CN109596488A - 一种新型的激光pm2.5粉尘传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其包括传感器本体以及设有聚光组件的检测系统，所述聚光组件设有椭球面，所述椭球面具有第一焦点以及第二焦点，所述激光二极管的发光点与第一焦点重合，所述光电二极管接收端的中心位于第二焦点的正前方，根据椭球面具有的光学特性，在检测过程中，上述激光二极管发射出来的检测激光均是从第一焦点射向聚光组件的椭球面上，并在椭球面的反射作用下均射向第二焦点，并且椭球面具有的光学特性不会随着温度的变化而发生变化，所以，本发明检测系统形成的焦点不会因为工作环境温度的变化而发生偏移，从而提高了检测系统对待检测气体的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及空气质量检测的技术领域，特别是涉及一种新型的激光PM2.5粉尘传感器。
背景技术
PM2.5粉尘只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5颗粒粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。为了监测空气环境的质量，通常采用具有激光PM2.5粉尘传感器的检测装置，对空气进行检测。
目前，激光PM2.5粉尘传感器主要通过激光系统中的圆形透镜折射聚焦，并根据激光从折射到聚焦过程中的变化来分析检测PM2.5颗粒的浓度，而检测装置的使用环境比较复杂，通常涉及高温或者低温环境，在不同的温度环境中，圆形透镜的折射率会随温度的变化而变化，使得光学系统的焦点发生偏移，从而影响检测精度。
有鉴于此，本发明人针对上述激光PM2.5粉尘传感器结构设计上未臻完善所导致的诸多缺失及不便，而深入构思，且积极研究改良试做而开发设计出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，使得激光PM2.5粉尘传感器的聚焦点在工作温度变化范围内不发生偏移，从而提高检测精度。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其包括传感器本体以及检测系统，所述检测系统设置在传感器本体的内部，所述传感器本体内设有供待检测气体通过的气流通道，所述检测系统包括激光二极管、聚光组件以及光电二极管，所述激光二极管与聚光组件相互配合并装设在气流通道的一侧，与之相配合的，所述光电二极管装设在气流通道内，并且位于激光二极管产生的检测激光的一侧，所述聚光组件设有椭球面，所述椭球面具有第一焦点以及第二焦点，所述激光二极管的发光点与第一焦点重合，所述光电二极管接收端的中心位于第二焦点的正前方。
所述聚光组件为一透光镜，所述透光镜的折射率大于空气的折射率并且设有第一球面以及第二球面，所述第一球面设置在靠近激光二极管的一端，所述第二球面设置在靠近光电二极管的一端，所述椭球面设置在第一球面与第二球面之间，所述第一球面的第一球心点与第一焦点重合，所述第二球面的第二球心点与第二焦点重合，并且，所述激光二极管发射出来检测激光射向椭球面的入射角不小于空气的折射率与聚光组件的折射率的比值的反正弦值。
所述聚光组件为一反光镜，所述反光镜设有与椭球面重合的反光面以及安装面，所述安装面与气流通道的内壁固定连接，所述反光面朝向激光二极管设置。
所述检测系统还包括吸光组件，所述吸光组件固定在传感器本体上，并且激光二极管产生的检测激光穿过气流通道后照射在吸光组件上。
采用上述方案后，本发明的聚光组件通过设有椭球面，所述椭球面具有第一焦点以及第二焦点，所述激光二极管的发光点与第一焦点重合，所述光电二极管接收端的中心位于第二焦点的正前方，根据椭球面具有的光学特性，在检测过程中，上述激光二极管发射出来的检测激光均是从第一焦点射向聚光组件的椭球面上，并在椭球面的反射作用下均射向第二焦点，并且椭球面具有的光学特性不会随着温度的变化而发生变化，所以，本发明检测系统形成的焦点不会因为工作环境温度的变化而发生偏移，从而提高了检测系统对待检测气体的检测精度。
附图说明
图1为本发明第一实施例的结构示意图；
图2为本发明第一实施例的结构分解图；
图3为本发明第一实施例中聚光组件的结构示意图；
图4为本发明第一实施例的工作原理图；
图5为本发明第二实施例的结构示意图；
图6为本发明第二实施例的结构分解图；
图7为本发明第二实施例中椭球面反射镜的结构示意图；
