CN201034910Y - 大气微粒测量装置 - Google Patents
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Abstract
大气微粒测量装置，包括激光器、准直器、分光棱镜、反射镜、CCD图像传感器和计算机，激光器发出的激光经准直器扩束准直后由第一分光棱镜分为物光和参考光，物光经物光反射镜反射，透过微粒测试场，再经第二分光棱镜投射到CCD图像传感器的记录表面，参考光依次经参考光反射镜和第二分光棱镜反射后也投射到CCD图像传感器的记录表面，CCD图像传感器将物光和参考光在其表面产生的干涉图样数据传送给计算机。本实用新型克服了目前应用较为广泛的光散射法测量装置结构较为复杂，且仅能测试大气微粒的粒径分布及数量的缺陷，提出一种结构简单的大气微粒测量装置，能更为全面地分析测量大气微粒的粒径大小、数量、浓度及分布。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种测量大气微粒的测量装置。
背景技术：
目前大气微粒测量，根据待测微粒粒径的大小，需采用静态或动态光散射法，测量装置结构复杂，同一测量装置在应用上有很大的局限性，测量中散射立体角的选择对测量精度的影响也使得光散射法在测量中存在不确定因素，并且光散射法仅能测量大气微粒的粒径分布及数量。
发明内容：
本实用新型的目的就是克服目前应用较为广泛的光散射法测量装置结构较为复杂，且仅能测试大气微粒粒径分布及数量的缺陷，提出一种结构简单的大气微粒测量装置，能更全面地分析测量大气微粒的粒径大小、数量、浓度及分布。
为实现上述目的，本实用新型大气微粒测量装置，包括激光器、准直器、分光棱镜、反射镜、CCD图像传感器和计算机，激光器发出的激光经准直器扩束准直后由第一分光棱镜分为物光和参考光，物光经物光反射镜反射，透过微粒测试场，再经第二分光棱镜投射到CCD图像传感器的记录表面，参考光依次经参考光反射镜和第二分光棱镜反射后也投射到CCD图像传感器的记录表面，CCD图像传感器将物光和参考光在其表面产生的干涉图样数据传送给计算机。
上述分别投射到CCD图像传感器记录表面的参考光和物光，它们之间的夹角θ满足下列公式：
θ＜λ/(2ΔX)
其中：θ的单位为弧度，
λ为激光器发出的激光波长，
ΔX为CCD图像传感器的横向像素大小。
作为本实用新型的改进，上述参考光的光路中设有滤波片，该滤波片优选设置在第一分光棱镜和参考光反射镜之间的参考光光路中，以便调整参考光的强度，最终调整CCD图像传感器记录表面产生的干涉条纹图对比度。
本实用新型采用数字全息再现技术，通过CCD图像传感器将记录的微粒测试场全息干涉图以离散像素的形式存储在计算机中，再以数字的方法再现出微粒测试场的复振幅分布，从而对微粒测试场中的微粒进行分析测量。本实用新型利用CCD图像传感器做为记录介质，随着高分辨率CCD图像传感器的发展，本实用新型的测量精度也相应提高，测量分辨率仅由CCD图像传感器的分辨率决定，也即可测量微粒的最小尺寸仅与CCD图像传感器的分辨率有关，而计算机中的再现算法与测量微粒的大小无关，所以，本实用新型可应用于不同尺寸微粒的测量，结构简单，操作方便。本实用新型采用数字全息再现技术，可再现出微粒测试场任意截面的微粒分布状态，结合层析法可比较全面地分析测量出微粒的粒径大小、数量、浓度及分布，克服了目前应用较为广泛的光散射法仅能测量大气微粒粒径分布及数量的缺陷。
附图说明：
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
具体实施方式：
以下结合附图详述本实用新型实施例的结构细节：
如图1所示，本实用新型实施例，包括半导体激光器Laser、准直器Colimator、第一分光棱镜B1、第二分光棱镜B2、物光反射镜M1、参考光反射镜M2、CCD图像传感器和PC计算机，半导体激光器Laser的功率为30mW，波长λ＝670nm，记录用CCD图像传感器为未装镜头富士S3单反数码照相机的CCD图像传感器芯片，其分辨率4256×2848，像素大小5.4μm×5.4μm，即横向像素大小ΔX＝纵向像素大小ΔY＝5.4μm。微粒测试场Target中心面距离CCD图像传感器记录面的距离d＝188.5mm，微粒测试场Target通光方向空间厚度h为7mm，空间尺寸长×宽×厚大小为40mm×60mm×7mm。
半导体激光器Laser发出的激光经准直器Colimator扩束准直后由第一分光棱镜B1分为物光O和参考光R，物光O经物光反射镜M1反射，透过微粒测试场Target，再经第二分光棱镜B2投射到CCD图像传感器的记录表面，参考光R穿过滤波片FILTER，依次经参考光反射镜M2和第二分光棱镜B2反射后，以相对物光O夹角为0.2度也投射到CCD图像传感器的记录表面，物光O和参考光R在CCD图像传感器表面产生干涉，由CCD图像传感器记录干涉图样，并将采样数据传送给PC计算机进行实时处理，再现出微粒测试场Target的图像，进而对微粒测试场Target中的微粒进行测量分析。通过在参考光R的光路中加入不同滤波密度的滤波片FILTER，可方便地改变CCD图像传感器记录干涉图样的对比度。
