CN113533144B - 一种激光粒径分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境空气颗粒物监测技术领域,具体公开了一种激光粒径分析装置,其包括:激光器、测量池、第一吸收孔件、第二吸收孔件、透镜和探测器;所述激光主光束射在烟尘颗粒上产生散射并形成向周围发射的散射光,部分散射光和激光主光束依序通过第一吸收孔件、中心孔和第二吸收孔件后被所述第一吸收孔件和第二吸收孔件吸收,一定角度内的圆锥角内的所有散射光被所述透镜吸收后汇聚至所述探测器内,所述探测器对所述散射光进行检测。本发明透镜接收烟尘颗粒某角度的所有散射光并汇聚至探测器,解决了在有限的镜片尺寸上接受小角度的散射光,减小非烟尘散射光对探测器的影响,实现了超高的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及环境空气颗粒物监测技术领域,尤其涉及一种激光粒径分析装置。
背景技术
光散射法烟尘仪原理是利用激光光束照射到含尘气流上,使光束产生散射光,粉尘浓度越高,产生的散射光强度越大,由此测出粉尘浓度。烟尘对光的散射如图1所示,沿光束传播方向的夹角越小,散射光越强。
现有烟尘仪一般分为前向散射式和后向散射式,前向散射式是指接收的散射光角度与激光束方向在0°-90°之间,后向散射式是指接收的散射光角度与激光束方向在90°-180°之间。一般来说,前向散射的灵敏度大于后向散射。烟尘仪设计的接收散射光角度越小,灵敏度越容易做大。
图2为现有烟尘仪的技术原理示意图,图示为固定角度激光前散射原理,激光束30射入烟道,激光束30与烟气中的颗粒物产生散射且形成散射光40,散射光40的强弱和散射截面成正比,当颗粒物浓度升高时,颗粒物的散射光截面增大,散射光增强,通过散射光的强弱进一步测量出颗粒物的浓度。散射光经透镜20后进入探测器10内,探测器10对散射光40进行检测。
现有的激光烟尘仪,激光发射角度为固定角,各家烟尘仪接收的散射光角度不一样,角度越小,灵敏度越大。
目前烟尘仪接收器相对激光源都是偏心放置,原因是目前烟尘仪体积都较大,在这样的体积下如果不偏心放置就需要将接收透镜做很大,在实际加工和成本上非常不合适。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现接收烟尘颗粒某角度的所有散射光且灵敏度高的激光粒径分析装置。
为实现上述目的,一种激光粒径分析装置,其包括:激光器,发射直线状的激光主光束;测量池,位于激光光束的路径上,其内进入烟尘颗粒;第一吸收孔件;第二吸收孔件;透镜,位于所述第一吸收孔件和第二吸收孔件之间;所述透镜设有中心孔,所述中心孔的中心线与所述激光主光束的延伸方向重叠;探测器;其中,所述激光器、测量池、第一吸收孔件、所述透镜、第二吸收孔件和探测器依序设置;第一吸收孔件的内壁在所述激光主光束的延伸方向上呈内径逐渐增大的阶梯状;所述第二吸收孔件为锥形孔件,其锥尖朝所述探测器设置;所述激光主光束射在烟尘颗粒上产生散射并形成向周围发射的散射光,部分散射光和激光主光束依序通过第一吸收孔件、中心孔和第二吸收孔件后被所述第一吸收孔件和第二吸收孔件吸收,一定角度内的圆锥角内的所有散射光被所述透镜吸收后汇聚至所述探测器内,所述探测器对所述散射光进行检测。
优选地,激光粒径分析装置还包括固定在所述第二吸收孔件内的消光螺钉,所述消光螺钉一端固定在所述第二吸收孔件的锥尖端,所述消光螺钉另一端设有位于所述第二吸收孔件内且朝向所述第一吸收孔件设置的斜面。
优选地,所述第一吸收孔件至少包括相互连接的第一孔件和第二孔件,所述第一孔件靠近所述测量池设置,所述第二孔件靠近所述探测器)设置,所述第一孔件的内径小于所述第二孔件的内径,所述第一孔件的长度小于所述第二孔件的长度。
优选地,所述第一吸收孔件包括依序连接的第一孔件、第二孔件和第三孔件,所述第一孔件靠近所述测量池设置,所述第三孔件靠近探测器设置,所述第一孔件的内径、第二孔件的内径和第三孔件的内径依序增大,所述第一孔件的长度、第二孔件的长度和第三孔件的长度依序增大。
优选地,所述第一吸收孔件靠近所述第二吸收孔件的端设有第一螺纹,所述第二吸收孔件靠近所述第一吸收孔件的端也设有第二螺纹;还包括连接在所述第一螺纹和第二螺纹上的连接件,所述透镜套在所述连接件外。
优选地,激光粒径分析装置还包括固定所述透镜的透镜固定座。