图8为本发明第二实施例的工作原理图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图1至图4所示，为本发明一种新型的激光PM2.5粉尘传感器的第一实施例，其包括传感器本体1以及检测系统2，检测系统2设置在传感器本体1的内部，传感器本体1内设有供待检测气体通过的气流通道11，使用时，开启激光PM2.5粉尘传感器，待检测气体能够被吸入到传感器本体1的内部，并在气流通道11内平顺流动，之后，开启检测系统2，检测系统2能够对气流通道11内的待检测气体进行PM2.5颗粒浓度的分析检测。
上述检测系统2包括激光二极管21、聚光组件22、光电二极管23以及吸光组件24，激光二极管21与聚光组件22相互配合并装设在气流通道11的一侧，与之相配合的，光电二极管23装设在气流通道11内，并且位于激光二极管21产生的检测激光的一侧，吸光组件24固定在传感器本体1上，并且激光二极管21产生的检测激光穿过气流通道11后照射在吸光组件24上。
在检测过程中，传感器内部的激光二极管21能够产生检测激光，检测激光均由同一发光点发出并射向聚光组件22，并在进入和离开聚光组件22时产生折射现象，检测激光离开聚光组件22后穿过待检测气体，并在穿过气流通道11后照射在吸光组件24上，同时，因为聚光组件22的折射作用，检测激光能够在气流通道11内形成一焦点，该焦点位于光电二极管23接收端中心的正前方，光电二极管23能够接收来自焦点处的检测激光的光信号信息，并将接收的光信号转化成电信号，同时完成待检测气体的检测工作。另外，经过焦点处的检测激光会继续朝着吸光组件24的方向照射，最终照射在吸光组件24上并被吸光组件24吸收，避免了经过焦点后的检测激光照射在传感器本体1的内壁上并在气流通道11内产生散射现象，散射的检测激光被光电二极管23误接收，从而影响检测系统2对待检测气体的检测值。
在使用过程中发现，上述激光PM2.5粉尘传感器的工作环境的温度值通常为-40℃至85℃，并且现有激光PM2.5粉尘传感器中的透光组件通常为圆形透镜，温度的变化会对检测系统2中的圆形透镜造成影响，当温度升高时，圆形透镜的折射率减小，焦点会向远离圆形透镜的方向移动，反之，当温度降低时，圆形透镜的折射率增大，焦点会向靠近圆形透镜的方向移动，同时，焦点的移动距离与工作环境的温度值呈函数关系，因为焦点的位置发生偏移，焦点前后偏移后会离开光电二极管23中心的正前方，使得光能量最大的点发生偏移，则对于同样大小的颗粒散射的光，在光电二级管接收后产生的信号会不同，测试结果会有误差，使得光电二极管23无法准确的接收来自焦点处的检测激光的光信号信息，从而影响检测系统2对待检测气体的检测值，只有焦点位置、亮度保持不变，相同颗粒产生的散射光在光电二极管23产生的信号才会稳定，才能保持高精度。
为了解决上述问题，上述聚光组件22设有椭球面221，椭球面221具有第一焦点2211以及第二焦点2212，上述激光二极管21的发光点与第一焦点2211重合，上述光电二极管23接收端的中心位于第二焦点2212的正前方。根据椭球面221具有的光学特性，在检测过程中，上述激光二极管21发射出来的检测激光均是从第一焦点2211射向聚光组件22的椭球面221上，并在椭球面221的反射作用下均射向第二焦点2212，并且椭球面221具有的光学特性不会随着温度的变化而发生变化，所以，本发明检测系统2形成的焦点不会因为工作环境温度的变化而发生偏移，从而提高了检测系统2对待检测气体的检测精度。
进一步的，上述聚光组件22为一透光镜22a，透光镜22a的折射率大于空气的折射率并且设有第一球面22a1以及第二球面22a2，第一球面22a1设置在靠近激光二极管21的一端，第二球面22a2设置在靠近光电二极管23的一端，椭球面221设置在第一球面22a1与第二球面22a2之间，第一球面22a1的第一球心点与第一焦点2211重合，第二球面22a2的第二球心点与第二焦点2212重合，并且，激光二极管21发射出来检测激光射向椭球面221的入射角不小于空气的折射率与聚光组件22的折射率的比值的反正弦值。