以下是以稀释后的39μm标准粒子溶液模拟大气微粒测试场Target，将它做为记录目标物体而进行测量的实验，实验再现出39μm标准粒子测试场的11个测试截面，并测量出每个截面上的微粒数量和分布状态。
PC计算机通过二维快速傅立叶变换算法数字再现后，能够得到39μm标准粒子测试场的粒子图像，PC计算机根据轮廓灰阶阈值范围[0，40]及面积阈值范围[5，40]能够检测拟合出粒子轮廓封闭曲线，并准确判读再现出39μm标准粒子测试场中检测到的聚焦标准粒子的数量。
表1列出以再现距离d＝188.5mm为中心面，间隔为0.7mm，连续再现出39μm标准粒子测试场前后11个不同截面，以曲线轮廓灰阶阈值范围[0，40]和面积阈值范围[5，40]准确测得不同再现距离d截面上的聚焦粒子数。
表1：
| d(mm) | 185 | 185.7 | 186.4 | 187.1 | 187.8 | 188.5 | 189.2 | 189.9 | 190.6 | 191.3 | 192 |
| 聚集微粒数 | 43 | 51 | 62 | 60 | 58 | 50 | 47 | 50 | 40 | 31 | 19 |
本实用新型的记录光路采用了马赫-译德Mach-Zender干涉法，CCD图像传感器作为记录介质，以数字的形式将微粒测试场的离轴菲涅耳数字全息图记录在计算机中，计算机利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分数字再现出微粒测试场的复振幅分布，数字再现过程中采用了二维快速傅立叶变换算法进行再现运算，再现图像分析测量过程中，采用了beetle算法和形态因子分析算法，结合轮廓、面积阈值范围大小及封闭曲线内部最小聚焦灰阶大小的选取，实现对再现图像面上微粒的准确测量。结合层析法可对微粒测试场中任意截面上的微粒粒径大小、数量，浓度及分布进行分析测量。
Claims (3)
1.大气微粒测量装置，其特征在于：包括激光器、准直器、分光棱镜、反射镜、CCD图像传感器和计算机，激光器发出的激光经准直器扩束准直后由第一分光棱镜分为物光和参考光，物光经物光反射镜反射，透过微粒测试场，再经第二分光棱镜投射到CCD图像传感器的记录表面，参考光依次经参考光反射镜和第二分光棱镜反射后也投射到CCD图像传感器的记录表面，CCD图像传感器将物光和参考光在其表面产生的干涉图样数据传送给计算机，所述分别投射到CCD图像传感器记录表面的参考光和物光，它们之间的夹角θ满足下列公式：
θ＜λ/(2ΔX)
其中：θ的单位为弧度，
λ为激光器发出的激光波长，
ΔX为CCD图像传感器的横向像素大小。
2.根据权利要求1所述的大气微粒测量装置，其特征在于：所述参考光的光路中设有滤波片。
3.根据权利要求2所述的大气微粒测量装置，其特征在于：所述滤波片设置在第一分光棱镜和参考光反射镜之间的参考光光路中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2007200513506U CN201034910Y (zh) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | 大气微粒测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2007200513506U CN201034910Y (zh) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | 大气微粒测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201034910Y true CN201034910Y (zh) | 2008-03-12 |
Family
ID=39195800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNU2007200513506U Expired - Lifetime CN201034910Y (zh) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | 大气微粒测量装置 |
Country Status (1)
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2007
- 2007-05-11 CN CNU2007200513506U patent/CN201034910Y/zh not_active Expired - Lifetime
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