优选地,激光粒径分析装置还包括安装所述激光器的第一激光器安装座、与所述第一激光器安装座连接的第一连接筒、第二连接筒以及位于所述第一连接筒和第二连接筒之间的第一光阑。
优选地,激光粒径分析装置还包括固定所述第一吸收孔件的第三连接筒以及固定所述第二吸收孔件的第四连接筒,所述第二连接筒、测量池、第三连接筒、透镜固定座和第四连接筒依序连接。
优选地,激光粒径分析装置还包括控制板和控制板盖板,所述控制板设置在所述第三连接筒的一侧,所述控制板盖板对所述控制板进行盖合。
本发明的激光粒径分析装置,通过透镜设置中心孔,中心孔的中心线与激光主光束延伸方向重叠,激光主光束射在烟尘颗粒上产生散射向周围发射的散射光,透镜接收烟尘颗粒某角度的所有散射光并汇聚至探测器,解决了在有限的镜片尺寸上接受小角度的散射光,并且部分散射光和激光主光束在圆锥状的第二吸收孔件被吸收,吸光效果好,减小非烟尘散射光对探测器的影响,实现了超高的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有烟尘对光的散射的角度分布型的示意图。
图2为现有烟尘仪的技术原理示意图。
图3是本发明的实施激光粒径分析装置的剖视图。
图4是本发明的实施激光粒径分析装置的立体分解图。
图5是本发明的实施激光粒径分析装置的部分组合示意图。
图6是本发明的实施激光粒径分析装置的部分剖视图。
图7是本发明的实施激光粒径分析装置的透镜单独示意图。
图8是本发明的实施激光粒径分析装置的消光螺钉单独示意图。
图9是本发明的实施激光粒径分析装置的透镜安装座单独示意图。
图10是本发明的实施激光粒径分析装置的透射式原理进行粒径分析的原理图。
1-激光器、2-第一激光器安装座、3-第一连接筒、4-第一光阑、5-第二连接筒、6-测量池、7-第二光阑、8-前盖板、9-后盖板、10-第三连接筒、11-控制板、12-控制板盖板、13-第一吸收孔件、14-透镜、15-透镜安装座、16-第二吸收孔件、17-第四连接筒、18-探测器、19-探测器盖板、31-连接件、32-消光螺钉。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至所示图10,本发明提供了一种激光粒径分析装置,包括用于发出直线状的激光主光束101的激光器1、位于激光光束的路径上且进入烟尘颗粒102的测量池6、第一吸收孔件13、第二吸收孔件16、固定在第二吸收孔件16内的消光螺钉32、接收散射光103且位于第一吸收孔件13和第二吸收孔件16之间的透镜14以及探测器18,其中激光器1、测量池6、第一吸收孔件13、透镜14、第二吸收孔件16和探测器18依序设置。
第一吸收孔件13的内壁在激光主光束101的延伸方向上呈内径逐渐增大的阶梯状;第二吸收孔件16为锥形孔件,其锥尖朝探测器18设置;如图5所示,透镜14设有中心孔141,中心孔141的中心线与激光主光束101延伸方向重叠。
如图6所示,消光螺钉32一端固定在第二吸收孔件16的锥尖端,消光螺钉32另一端设有位于所述第二吸收孔件16内且朝向所述第一吸收孔13设置的斜面321,斜面321延伸至第一吸收孔件13和第二吸收孔件16之间。
斜面321的角度为30°以内,这样可以形成大面积的斜面321,有利于激光束的传输。
激光器1发出的激光主光束101沿直线传播,激光主光束101照射在烟尘颗粒102上产生散射并形成向周围发射的散射光103,部分散射光103和激光主光束101依序通过第一吸收孔件13、中心孔141和第二吸收孔件16后被第一吸收孔件13和第二吸收孔件16吸收,一定角度α内的圆锥角内的所有散射光被透镜14吸收后汇聚至探测器18内,探测器18对散射光进行检测,达到对烟尘颗粒102检测的目的。
在本实施例中,α为14°-17°,也就是说透镜14吸收圆锥角度为14-17°内的360°的散射光103,相同的烟尘颗粒102的浓度下,前向散射的散射角越小,产生的散射光强度越大,也就是把强度最大的散射光吸收了;本发明接收角度小,灵敏度高。
部分散射光103和激光主光束101在第一吸收孔件13、中心孔141和第二吸收孔件16内传播时,部分散射光103传输至消光螺钉32的斜面321上时,部分散射光103和激光主光束101被斜面321发射至第一吸收孔件13的内壁上,再由第一吸收孔件13的内壁弹回斜面321上,经过斜面321和第一吸收件13的内壁之间来回多次反射达到消掉部分散射光103和激光主光束101的目的。
