CN201749077U - 大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，包括光源系统、散射光收集系统、气路系统以及光电转换系统，光源系统包括激光管、多个光敏感区以及消光陷阱，散射光收集系统包括反射镜、设置在反射镜像点上的视均光栏，气路系统包括在各光敏感区两侧对称设置的分进气嘴与分出气嘴、与各分进气嘴相连通连接的总进气嘴、与各出气嘴相连通连接的总出气嘴。由于气路系统采用多气路组合，这样，总采样量由一个采样气嘴分流到多个采样气嘴，从而分个采样气嘴直径可缩小，有利于气流全部通过相应的光敏感区，其应用在尘埃粒子计数器上，有效地提高了计数器的监测精度和灵敏度，具有较大的推广应用价值。

Description

大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器

技术领域

本实用新型涉及一种光学传感器，尤其涉及用于测量空气中尘埃粒子大小和质量浓度的尘埃粒子计数器上用到的光学传感器。

背景技术

激光尘埃粒子计数器用于计算洁净环境中单位体积空气内的尘埃粒子大小及数目。其中，光学传感器是其核心部件，所谓的光学传感器，其是以尘埃粒子在光束中能够产生光散射为原理而进行的开发设计，主要包括用于产生光束的光源系统、散射光收集系统、光电转换系统以及气路系统。工作时，气路系统将被测空气吸入光源系统中的光敏感区，其中的尘埃粒子在光束的照明下产生与粒子尺寸成一定比例的散射光信号，散射光信号被散射光收集系统接收后经光电转换系统转换成电信号进行计算处理，从而由后续系统计算出粒子尺寸和空气中尘埃粒子的质量浓度。现有技术中的光学传感器，其气路系统主要包括一进气嘴和一出气嘴，故该种光学传感器为单采样口传感器，该种采集方式对于大流量采样来说会造成传感器负压过高，采集的气体流量不易保证，而且要保证采样气体流量必须增大进气嘴直径，气流过分扩散，造成气流不能全部经过光束，从而造成漏计数，以影响到仪器检测精度。

我们知道，尘埃粒子计数器已越来越多地应用到现代高科技产品的生产过程中，其监测精度的高低对保证产品的质量起着至关重要的作用。尤其是在新药研究及高要求药品生产环境检测中，50L/min/100L/min激光尘埃粒子计数器是必不可少的检测仪器。美国FDA及欧盟标准对此都提出了明确要求。传统型计数器的光学传感器已达不到其要求，本申请正是基于上述背景下而进行的开发设计。

实用新型内容

本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种多气路采集、灵敏度较高的光学传感器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，包括光源系统、散射光收集系统、气路系统以及光电转换系统，所述的光源系统包括激光管、沿激光管发出的激光束前进方向间隔设置的多个光敏感区以及位于最后一个光敏感区末端的消光陷阱，所述的散射光收集系统包括与光敏感区数目相同且对应的光敏感区中心位于其一物点上的反射镜、设置在所述反射镜另一像点上的视均光栏，所述的气路系统包括在各光敏感区两侧对称设置的分进气嘴与分出气嘴、与所述的各分进气嘴相连通连接的总进气嘴、与所述的各出气嘴相连通连接的总出气嘴。

在根据上述技术方案所进一步优化的实施方式中，所述的光敏感区为2～6个，所述的分进气嘴与分出气嘴的数目与光敏感区的数目分别相同。

所述的光源系统还包括设置在相邻两光敏感区之间的消光光栏。

所述的反射镜为椭球反射镜或球面反射镜中的一种。

所述的各分进气嘴的内径小于总进气嘴的直径；所述的各分出气嘴的内径小于总出气嘴的直径。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型光学传感器的气路系统采用多气路组合，同时，光敏感区的数量与气路数相同，这样，总采样量由一个采样气嘴分流到多个采样气嘴，从而分个采样气嘴直径可缩小，有利于气流全部通过相应的光敏感区，其应用在尘埃粒子计数器上，有效地提高了计数器的监测精度和灵敏度，具有较大的推广应用价值。

附图说明

附图1为本实用新型光学传感器整体立体结构示意图；

附图2为附图1所示的光学传感器下半部分立体结构示意图；

附图3为附图1中光学传感器一侧视图；

附图4为附图3中A-A方向剖视图；

附图5为附图3中B-B方向剖视图；

其中：1、壳体；

11、激光管；12、光敏感区；13、消光陷阱；14、消光光栏；

21、反射镜；22、视均光栏；

31、分进气嘴；32、分出气嘴；33、总进气嘴；34、总出气嘴；

具体实施方式

下面结合附图、举例详细说明本实用新型所优选实施的具体内容：

图1所示的为本实施例光学传感器的外观结构，其主要为一长方体形壳体1，在图示方向的壳体1右侧凸设一激光管11，在壳体1的左侧凸设有一总出气嘴34和消光陷阱13，在壳体1的前侧凸设一总进气嘴33。壳体1由铝材质制成，为了加强消光效果，壳体1可制成发黑件。

