CN113552049A - 一种粒子计数器的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种粒子计数器的工作方法,包括:对光学模组进行标定,使光学模组输出的光的平均光强保持一致;对光电接收模组进行标定,使光电接收模组的前置放大电路的输出电压保持一致;对电路系统进行标定,通过电位计对不同粒径尺寸的粒子的门槛电压进行调节,使得在同一流量的情况下,粒子计数器的粒子计数值与标准粒子计数器的计数值保持一致;还包括,在完成上述任一步骤后,在粒子计数器的测量腔中通入待检测的粒子气流,通过比较所述待检测的粒子气流中粒子的输出电压分辨出每种尺寸粒径的粒子数。通过对粒子计数器的光学模组、光电接收模组以及电路系统的标定,提高粒子计数器的计数准确度和精度;且通过电位计调节,操作简便。

Description

一种粒子计数器的工作方法
技术领域
本发明属于粒子计数器的技术领域,尤其涉及一种粒子计数器的工作方法。
背景技术
尘埃粒子计数器,是一种用来测量空气中微粒的数量及大小的仪器,从而为空气洁净度的评定提供依据,常见的尘埃粒子计数器是光散射式的。
目前,尘埃粒子计数器广泛应用于医药、电子、精密机械、彩管制造、微生物等行业中,实现对各种洁净等级的工作台、净化室、净化车间的净化效果、洁净级别进行监控,从而降低生产、实验过程中受到颗粒物污染的问题。
粒子计数器的基本原理是,光学传感器的探测激光经尘埃粒子散射后被光敏元件接收并产生脉冲信号,该脉冲信号被输出并放大,然后进行数字信号处理,通过与标准粒子信号进行比较,将对比结果用不同的参数表示出来。空气中的微粒在光的照射下会发生散射,这种现象较光散射,光散射和微粒大小、光波波长、微粒折射率及微粒对光的吸收特性等因素有关。但是,就散射光强度和微粒大小而言,有一个基本规律,就是微粒散射光的强度随微粒的表面积增加而增大。这样,只要测定散射光的强度就可推知微粒的大小。实际上,每个粒子产生的散射光强度很弱,是一个很小的光脉冲,需要通过光电转换器的放大作用,把光脉冲转化为信号幅度较大的电脉冲,然后再经过电路系统的进一步放大和甄别,从而完成对大量电脉冲的计数工作。此时,电脉冲数量对应于微粒的个数,电脉冲的幅度对应于微粒的大小,这就是光散射式粒子计数器的基本原理。
现有的粒子计数器产品计数的粒径识别精度和数量的准确度还不能完全满足应用要求,其中一个重要的原因就在于粒子计数器在投入使用之前没有被标定或者标定效果没有达到预期。
因此,如何提高粒子计数器的计数准确度和精度,是本行业亟需解决的一个重要问题。
发明内容
本发明提供一种粒子计数器的工作方法,可提高粒子计数器粒子分类计数的准确度和精度。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或其他目的,本发明一实施例所提供的粒子计数器包括依次设置的光学模组、测量腔、光电接收模组以及电路系统。粒子计数器的工作方法包括以下步骤:对光学模组进行标定,使光学模组输出的光的平均光强保持一致;对光电接收模组进行标定,使光电接收模组的前置放大电路的输出电压保持一致;对电路系统进行标定,包括通过电位计对不同粒径尺寸的粒子的门槛电压进行调节,使得在同一流量的情况下,粒子计数器的粒子计数值与标准粒子计数器的计数值保持一致;还包括,在完成上述任一步骤后,在粒子计数器的测量腔中通入待检测的粒子气流,通过比较所述待检测的粒子气流中粒子的输出电压分辨出每种尺寸粒径的粒子数。该技术方案的有益效果在于,通过对粒子计数器的光学模组、光电接收模组以及电路系统的标定,保证粒子计数器出厂设置的一致性,从而提高了粒子计数器的计数准确度和精度;且通过电位计调节,操作简便。
所述粒子计数器的粒子计数值与标准粒子计数器的计数值保持一致为两个粒子计数值的偏差在±20%之间。该技术方案的有益效果在于,通过将偏差设置在20%之间,在保证粒子计数器的计数准确度达到要求的基础上,保证了调节操作的时间效率。
所述光学模组包括电源、激光器和光路整形单元,所述电源对所述激光器供电,激光器发出的激光经光路整形单元整形后产生光能量分布均匀的平顶光输出。
所述对光学模组进行标定,包括:将所述平顶光投射至激光光斑采集器上,判断光斑的每个点的光强偏差是否在±10%以内,剔除光强偏差超过10%所对应的粒子计数器;对光强偏差不超过10%的粒子计数器,在所述平顶光工作区域的起点或/和终点进行光斑切割,得到一定面积的光斑,接入光功率计,通过光斑的总功率与光斑面积的比值得到平均光强,调整电源使得光斑的平均光强保持一致。该技术方案的有益效果在于,通过对光学模组的标定,能够提供一致性好、光场分布均匀的高质量光源,提高粒子计数器的计数准确度和精度。