在检测过程中，上述激光二极管21发射出来的检测激光均是从第一球面22a1的第一球心点射向第一球面22a1，所以，检测激光能够垂直通过第一球面22a1，并且，在通过第一球面22a1时不产生折射或者反射现象，之后，检测激光进入到聚光组件22内并射向椭球面221，此时，检测激光射向椭球面221的入射角不小于空气的折射率与聚光组件22的折射率的比值的反正弦值，因为聚光组件22的折射率大于空气的折射率，所以，检测激光在椭球面221上产生全反射现象，不产生折射现象，之后，根据椭球面221的光学性质，因为检测激光是从椭球面221的第一焦点2211发射出来，并且照射在椭球面221上，所以，在椭球面221上产生全反射的检测激光会射向椭球面221的第二焦点2212，并且，在射向第二焦点2212的过程中会穿过第二球面22a2，因为，第二球面22a2的第二球心点与椭球面221的第二焦点2212重合，所以，检测激光能够垂直通过第二球面22a2，并且，在通过第二球面22a2时不产生折射或者反射现象，最终，所有激光二极管21发射出来的检测激光会在第二焦点2212处形成一焦点，通过上述结构设置，使得激光二极管21发射出来的检测激光在检测过程中不产生折射现象，所以，本发明检测系统2形成的焦点不会因为工作环境温度的变化而发生偏移，从而提高了检测系统2对待检测气体的检测精度。
如图5至图8所示，为本发明的第二实施例，第二实施例与第一实施例的不同之处仅在于聚光组件22的结构设计不同，在本实施例中，上述聚光组件22为一反光镜22b，反光镜22b设有与椭球面221重合的反光面22b1以及安装面22b2，安装面22b2与气流通道11的内壁固定连接，反光面22b1朝向激光二极管21设置。
在检测过程中，上述激光二极管21发射出来的检测激光均是从反光镜22b中椭球面221的第一焦点2211射向反光面22b1，照射在反光面22b1的检测激光只能够产生反射现象，并且，根据椭球面221的光学性质，因为检测激光是从反光镜22b中椭球面221的第一焦点2211发射出来的，并且照射在发光面上，所以，在反光面22b1上产生反射的检测激光会射向反光镜22b中椭球面221的第二焦点2212，最终，所有激光二极管21发射出来的检测激光会在第二焦点2212处形成一焦点，通过上述结构设置，使得激光二极管21发射出来的检测激光在检测过程中不产生折射现象，所以，本发明检测系统2形成的焦点不会因为工作环境温度的变化而发生偏移，从而提高了检测系统2对待检测气体的检测精度。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (6)
1.一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其包括传感器本体以及检测系统，所述检测系统设置在传感器本体的内部，所述传感器本体内设有供待检测气体通过的气流通道，所述检测系统包括激光二极管、聚光组件以及光电二极管，所述激光二极管与聚光组件相互配合并装设在气流通道的一侧，与之相配合的，所述光电二极管装设在气流通道内，并且位于激光二极管产生的检测激光的一侧，其特征在于：所述聚光组件设有椭球面，所述椭球面具有第一焦点以及第二焦点，所述激光二极管的发光点与第一焦点重合，所述光电二极管接收端的中心位于第二焦点的正前方。
2.如权利要求1所述的一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述聚光组件为一透光镜，所述透光镜的折射率大于空气的折射率并且设有第一球面以及第二球面，所述第一球面设置在靠近激光二极管的一端，所述第二球面设置在靠近光电二极管的一端，所述椭球面设置在第一球面与第二球面之间。
3.如权利要求2所述的一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述第一球面的第一球心点与第一焦点重合，所述第二球面的第二球心点与第二焦点重合。
4.如权利要求2所述的一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述激光二极管发射出来检测激光射向椭球面的入射角不小于空气的折射率与聚光组件的折射率的比值的反正弦值。
5.如权利要求1所述的一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述聚光组件为一反光镜，所述反光镜设有与椭球面重合的反光面以及安装面，所述安装面与气流通道的内壁固定连接，所述反光面朝向激光二极管设置。
6.如权利要求1所述的一种新型的激光PM2.5粉尘传感器，其特征在于：所述检测系统还包括吸光组件，所述吸光组件固定在传感器本体上，并且激光二极管产生的检测激光穿过气流通道后照射在吸光组件上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190409 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |