喉部；而可渗透到肺部则是小于5微米的粒子，这些尺寸都是采用空气动力学粒径来衡量。我国目前也在积极准备实行 PM2.5 标准，在颗粒物检测方面与国际接轨。
[0003]现有的颗粒物粒径谱分析设备主要有光散射法、电迁移法、惯性冲击法和过滤法。人们常使用光散射装置来测试颗粒物，将颗粒物通过激光束后产生散射光，通过信号幅度获得颗粒物粒径、浓度等特性，该类装置存在的问题是，由于其仅依靠光散射强度来测量颗粒大小，受粒子形状、散射角度等因素的影响，测量的精确度较低。
[0004]基于对现有技术改进，本专利技术主要用于改善光散射法测量颗粒物空气动力学粒径仪器光敏区双光束质量的光机结构，可提高传感器灵敏度，信噪比的双光束照明装置，以及可降低采集误差的散射光收集单元。

技术实现思路

[0005]（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构，解决了现有颗粒物粒径谱分析设备测量的精确度较低的问题，从而提供了使得动力学粒径测量仪的调试难度降低，传感器体积更小，粒径分辨率更高，光噪声更低，以及提高粒径测量准确度。
[0006]（二）技术方案为了实现以上两个专利技术目的，本专利技术所提出的技术方案是：一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构，它主要包括所述照明装置包括发光单元、分光单元和散射光信号收集单元，其特征在于所述发光单元内设有对光进行光束整形匀化组件；光束整形匀化组件包括激光器、第一非球面透镜、阵列散射片、第二非球面透镜构成；所述分光单元包括在圆孔光阑之后有第一直角棱镜和第二直角棱镜组合，平凸柱面镜与平凹柱面镜，矩形光阑；所述的散射光信号收集单元内设有光散射探测腔，所述光散射探测腔包括垂直于双光束方向存在进气口和出气口，与光束交叉重叠区域形成光敏区13及颗粒物22与光束碰撞区，所述光散射探测腔内设有沿着散射光方向一次排列的第一平凸透镜，第一探测器，第二平凸透镜，第二探测器，以及高速数据采集模块和光陷阱，所述散射光方向与入射光方向在光敏区倾斜相交。
[0007]进一步优选方案：所述激光器采用808nm大功率半导体激光器。
[0008]进一步优选方案：所述激光器产生连续激光；第一非球面透镜、微透镜阵列散射片和第二非球面镜使得光束进行匀化并产生平行光；第一直角棱镜和第二直角棱镜产生平行双光束经过平凸柱面镜和平凹柱面镜产生均匀的近邻双光束；第一平凸透镜汇聚一定角度范围内的散射光到第一探测器上。
[0009]进一步优选方案：所述第一探测器和第二探测器分别放置在光敏区中激光束发射方向呈30度和150度角的地方，所述光陷阱应实现出射激光的吸收率大于0.99。
[0010]（三）有益效果本专利技术提供了一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构。具备以下有益效果：1、本专利技术的汇聚散射光的双探测器系统可以提高固定角度范围内的光信号密度，得到的两组信号也可相互修正测量数据，从而提高探测灵敏度和稳定性，进一步提高信噪比，传感器体积更小，粒径分辨率更高，光噪声更低，以及提高粒径测量准确度。
[0011]2、本专利技术只需前后调节两个柱面镜就可调节双光束间距和光斑大小，使得近似形成两层薄薄的光平面，最后再经过矩形光阑消除杂散光防止干扰，极大地降低了传感器的光学本底噪声。
[0012]附图说明：图1是本专利技术的结构示意图图2是本专利技术颗粒物空气动力学传感器光束匀化分光的照明装置和采样气路截面结构示意图；图3是本专利技术气室内散射光收集单元的结构示意图；图4是本专利技术电脑终端对颗粒物光电信息采集流程图图中：111、发光单元；112、分光单元； 113、散射光信号收集单元；1、激光器；2、第一非球面透镜； 3、阵列散射片； 4、第二非球面透镜；5、圆孔光阑 ；6、第一直角棱镜； 7、第二直角棱镜； 8、第一矩形光阑； 9、平凸柱面镜； 10、平凹柱面镜； 11、第二矩形光阑； 12、进气口； 13、光敏区； 14、出气口； 15、照明装置； 16、第一探测器 ；17、第一平凸透镜； 18、第二平凸透镜； 19、第二探测器； 20、高速数据采集模块； 21、光陷阱；22、颗粒物。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]本专利技术提供一种技术方案：一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构，为提高颗粒物粒径测量传感器的分辨率、准确性、稳定性、降低调试难度，及采用了可汇聚散射光的双探测器信号收集单元。
[0015]如图1所示一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构，主要包括：主要包括所述照明装置15包括发光单元111和分光单元112，所述发光单元111内设有对光进行光束整形匀化组件，所述的散射光信号收集单元113内设有光散射探测腔，光束整形匀化组件包括激光器1 、第一非球面透镜2、阵列散射片3、第二非球面透镜4构成；所述分光单
元112包括在圆孔光阑5之后有第一直角棱镜6 和第二直角棱镜7构成，平凸柱面镜9与平凹柱面镜10，矩形光阑；所述光散射探测腔包括垂直于双光束方向存在进气口12和出气口14，与光束交叉重叠区域形成光敏区13及颗粒物22与光束碰撞区，所述光散射探测腔内设有沿着散射光方向一次排列的第一平凸透镜17，第一探测器16，第二平凸透镜18，第二探测器19，以及高速数据采集模块20和光陷阱21，所述散射光方向与入射光方向在光敏区13倾斜相交。
[0016]进一步优选方案所述激光器1采用808nm大功率半导体激光器1；所述激光器1发出的多模激光束经过第一非球面透镜2准直后，再通过所述阵列散射片3使得激光波前强度分布均匀，所述阵列散射片3的单元尺度在50μm以上，消除激光器1由于第一非球面透镜22产生的条纹，经过第二非球面透镜4准直为准平行光，再通过圆孔光阑5消除杂散光，提高激光稳定性，且圆孔边缘保持尖锐，光阑直径为4
±
0.5 mm，再由第一直角棱镜6使得光束进行偏折，光斑中心对准第一直角棱镜6的中心，之后放置反向的第二直角棱镜7使得两条激光束平行，再通过第一矩形光阑8，光阑边长为4
±
0.5 mm，最后先后经过由平凸柱面镜9和平凹面镜10调整光斑大小以及双光束间距，光敏区13内双光束间距在0.6
±
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构;它主要包括所述照明装置(15)包括发光单元（111）、分光单元（112）和散射光信号收集单元（113），其特征在于所述发光单元（111）内设有对光进行光束整形匀化组件；光束整形匀化组件包括激光器（1）、第一非球面透镜（2）、阵列散射片（3）、第二非球面透镜（4）构成；所述分光单元（112）包括在圆孔光阑（5）之后设有第一直角棱镜（6）和第二直角棱镜（7）组合，平凸柱面镜（9）与平凹柱面镜（10），矩形光阑；所述的散射光信号收集单元（113）内设有光散射探测腔，所述光散射探测腔包括垂直于双光束方向存在进气口（12）和出气口（14），与光束交叉重叠区域形成光敏区（13）及颗粒物（22）与光束碰撞区，所述光散射探测腔内设有沿着散射光方向一次排列的第一平凸透镜（17），第一探测器（16），第二平凸透镜（18），第二探测器（19），以及高速数据采集模块（20）和光陷阱（21），所述散射光方向与入射光方向在光敏区（13）倾斜相交。2.根据权利要求1所述的一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构，其特征在于所述激光器（1）采用808nm大功率半导体激光器。3.根据权利要求1或2所述的一种基于直角棱镜的颗粒物空气动力学粒径检测光机结构，其特征在于所述激光器（1）产生连续激光；第一非球面透镜（2）、微透镜阵列散射片（3）和第二非球面镜（4）使得光束进行匀化并产生平行光；第一直角棱镜（6）和第二直角棱镜（7）产生平行双光束经过平凸柱面镜（9）和平凹柱面镜（10）产生均匀的近邻双...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宝龙，王春勇，戴昊，李耀成，余昌源，丁柯风，
申请(专利权)人：朱宝龙，
类型：发明
国别省市：