优选的,所述光斑的平均光强与标准光强的偏差控制在10%以内。
所述光电接收模组包括电连接的光电二极管和前置放大电路、以及电位计;所述对光电接收模组进行标定包括:采用外部均匀激光光源工装,使得光照完全覆盖照射所述光电二极管;测量前置放大电路的输出电压,并通过电位计调节所述前置放大电路的输出电压与标准电压保持一致。该技术方案的有益效果在于,通过对光电接收模组的标定,进一步提高粒子计数器的准确度,且通过电位计调节,操作方便。
所述粒子的粒径尺寸范围在0.2μm~10μm之间。
与现有技术相比,本发明的有益效果:通过对粒子计数器的光学模组、光电接收模组以及电路系统的标定,保证粒子计数器出厂设置的一致性,从而提高了粒子计数器的计数准确度和精度;且通过电位计调节,操作简便。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举优选实施例,并配合附图,作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例一的粒子计数器的结构框架示意图。
图2为本发明实施例一的光学模组标定方法的示意图。
图3为本发明实施例一的光电接收模组标定方法的示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效,在以下配合参考图式的一优选实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语,例如:上、下、左、右、前或后等,仅是参考附加图式的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
对于本发明可能涉及的一些名词或原理,进行示例性而非限定的说明如下:
米氏散射(Mie scattering),是一种光学现象,属于散射的一种情况。当粒子的大小接近于或者大于入射光线的波长λ的时候,大部分的入射光线会沿着前进的方向进行散射,这种现象被称为米氏散射。
粒径(particle size):空气中某种散射粒子的直径,是与散射光的强度相对应的粒子的直径,单位μm。
请参见图1,本发明实施例一提供一种粒子计数器。本实施例的粒子计数器包括依次设置的光学模组、测量腔、光电接收模组以及电路系统。
具体地,光学模组包括电源、激光器和光路整形单元,电源给激光器供电,激光器发出激光经光路整形单元整形后产生光能量分布均匀的平顶光,并输出照射到测量腔中。在本实施例中,选用激光器作为光源,能探测到0.2μm~10μm之间的微粒,当然,在其他实施例中,出于成本及测量精度的考虑,还可以选用普通光源作为光源,例如碘钨灯,本发明对此不作具体限定。此外,本实施例中的光学模组优选的包括了光路整形单元,光路整形的目的在于将呈高斯能量分布的激光整形呈能量分布均匀的平顶光,并减少杂散广的干扰,保证光学模组输出的光的光学质量和高稳定性。
为提高粒子计数器的计数准确度和精度,本实施例中对光学模组进行标定,使光学模组输出的光的平均光强保持一致。具体的,请参见图2,包括:将所述平顶光投射至激光光斑采集器例如CCD相机上,判断光斑的每个点的光强是否偏差在±10%以内,剔除光强偏差超过10%所对应的粒子计数器;对光强偏差不超过10%的粒子计数器,在所述平顶光工作区域的起点和终点进行光斑切割,得到一定面积的光斑,接入光功率计,通过光斑的总功率与光斑面积的比值得到平均光强,调整电源使得光斑的平均光强保持一致,该保持一致的要求是将光斑的平均光强与标准光强的偏差控制在10%以内,即表明光学模组输出的光斑符合要求,标定完成。通过对光学模组的标定,使得粒子计数器的光源能够输出高质量的光,提高粒子计数器的计数准确度和精度;此外,本实施例中通过两步,第一步剔除明显光强分布不符合要求的不良品,为后续第二部步工作节约了时间,提高了标定效率。
本实施例中通过两个光斑切割夹具在光工作区域的起点和终点进行切割,能够更好地对光斑进行标定校准,提高光斑的质量,当然,在其他实施例中,也可以仅在起点或终点进行切割,本发明不以本实施例为限定。此外,本实施例在同时考虑光学要求和成本的基础上,设定光斑的平均光强与标准光强的偏差控制在10%以内即达到要求,在其他实施例中,还可以根据实际情况设定其他要求,本发明对此不做具体限定。
本实施例的测量腔包括光敏工作区和光学收集系统例如米氏散射收集器。光学模组输出的平顶光进入测量腔后,形成一个体积约几个立方毫米的光敏工作区,被采集的空气从测量腔内穿过,当空气中的尘埃通过光敏工作区时,会散射出一部分光能量,然后被米氏散射收集器收集,再投射至光电接收模组。
光电接收模组包括电连接的光电二极管和前置放大电路、以及电位计,投射至光电接收模组的光经光电二极管转换为电信号,并经前置放大电路放大后输出电压。为进一步提高粒子计数器的准确度和精度,本实施例中对光电接收模组进行进一步标定,请参考图3,具体包括:采用外部均匀激光光源工装,使得光照完全覆盖照射所述光电二极管;采用例如万用表来测量前置放大电路的输出电压,并通过电位计调节所述前置放大电路的输出电压与标准电压保持一致。
本实施例的电路系统包括比较器电路和处理器,对电路系统进行标定包括通过电位计对比较器电路中的不同粒径尺寸的粒子的门槛电压进行调节,使得在同一流量的情况下,粒子计数器的粒子计数值与标准粒子计数器的计数值保持一致,例如使得粒子计数器的粒子计数值与标准粒子计数器的计数值偏差在±20%之间。举例而言,例如0.3μm的通道,采用粒子发生器发出一定浓度的0.3μm的粒子,分别通过标准粒子计数器和需要标定的粒子计数器,然后通过电位计调整需要标定的粒子计数器0.3μm对应通道的门槛电压,使得需要标定的粒子计数器与标准粒子计数器的计数值偏差在±20%之间,即完成对0.3μm粒径粒子门槛电压的标定,同理对其他粒径进行标定。
在完成对光学模组、光电接收模组以及电路系统的标定后,在粒子计数器的测量腔中通入待检测的粒子气流,通过比较待检测的粒子气流中粒子的输出电压分辨出每种尺寸粒径的粒子数。
本实施例中对光学模组、光电接收模组以及电路系统均进行了标定,在实际使用中,可以依实际要求,对其中任意一个或多个模组或系统进行标定,本发明对此不作具体限定。
以上所述,仅为本发明的优选实施例而已,当不能以此限定本发明实施的范围,即所有依本发明权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修改,皆仍属于本发明专利涵盖的范围内。另外,本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外,摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用,并非用来限制本发明的权利范围。此外,本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件的名称或区别不同实施例或范围,而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (7)

1.一种粒子计数器的工作方法,所述粒子计数器包括依次设置的光学模组、测量腔、光电接收模组以及电路系统,其特征在于,包括以下步骤:
对光学模组进行标定,使光学模组输出的光的平均光强保持一致;
对光电接收模组进行标定,使光电接收模组的前置放大电路的输出电压保持一致;
对电路系统进行标定,包括通过电位计对不同粒径尺寸的粒子的门槛电压进行调节,使得在同一流量的情况下,粒子计数器的粒子计数值与标准粒子计数器的计数值保持一致;
还包括,在完成上述任一步骤后,在粒子计数器的测量腔中通入待检测的粒子气流,通过比较所述待检测的粒子气流中粒子的输出电压分辨出每种尺寸粒径的粒子数。
2.根据权利要求1所述的粒子计数器的工作方法,其特征在于,所述粒子计数器的粒子计数值与标准粒子计数器的计数值保持一致为两个粒子计数值的偏差在±20%之间。
3.根据权利要求1所述的粒子计数器的工作方法,其特征在于,所述光学模组包括电源、激光器和光路整形单元,所述电源对所述激光器供电,激光器发出的激光经光路整形单元整形后产生光能量分布均匀的平顶光输出。
4.根据权利要求3所述的粒子计数器的工作方法,其特征在于,所述对光学模组进行标定,包括:将所述平顶光投射至激光光斑采集器上,判断光斑的每个点的光强的偏差是否在±10%以内,剔除光强偏差超过10%所对应的粒子计数器;
对光强偏差不超过10%的粒子计数器,在所述平顶光工作区域的起点或/和终点进行光斑切割,得到一定面积的光斑,接入光功率计,通过光斑的总功率与光斑面积的比值得到平均光强,调整电源使得光斑的平均光强保持一致。
5.根据权利要求4所述的粒子计数器的工作方法,其特征在于,所述光斑的平均光强与标准光强的偏差控制在10%以内。
6.根据权利要求1所述的粒子计数器的工作方法,其特征在于,所述光电接收模组包括电连接的光电二极管和前置放大电路、以及电位计;所述对光电接收模组进行标定包括:采用外部均匀激光光源工装,使得光照完全覆盖照射所述光电二极管;测量前置放大电路的输出电压,并通过电位计调节所述前置放大电路的输出电压与标准电压保持一致。
7.根据权利要求1至6任一项所述的粒子计数器的工作方法,其特征在于,所述粒子的粒径尺寸范围在0.2μm~10μm之间。
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