CN106018206A - 一种液体颗粒检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液体颗粒检测装置。一种液体颗粒检测装置，包括光源单元、液体流通单元、散射光光信号收集单元和光信号处理单元。液体流通单元包括流通池，流通池上开设有供液体流通的通道。光源单元能够形成入射光束，流通池设置在入射光束的传播路径上。散射光光信号收集单元包括前透镜、左透镜、右透镜以及光纤耦合器，光纤耦合器与光信号处理单元相连。采用在流通池的前部和左右侧部设置透镜，透镜能够会聚多个方向的散射光，散射光再通过光纤耦合器耦合后送给光信号处理单元，检测获得的光信号强度增强，便于光信号处理单元的处理，能够识别检测较小颗粒物，增强了液体颗粒检测装置的检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于液体的颗粒物检测领域，具体涉及检测液体中颗粒物数量和大小的装置。
背景技术
目前，用于检测液体中的微小颗粒污染物的主要设备是液体颗粒计数器。它在半导体工艺过程控制中有着重要的应用，比如用于检测超纯水或者化学试剂的洁净程度。其测量的最小微粒粒径为50纳米，甚至更小。光散射法是目前液体颗粒计数器所采用的主要检测方法。当一束光照射到微粒的时候会发生散射，散射光可以分为前向散射光和侧向散射光。前向散射光是指光轴与照射光的光轴平行的散射光。侧向散射光是指光轴与照射光的光轴垂直的散射光。目前的液体颗粒计数器有的采用前向散射光作为检测信号，有的采用侧向散射光作为信号。无论是采用前向散射光作为检测信号，还是采用侧向散射光作为检测信号，都只是采用了部分散射光。由于微粒产生的散射光本身就很弱小，只采用部分散射光作为检测信号更增加小粒径微粒的检测难度。所以，现有的液体颗粒计数器大多能够接受的散射光范围有限，检测的灵敏度较低，检测的精度也是非常有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光信号处理能力强、检测灵敏度高的液体颗粒检测装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种液体颗粒检测装置，包括光源单元、液体流通单元、散射光光信号收集单元和光信号处理单元。所述液体流通单元包括流通池，所述流通池上开设有供液体流通的通道。所述光源单元能够形成入射光束，所述流通池设置在入射光束的传播路径上，所述入射光束能够穿过流通池继续传播。所述散射光光信号收集单元包括分别设置在流通池前部的前透镜、流通池左侧的左透镜、流通池右侧的右透镜以及光纤耦合器，所述光纤耦合器与光信号处理单元相连，所述入射光束射入流通池内照射在通道处并能够经所述通道内的液体中的颗粒散射形成散射光束穿出流通池继续传播，所述前透镜、左透镜、右透镜能够分别汇聚自流通池前部、左侧和右侧穿出的散射光并传输给光纤耦合器，所述光纤耦合器将光信号传输给光信号处理单元，所述光信号处理单元能够将光信号处理后获得流经所述通道的液体中的颗粒数量和大小的数据。
具体的，所述光源单元包括能够产生激光光束的半导体激光器、准直透镜和第一会聚透镜，所述准直透镜和第一会聚透镜沿半导体激光器出射的激光光束的传播方向依次设置。
进一步的，所述准直透镜的光轴和第一会聚透镜的光轴均与激光光束的的光轴重合。
具体的，所述流通池呈长方体型，所述通道为流通池从上往下开设的通孔。
优选的，所述液体流通单元还包括前平凸透镜、左平凸透镜和右平凸透镜，所述前平凸透镜贴合设置在流通池的前侧面，所述左平凸透镜贴合设置在流通池的左侧面，所述右平凸透镜贴合设置在流通池的右侧面。
优选的，所述通孔自流通池的上部的中心处垂直往下开设并贯穿流通池的上下表面，所述通孔为圆孔或矩形孔。
进一步的，所述前透镜、左透镜和右透镜均为会聚透镜，所述前透镜的光轴和前平凸透镜的光轴重合，所述左透镜的光轴和左平凸透镜的光轴重合，所述右透镜的光轴和右平凸透镜的光轴重合。