图2至图5示出了壳体1内部结构，其主要包括光源系统、散射光收集系统、光电转换系统以及气路系统，下面将分别对各个系统组成进行说明：

其中，光源系统包括激光管11、沿激光管11输出光束方向间隔设置的三个光敏感区12以及位于最后一个光敏感区12末端的消光陷阱13，同时，在相邻两光敏感区12之间还连接有滤除杂光的消光光栏14。对于激光光源，可采用为DVD机而设计的激光，这种激光的波长通常为630-680nm。若待检测的尘埃粒子较小，如粒径为0.1微米，则可采用半导体泵浦高功率激光器作为光源，可对激光管实行恒功率控制。

所述的散射光收集系统包括垂直地设置在相应光敏感区12上方的反射镜21，如图4所示，所述的反射镜21具有一个物点一个像点，其中，光敏感区12的中心位于反射镜21的物点上，在反射镜21的像点上设置有使得光敏感区12内尘埃粒子发出的散射光通过的视均光栏22。所述的反射镜可采用椭球反射镜或球面反射镜，对于椭球反射镜，物点和像点分别对应其两个焦点，光敏区12及视均光栏22分别位于两焦点上。

所述的光电转换系统主要由设置在视均光栏22上的光电转换器(图中未显示)以及与光电转换器相电连接的信号处理电路组成，光电转换器将尘埃粒子散射光转换为电信号后输出给信号处理电路，在本实施例中，光电转换器可采用光电二极管或光电倍增管。

气路系统由总进气嘴33、与总进气嘴33相连通连接的分进气嘴31、总出气嘴34以及与总出气嘴34相连通连接的分出气嘴32组成，本实施例中，分进气嘴31与分出气嘴32分别为三个，且在每个光敏感区12两侧对称地设置一分进气嘴31和一分出气嘴32，同时，每一对分进气嘴31、分出气嘴32的轴心线与对应的光敏感区12的中心在一条直线上。

由于将进气路和出气路分为多路，因此，每个分进气嘴31和分出气嘴32的内径可设置较小，本实施例中，分进气嘴31和分出气嘴32的内径可在Φ1～Φ3mm内设置，当然，分进气嘴31和分出气嘴32也不限于用圆形嘴，其也可以采用矩形嘴，矩形嘴的横截面面积为0.5mm*2mm～1mm*10mm。

上述对本实施例光学传感器各组成部分进行了说明，下面将对整个光学传感器的工作过程进行说明：

当需要对空气中尘埃粒子大小及浓度进行检测时，首先激光管11接收激光源发出的平行光束，经准直后，激光光束进入光敏感区12，光敏感区12内原有的尘埃粒子，进入消光陷阱13被吸收掉；然后，通过总进气嘴33将待测尘埃粒子气体输入，由于设置三个分进气嘴31，尘埃粒子分流到各分进气嘴31内，从而进入相应的光敏感区12内，当激光光束与尘埃粒子分别经过对应反射镜21的物点时，在激光光束的照射下，将产生与粒子尺寸成比例的散射光信号，该散射光信号在反射镜21的像点会聚，经光电二极管或Φ光电倍增管转换成电信号，再经信号处理电路处理得到各区域采集到的尘埃颗粒的大小及数量，然后累加即可得到总尘埃颗粒的大小和数量。经散射后的尘埃粒子，进入相应的分出气嘴32，最后汇总到总出气嘴34后被抽出。

本实施例光学传感器采用多气路采集系统，有利于气流全部通过光敏感区，从而可有效地提高计数器的检测精度，适用于大流量尘埃粒子检测的场合。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，如气路数不限于三个，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，包括光源系统、散射光收集系统、气路系统以及光电转换系统，其特征在于：所述的光源系统包括激光管(11)、沿激光管(11)发出的激光束前进方向间隔设置的多个光敏感区(12)以及位于最后一个光敏感区(12)末端的消光陷阱(13)，所述的散射光收集系统包括与光敏感区(12)数目相同且对应的光敏感区(12)中心位于其物点上的反射镜(21)、设置在所述反射镜(21)像点上的视均光栏(22)，所述的气路系统包括在各光敏感区(12)两侧对称设置的分进气嘴(31)与分出气嘴(32)、与所述的各分进气嘴(31)相连通连接的总进气嘴(33)、与所述的各出气嘴(32)相连通连接的总出气嘴(34)。

2.根据权利要求1所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的光敏感区(12)为2～6个，所述的分进气嘴(31)与分出气嘴(32)的数目与光敏感区(12)的数目分别相同。

3.根据权利要求1或2所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的光源系统还包括设置在相邻两光敏感区(12)之间的消光光栏(14)。

4.根据权利要求1所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的反射镜(21)为椭球反射镜或球面反射镜中的一种。

5.根据权利要求1所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的各分进气嘴(31)的内径小于总进气嘴(33)的直径；所述的各分出气嘴(32)的内径小于总出气嘴(34)的直径。

6.根据权利要求5所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的各进气嘴(31)及各分出气嘴(32)的内径为Φ1mm～Φ3mm。

7.根据权利要求1所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的光电转换系统包括设置在各视均光栏(22)上的光电转换器、与各光电转换器相电连接的信号处理电路。

8.根据权利要求7所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的光电转换器为光电二极管或光电倍增管。

9.根据权利要求1所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的光源系统、散射光收集系统、气路系统以及光电转换系统封装在黑色金属壳体(1)内。

10.根据权利要求9所述的大流量激光尘埃粒子计数器的光学传感器，其特征在于：所述的金属壳体(1)材质为铝制品。

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