探测器18设置在第一吸收孔件13和第二吸收孔件16之后,散射光102通过透镜14汇聚至探测器18上,吸光效果好,能很好地减小非烟尘散射光对探测器18的影响。
本发明中,第一吸收孔件13、透镜14、第二吸收孔件16和消光螺钉32组成烟尘仪,烟尘仪专门接收散射光,散射光接收的越多,灵敏度就越高。激光主光束吸收越好,激光主光束的散射光对测量的影响就越小,烟尘仪的抗干扰性就越强。
如图4所示,a区域的激光主光束吸收越多越好,以避免激光主光束和部分散射光进入探测器18;b区域和c区域是透镜14所对应的区域,散射光103在b区域和c区域被透镜14吸收。
部分散射光103和激光主光束101穿过透镜14的中心孔141且被吸收。
所述激光粒径分析装置还包括安装激光器1的第一激光器安装座2、与第一激光器安装座2连接的第一连接筒3、第二连接筒5、位于第一连接筒3和第二连接筒5之间的第一光阑4、固定在测量池6内的第二光阑7、固定第一吸收孔件13的第三连接筒10、固定透镜14且与第三连接筒10连接的透镜安装座15、固定第二吸收孔件16的第四连接筒17、连接第一吸收孔件13和第二吸收孔件16的连接件31以及固定探测器18外侧的探测器盖板19。其中测量池6固定在第二连接筒5和第三连接筒10之间。
测量池6设有相对设置的进气口61和出气口62,烟尘颗粒102通过进气口61进入测量池6内并通过出气口62离开测量池6。
其中第一激光器安装座2、第一连接筒3、第一光阑4、第二连接筒5、测量池6、第三连接筒10、透镜安装座15、第四连接筒17、探测器18和探测器盖板19依次连接。
激光粒径分析装置还包括前盖板8、后盖板9、控制板11和控制板盖板12,其中前盖板8安置于测量池6的一侧,后盖板9安置于所述测量池6的另一侧,且后盖板9与前盖板8相对设置;控制板11设置在第三连接筒10的一侧,控制板盖板12对所述控制板11进行盖合。
在本实施方式中,透镜14为凸透镜,透镜14能够接收14°至17°之间的圆锥角上的所有散射光。
其中第一吸收孔件13至少包括相互连接的第一孔件和第二孔件,第一孔件靠近测量池6设置,第二孔件靠近探测器18设置,第一孔件的内径小于第二孔件的内径,第一孔件的长度小于第二孔件的长度,实际上第一吸收孔件13为圆柱形孔件,使得第一吸收孔件13内壁呈台阶式,这样使得激光主光束101在第一吸收孔件13传输时逐渐被吸收;第二吸收孔件16为锥形体,其靠近探测器18设置为锥尖。本实施方案的特点是所述激光器1的激光主光束101依序通过第一吸收孔件13、透镜14的中心孔141和第二吸收孔件16并被第二吸收孔件16。
在本实施例中,如图3所示,第一吸收孔件13包括依序连接的第一孔件131、第二孔件132和第三孔件133,第一孔件131靠近测量池6设置,第三孔件133靠近探测器18设置,第一孔件131的内径、第二孔件132的内径和第三孔件133的内径依序增大,第一孔件131的长度、第二孔件132的长度和第三孔件133的长度也依序增大。
如图2所示,第一吸收孔件13靠近第二吸收孔件16的端设有第一螺纹131,第二吸收孔件16靠近第一吸收孔件13的端也设有第二螺纹161,连接件31连接在第一螺纹131和第二螺纹162上,实现第一吸收孔件13和第二吸收孔件16的固定连接,透镜14套在连接件31外。
在本实施中,如图7所示,连接件31和透镜安装座15一体成型。
在其他实施例中,连接件31和透镜安装座15也可以分开成型,连接件31连接第一吸收孔件13和第二吸收孔件16之后,固定在透镜安装座15内的透镜14套在连接件31上。
本发明第一吸收孔件13的内壁呈内径逐渐增大的阶梯状,第二吸收孔件16呈锥形状,使得形成一个焦距小孔径大的凸透镜形成一个有限远的成像系统,成像系统的尺寸小。
综上所述,本发明的设计特点是将透镜的中心孔141的中心线与激光主光束101的延伸方向重叠设置,以实现接收烟尘颗粒散射角度为14°-17°的圆锥角内的所有散射光。
本发明具有中心孔的凸透镜作为接收散射光的光学元件。在凸透镜基础上,做到接收烟尘颗粒的散射光角度为前向散射14°-17°,且部分散射光和激光主光束在圆锥状的第二吸收件孔内被接收。相同的烟尘颗粒浓度下,前向散射的散射角越小,产生的散射光强度越大。现有烟尘仪技术多为后向散射,散射角度超过90°,前向散射的所接收的散射角也普遍超过30°。与同类产品相比,本发明接收角度小,灵敏度高。
本发明第一吸收孔件和第二吸收孔件之间为透镜的中心孔,探测器在第一吸收孔件和第二吸收孔件之后,一定角度的散射光通过透镜后汇聚至探测器上,吸光效果好,能很好地减小非烟尘散射光对探测器的影响。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本发明权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种激光粒径分析装置,其特征在于,其包括:
激光器(1),发射直线状的激光主光束(101);
测量池(6),位于激光光束的路径上,其内进入烟尘颗粒(102);
第一吸收孔件(13);
第二吸收孔件(16);
透镜(14),位于所述第一吸收孔件(13)和第二吸收孔件(16)之间;所述透镜(14)设有中心孔(141),所述中心孔(141)的中心线与所述激光主光束(101)的延伸方向重叠;
探测器(18);其中,所述激光器(1)、测量池(6)、第一吸收孔件(13)、所述透镜(14)、第二吸收孔件(16)和探测器(18)依序设置;第一吸收孔件(13)的内壁在所述激光主光束(101)的延伸方向上呈内径逐渐增大的阶梯状;所述第二吸收孔件(16)为锥形孔件,其锥尖朝所述探测器(18)设置;所述激光主光束射在烟尘颗粒(102)上产生散射并形成向周围发射的散射光,部分散射光(103)和激光主光束(101)依序通过第一吸收孔件(13)、中心孔(141)和第二吸收孔件(16)后被所述第一吸收孔件(13)和第二吸收孔件(16)吸收,一定角度内的圆锥角内的所有散射光被所述透镜(14)吸收后汇聚至所述探测器(18)内,所述探测器(18)对所述散射光进行检测。
2.如权利要求1所述的激光粒径分析装置,其特征在于,激光粒径分析装置还包括固定在所述第二吸收孔件(16)内的消光螺钉(32),所述消光螺钉(32)一端固定在所述第二吸收孔件(16)的锥尖端,所述消光螺钉(32)另一端设有位于所述吸收孔件(16)内且朝向所述第一吸收孔件(13)设置的斜面(321)。
3.如权利要求2所述的激光粒径分析装置,其特征在于,所述第一吸收孔件(13)至少包括相互连接的第一孔件和第二孔件,所述第一孔件靠近所述测量池(6)设置,所述第二孔件靠近所述探测器(18)设置,所述第一孔件的内径小于所述第二孔件的内径,所述第一孔件的长度小于所述第二孔件的长度。
4.如权利要求3所述的激光粒径分析装置,其特征在于,所述第一吸收孔件(13)包括依序连接的第一孔件(131)、第二孔件(132)和第三孔件(133),所述第一孔件靠近所述测量池(6)设置,所述第三孔件(133)靠近探测器18设置,所述第一孔件(131)的内径、第二孔件(132)的内径和第三孔件的内径依序增大,所述第一孔件(131)的长度、第二孔件(132)的长度和第三孔件的长度依序增大。
5.如权利要求4所述的激光粒径分析装置,其特征在于,所述第一吸收孔件(13)靠近所述第二吸收孔件(16)的端设有第一螺纹,所述第二吸收孔件(16)靠近所述第一吸收孔件(13)的端也设有第二螺纹;还包括连接在所述第一螺纹和第二螺纹上的连接件(31),所述透镜(14)套在所述连接件(31)外。
6.如权利要求1所述的激光粒径分析装置,其特征在于,激光粒径分析装置还包括固定所述透镜(14)的透镜固定座(15)。
7.如权利要求6所述的激光粒径分析装置,其特征在于,激光粒径分析装置还包括安装所述激光器(1)的第一激光器安装座(2)、与所述第一激光器安装座(2)连接的第一连接筒(3)、第二连接筒(5)以及位于所述第一连接筒(3)和第二连接筒(5)之间的第一光阑(4)。
8.如权利要求7所述的激光粒径分析装置,其特征在于,激光粒径分析装置还包括固定所述第一吸收孔件(13)的第三连接筒(10)以及固定所述第二吸收孔件(16)的第四连接筒(17),所述第二连接筒(5)、测量池(6)、第三连接筒(10)、透镜固定座(15)和第四连接筒(17)依序连接。
9.如权利要求8所述的激光粒径分析装置,其特征在于,激光粒径分析装置还包括控制板(11)和控制板盖板(12),所述控制板(11)设置在所述第三连接筒(10)的一侧,所述控制板盖板(12)对所述控制板(11)进行盖合。
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