具体的，所述光纤耦合器具有与前透镜对应的前入射端口、与左透镜对应的左入射端口和与右透镜对应的右入射端口，经前透镜汇聚的散射光束传输进入前入射端口，经左透镜汇聚的散射光束传输进入左入射端口，经右透镜汇聚的散射光束传输进入右入射端口，所述光纤耦合器能够将前入射端口、左入射端口、右入射端口接受的光信号耦合并传输给光信号处理单元。
优选的，所述入射光束未被散射而直接穿出流通池的光束形成出射光束，所述液体颗粒检测装置还包括设置在液体流通单元和前透镜之间的光阑，所述光阑能够阻挡出射光束进入前透镜。
具体的，所述光信号处理单元包括依次连接的的光电探测器和光电检测电路，所述光电探测器与光纤耦合器连接，所述光电探测器能够将光前耦合器输入的光信号转换为电信号并传输给光电检测电路，所述光电检测电路能够将光电探测器输入的电信号放大并处理获得流经所述通道的液体中的颗粒的数量和大小的数据。
本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
采用在流通池的前部和左右侧部设置透镜能够会聚经流通池流通的液体中的颗粒物散射的多个方向的散射光并通过光纤耦合器耦合后送给光信号处理单元，弥补了现有检测设备仅能单向检测散射光信号的缺陷，检测获得的光信号强度增强，便于光信号处理单元的处理，能够识别检测较小颗粒物，增强了液体颗粒检测装置的检测灵敏度，颗粒物数量的检测精度得到大幅的提高。
附图说明
图1为本发明一种液体颗粒检测装置的结构示意图；
图2为液体颗粒检测装置中的液体流通单元的俯视图；
图3为液体颗粒检测装置中的液体流通单元的主视图；
其中：1、半导体激光器；2、准直透镜；3、第一会聚透镜；4、流通池；5、前透镜；6、左透镜；7、右透镜；8、光纤耦合器；9、前平凸透镜；10、左平凸透镜；11、右平凸透镜；12、光电探测器；13、光电检测电路；14、光阑；41、通道；81、前入射端口；82、左入射端口；83、右入射端口；101、入射光束；102、散射光束；103、出射光束。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明所述的一种液体颗粒检测装置，包括光源单元、液体流通单元、散射光光信号收集单元、光信号处理单元和光阑14。
所述液体流通单元包括流通池4、前平凸透镜9、左平凸透镜10和右平凸透镜11。所述流通池4由石英玻璃、蓝宝石和红宝石中的一种材料制成。所述流通池4呈长方体型，流通池4的边长尺寸在10mm-20mm。所述前平凸透镜9贴合设置在流通池4的前侧面，所述左平凸透镜10贴合设置在流通池4的左侧面，所述右平凸透镜11贴合设置在流通池4的右侧面。前平凸透镜9、左平凸透镜10和右平凸透镜11均通过胶粘合剂固定在流通池4上。所述流通池4上开设有供液体流通的通道41。本实施例中，所述通道41为流通池4从上往下开设的通孔。所述通孔自流通池4的上部的中心处垂直往下开设并贯穿流通池的上下表面。在实际使用中，所述通孔可以为圆孔或矩形孔。若为圆孔，孔径在Φ0.5mm-φ1mm范围内。若为矩形孔，孔的边长在0.5mm-1mm范围内。
所述光源单元能够形成入射光束101。具体的，所述光源单元包括能够产生激光光束的半导体激光器1、准直透镜2和第一会聚透镜3。所述准直透镜2和第一会聚透镜3沿半导体激光器1出射的激光光束的传播方向依次设置。所述准直透镜2的光轴和第一会聚透镜3的光轴均与激光光束的的光轴重合。所述激光光束经准直透镜2准直再经第一会聚透镜3会聚后形成入射光束101射出。
所述流通池4设置在入射光束101的传播路径上，所述入射光束101能够穿过流通池4继续传播。所述入射光束101射入流通池4内照射在通道41处并能够经所述通道41内的液体中的颗粒散射形成散射光束102穿出流通池4继续传播。本实施例中，前平凸透镜9、左平凸透镜10和右平凸透镜11的安装设置能够有效提高对散射光102的聚合。
