基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置及方法制造方法及图纸

本说明书实施例提供了一种基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置及方法，包括：激光器、光敏腔腔体、气溶胶颗粒进气喷嘴、环形透镜、高温光纤耦合镜头、光电感应器和光强脉冲计数模块；激光器设置于光敏腔腔体的外部，发出的激光经凸透镜和平凸柱面镜射入光敏腔腔体；气溶胶颗粒进气喷嘴与气溶胶颗粒出气口相对设置；环形透镜用于汇聚气溶胶颗粒散射的激光至光纤耦合镜头，光纤耦合镜头用于接收环形透镜汇聚的激光，并将光信号传递至光电感应器；光电感应器和光强脉冲计数模块设置在光敏腔腔体外部，用于将接收到的光信号转换成电信号，通过记录脉冲数，得到气溶胶颗粒个数。得到气溶胶颗粒个数。得到气溶胶颗粒个数。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置及方法


[0001]本文件涉及光学计数
，尤其涉及一种基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置及方法。

技术介绍

[0002]高温燃烧产生的PM2.5是大气雾霾的主要来源，其由悬浮在空气中的微观固体或液体颗粒组成，这些纳米颗粒可渗透过呼吸系统的过滤器官并扩散到血流中，深入人体血液循环系统，从而引发呼吸和心脏问题，且在大气中易吸附有害气体形成二次气溶胶，并携带病毒和细菌，对人体危害极大。在对颗粒物进行测量时，传统的基于颗粒质量的测量方法精度和敏感度低，基于颗粒数目的测量方法可大幅度提升测量精度和敏感度，可以准确表征燃烧源纳米颗粒对人体健康的危害程度。
[0003]基于颗粒数测量的常用方法是借助于光学颗粒计数器，但目前的光学颗粒计数器存在以下两个问题：
[0004]第一，仅能在常温下工作，对于高温颗粒的测量需要先进行冷却再测量，导致系统更加复杂，精度也受到影响，主要有两方面因素：一是样品颗粒中含有的可挥发性有机物有一定概率会发生自凝结，使测量结果变大；二是大温度梯度下颗粒会发生凝并等现象，导致造成计数误差。
[0005]第二，由于信噪比不高导致计数效率及测量下限低，主要有两方面因素：一是因为激光强度是符合高斯分布的，当小颗粒从喷嘴边缘进入光敏区时，会受到激光边缘的照射，光强不如中心部分强，使散射信号较弱，收集到的脉冲信号较低，淹没在噪音里无法被计数；二是有些光进入光陷阱后无法被全部收集，反射回光敏腔导致收集的光信号受到干扰。

技术实现思路

[0006]本说明书一个或多个实施例提供了一种基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置，包括：激光器、光敏腔腔体、气溶胶颗粒进气喷嘴、环形透镜、高温光纤耦合镜头、光电感应器和光强脉冲计数模块；
[0007]所述激光器设置于所述光敏腔腔体的外部，激光器发出的激光穿过凸透镜和平凸柱面镜射入所述光敏腔腔体内部；
[0008]所述气溶胶颗粒进气喷嘴设置于所述光敏腔腔体与所述激光射入方向平行的一面，并在另一面相对设置有气溶胶颗粒出气口，所述气溶胶颗粒进气喷嘴用于将气溶胶颗粒喷入激光区域，所述气溶胶颗粒出气口用于将气溶胶颗粒排出所述光敏腔腔体；
[0009]所述环形透镜和高温光纤耦合镜头设置于所述光敏腔腔体的内部，所述环形透镜设置于所述激光器和气溶胶颗粒连线的延长线上，用于汇聚所述气溶胶颗粒散射的激光至光纤耦合镜头，所述光纤耦合镜头用于接收所述环形透镜汇聚的激光，并通过光纤将光信号传递至光电感应器；
[0010]所述光电感应器和光强脉冲计数模块设置在所述光敏腔腔体外部，所述光电感应
器用于将接收到的光信号转换成电信号，输入光强脉冲计数模块，所述光强脉冲计数模块用于根据接收到的所述电信号记录脉冲数，得到所述气溶胶颗粒个数。
[0011]进一步地，所述装置还包括温度传感器、加热棒和温度控制模块，所述温度控制模块用于实时显示获取的所述温度传感器反馈的所述光敏腔腔体温度，并根据预设光敏腔腔体温度，通过控制所述加热棒的功率对所述光敏腔腔体的温度进行实时调节。
[0012]进一步地，所述装置还包括光陷阱，所述光陷阱与所述光敏腔腔体连接，并与所述激光射入点相对，所述光陷阱设有多个弯折部分，所述光陷阱用于多次折射并吸收未被所述气溶胶颗粒折射的激光。
[0013]进一步地，所述使用环形透镜用于收集散射角为0度至45度的前向散射光，所述环形透镜设有贯通的小孔，所述小孔设在所述环形透镜的非中心位置，用于分别处理散射光交点和进入光陷阱的光束。
[0014]进一步地，所述装置还包括抽气泵，所述抽气泵用于设置所述气溶胶颗粒的初始流量。
[0015]进一步地，所述装置还包括限流阀，所述限流阀用于配合所述抽气泵根据实际需求调节所述气溶胶颗粒流量。
[0016]进一步地，所述装置还包括过滤器，所述过滤器用于过滤经所述气溶胶颗粒出气口喷出的气溶胶颗粒，避免对环境造成污染。
[0017]进一步地，所述光敏腔腔体由低热导材料制成。
[0018]进一步地，所述激光器、凸透镜和平凸柱面镜放置在聚醚醚酮peek材料的外壳中，所述外壳与所述光敏腔腔体连通。
[0019]本说明书一个或多个实施例提供了一种基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置计数方法，包括：
[0020]S1.通过凸透镜和平凸柱面镜对激光器发射的激光进行折射后射入光敏腔腔体，并在气溶胶颗粒进气喷嘴处形成光敏区；
[0021]S2.通过气溶胶颗粒进气喷嘴喷出气溶胶颗粒进入所述光敏区，使激光发生散射，通过环形透镜将所述激光散射后的前向散射光汇聚到高温光纤耦合镜头，通过所述高温光纤耦合镜头经光纤传导至光电传感器；
[0022]S3.通过所述光电传感器将接收到的光信号转换为电信号，并发送至光强脉冲计数模块，通过所述光强脉冲计数模块根据接收到的所述电信号记录脉冲数，得到所述气溶胶颗粒个数。
[0023]本专利技术的有益效果如下：
[0024]本专利技术在光敏腔腔体中设置了温度传感器和加热棒，可根据样品温度控制腔体温度进行测量；本专利技术在光敏腔腔体中设置环形透镜，将其设置在激光器和颗粒连线的延长线上，收集散射角为0
°
至45
°
的前向散射光，由于前向散射光强度远远高于侧向散射光，因此得到的散射光强度更高，信噪比远高于现有颗粒计数器；本专利技术采用耐高温的光纤耦合镜头接收信号，采用光纤将信号传输至光电感应元件，使光电感应元件与光敏腔腔体隔开，避免光敏腔腔体温度过高时对光电感应元件造成损害；本专利技术将光陷阱增加了多处弯折，使得吸收光效率更高，避免激光反射回腔体，影响散射光的接收，造成计数误差。
[0025]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置的结构示意图；
[0028]图2为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数方法的流程示意图。
[0029]附图标记：101：激光器；201：凸透镜；202：平凸柱面镜；301：温度传感器；302、303：加热棒；401：气溶胶颗粒进气喷嘴；402：气溶胶颗粒出气口；501：环形透镜；601：高温光纤耦合镜头；701：光敏腔腔体；801：光陷阱；901：光纤；1001：光电感应器；1101：光强脉冲计数模块；1201：PID；温度控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传导的宽温域光学颗粒计数装置，其特征在于，包括：激光器、光敏腔腔体、气溶胶颗粒进气喷嘴、环形透镜、高温光纤耦合镜头、光电感应器和光强脉冲计数模块；所述激光器设置于所述光敏腔腔体的外部，激光器发出的激光穿过凸透镜和平凸柱面镜射入所述光敏腔腔体内部；所述气溶胶颗粒进气喷嘴设置于所述光敏腔腔体与所述激光射入方向平行的一面，并在另一面相对设置有气溶胶颗粒出气口，所述气溶胶颗粒进气喷嘴用于将气溶胶颗粒喷入激光区域，所述气溶胶颗粒出气口用于将气溶胶颗粒排出所述光敏腔腔体；所述环形透镜和高温光纤耦合镜头设置于所述光敏腔腔体的内部，所述环形透镜设置于所述激光器和气溶胶颗粒连线的延长线上，用于汇聚所述气溶胶颗粒散射的激光至光纤耦合镜头，所述光纤耦合镜头用于接收所述环形透镜汇聚的激光，并通过光纤将光信号传递至光电感应器；所述光电感应器和光强脉冲计数模块设置在所述光敏腔腔体外部，所述光电感应器用于将接收到的光信号转换成电信号，输入光强脉冲计数模块，所述光强脉冲计数模块用于根据接收到的所述电信号记录脉冲数，得到所述气溶胶颗粒个数。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度传感器、加热棒和温度控制模块，所述温度控制模块用于实时显示获取的所述温度传感器反馈的所述光敏腔腔体温度，并根据预设光敏腔腔体温度，通过控制所述加热棒的功率对所述光敏腔腔体的温度进行实时调节。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括光陷阱，所述光陷阱与所述光敏腔腔体连接，并与所述激光射入点相对，所述光陷阱设有多个弯折部分，所述光陷阱用于多次折射并吸收未被所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙飞，崔博譞，张承林，李光泽，常刘勇，周泉，李袁昊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：