所述散射光光信号收集单元包括分别设置在流通池4前部的前透镜5、流通池4左侧的左透镜6和流通池4右侧的右透镜7以及光纤耦合器8。所述光纤耦合器8与光信号处理单元相连。所述前透镜5、左透镜6和右透镜7均为会聚透镜，所述前透镜5的光轴和前平凸透镜9的光轴重合，所述左透镜6的光轴和左平凸透镜10的光轴重合，所述右透镜7的光轴和右平凸透镜11的光轴重合。当然，前透镜5、左透镜6和右透镜7还可以是由多个透镜组成的透镜组。
所述光阑14设置在液体流通单元和前透镜5之间。所述光纤耦合器8具有与前透镜5对应的前入射端口81、与左透镜6对应的左入射端口82和与右透镜7对应的右入射端口83。所述前透镜5、左透镜6、右透镜7能够分别汇聚自流通池4前部、左侧和右侧穿出的散射光并传输给光纤耦合器8。经前透镜5汇聚的散射光束102传输进入前入射端口81，经左透镜6汇聚的散射光束102传输进入左入射端口82，经右透镜7汇聚的散射光束102传输进入右入射端口83，所述光纤耦合器8能够将前入射端口81、左入射端口82、右入射端口83接受的光信号耦合并传输给光信号处理单元。所述入射光束101未被散射而直接穿出流通池4的光束形成出射光束103，所述光阑14能够阻挡出射光束103进入前透镜5。这样，能够排除未被散射的光信号的干扰。
所述光信号处理单元包括依次连接的的光电探测器12和光电检测电路13，所述光电探测器12与光纤耦合器8连接，所述光电探测器12能够将光前耦合器34输入的光信号转换为电信号并传输给光电检测电路13，所述光电检测电路13能够将光电探测器12输入的电信号放大并处理获得流经所述通道41的液体中的颗粒的数量和大小的数据。
本发明所述的液体颗粒检测装置在进行液体中的颗粒数量检测时，将待测液体经流通池4上的通孔流动经过。打开半导体激光器1，形成入射光束101。经过准直透镜2和第一会聚透镜3之后，在流通池4的通道41的中心位置汇聚为一个平行的光束。细光斑和通道41相交，形成检测区域，当待测液体中的微小颗粒经过检测区域的时候，微小颗粒被入射光束101照射，产生光散射效应形成散射光束102，散射光束102被前平凸透镜9、左平凸透镜10、右平凸透镜11汇聚之后，形成三个方向的散射光信号。而入射光束101未被颗粒物散射而直接穿出的出射光束103继续向前传播，被光阑14阻挡，不能到达前透镜5的表面。
自流通池4前部射出的散射光束102经过前透镜5汇聚到光纤耦合器8的前入射端口81。自流通池4左右侧部射出的散射光束102经过左透镜6和右透镜7分别汇聚到光纤耦合器8的左入射端口82、右入射端口83。
光信号经过光纤耦合器8耦合传输到光电探测器12的表面，光电检测电路13对光电探测器12输出的信号进行放大和处理，获得待测液体中的颗粒数量、大小等数据。
可见，本发明所述的液体颗粒检测装置能够获取多个方向的散射光信号，增加了散射光信号的接受范围，使得液体颗粒检测装置能够检测粒径较小的颗粒物，提高了检测颗粒物的灵敏度。同时还强化了光信号的强度，使光信号处理能力得到提高。颗粒物的检测精度也获得提高。
如上所述，我们完全按照本发明的宗旨进行了说明，但本发明并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施。
Claims (10)
1.一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述液体颗粒检测装置包括光源单元、液体流通单元、散射光光信号收集单元和光信号处理单元，所述液体流通单元包括流通池（4），所述流通池（4）上开设有供液体流通的通道（41），所述光源单元能够形成入射光束（101），所述流通池（4）设置在入射光束（101）的传播路径上，所述入射光束（101）能够穿过流通池（4）继续传播，所述散射光光信号收集单元包括分别设置在流通池（4）前部的前透镜（5）、流通池（4）左侧的左透镜（6）、流通池（4）右侧的右透镜（7）以及光纤耦合器（8），所述光纤耦合器（8）与光信号处理单元相连，所述入射光束（101）射入流通池（4）内照射在通道（41）处并能够经所述通道（41）内的液体中的颗粒散射形成散射光束（102）穿出流通池（4）继续传播，所述前透镜（5）、左透镜（6）、右透镜（7）能够分别汇聚自流通池（4）前部、左侧和右侧穿出的散射光并传输给光纤耦合器（8），所述光纤耦合器（8）将光信号传输给光信号处理单元，所述光信号处理单元能够将光信号处理后获得流经所述通道（41）的液体中的颗粒数量和大小的数据。
2.根据权利要求1所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述光源单元包括能够产生激光光束的半导体激光器（1）、准直透镜（2）和第一会聚透镜（3），所述准直透镜（2）和第一会聚透镜（3）沿半导体激光器（1）出射的激光光束的传播方向依次设置。
3.根据权利要求2所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述准直透镜（2）的光轴和第一会聚透镜（3）的光轴均与激光光束的的光轴重合。
4.根据权利要求1所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述流通池（4）呈长方体型，所述通道（41）为流通池（4）从上往下开设的通孔。
5.根据权利要求4所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述液体流通单元还包括前平凸透镜（9）、左平凸透镜（10）和右平凸透镜（11），所述前平凸透镜（9）贴合设置在流通池（4）的前侧面，所述左平凸透镜（10）贴合设置在流通池（4）的左侧面，所述右平凸透镜（11）贴合设置在流通池（4）的右侧面。
6.根据权利要求4所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述通孔自流通池（4）的上部的中心处垂直往下开设并贯穿流通池的上下表面，所述通孔为圆孔或矩形孔。
7.根据权利要求1所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述前透镜（5）、左透镜（6）和右透镜（7）均为会聚透镜，所述前透镜（5）的光轴和前平凸透镜（9）的光轴重合，所述左透镜（6）的光轴和左平凸透镜（10）的光轴重合，所述右透镜（7）的光轴和右平凸透镜（11）的光轴重合。
8.根据权利要求1所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述光纤耦合器（8）具有与前透镜（5）对应的前入射端口（81）、与左透镜（6）对应的左入射端口（82）和与右透镜（7）对应的右入射端口（83），经前透镜（5）汇聚的散射光束（102）传输进入前入射端口（81），经左透镜（6）汇聚的散射光束（102）传输进入左入射端口（82），经右透镜（7）汇聚的散射光束（102）传输进入右入射端口（83），所述光纤耦合器（8）能够将前入射端口（81）、左入射端口（82）、右入射端口（83）接受的光信号耦合并传输给光信号处理单元。
9.根据权利要求1所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述入射光束（101）未被散射而直接穿出流通池（4）的光束形成出射光束（103），所述液体颗粒检测装置还包括设置在液体流通单元和前透镜（5）之间的光阑（14），所述光阑（14）能够阻挡出射光束（103）进入前透镜（5）。
10.根据权利要求1所述的一种液体颗粒检测装置，其特征在于：所述光信号处理单元包括依次连接的的光电探测器（12）和光电检测电路（13），所述光电探测器（12）与光纤耦合器（8）连接，所述光电探测器（12）能够将光前耦合器（34）输入的光信号转换为电信号并传输给光电检测电路（13），所述光电检测电路（13）能够将光电探测器（12）输入的电信号放大并处理获得流经所述通道（41）的液体中的颗粒的数量和大小的数据。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |