CN217212126U - 一种颗粒物检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种颗粒物检测装置，包括外壳，还包括设置在所述外壳内的：平行光光源，用于发出平行光；第一光学组件，设置在平行光光源之后，用于将平行光光源出射的平行光光束聚焦在光平面中以提供光面；气流通道，设置在所述第一光学组件之后，用于使携带颗粒物的气流穿过所述光面；椭球面反射镜，设置在所述气流通道与所述光面交汇的正下方，用于将部分散射光反射至光敏元件；光敏元件，设置在气流的光散射区域内，用于采集颗粒物的光散射信号并转换成电信号；信号处理电路，与所述光敏元件电连接，用于将电信号处理为颗粒物浓度信号。

Description

一种颗粒物检测装置

技术领域

本实用新型属于空气质量检测技术领域，具体的说，涉及了一种颗粒物检测装置。

背景技术

近年来，可吸入颗粒物PM10、PM2.5对人体健康的影响越来越受到人们的重视，所以对颗粒物的检测技术也不断的推陈出新。对空气中颗粒物的检测方法主要有β射线法、振荡天平法、光散射法。其中，光散射法是一种成本低、响应快的测量方法，现有技术也多采用激光散射法进行颗粒物浓度检测，光散射法也适合在成本要求较高的领域推广普及。

文献CN108885162A，提供两个光学部件(非球面透镜、柱面透镜)，形成一种光强分布均匀的片形激光束，可实现多种颗粒物质量浓度测量(实现0.3至10微米范围内的颗粒物质量浓度测量)。文献CN109406356A，提供一个光学部件(一面为非球面透镜、另一面为柱面透镜)，形成一种光强分布均匀的片形激光束，从而实现多种颗粒物质量浓度测量。

然而，不管是文献CN108885162A还是文献CN109406356A，片形激光束都是由柱面透镜产生，而柱面透镜的聚焦是能把平行光由宽到窄逐渐汇聚，在实际聚焦点的位置最薄，然后又会逐渐变宽。所说的“光片”只是在柱面透镜实际聚焦点的位置前后几毫米的范围内产生，超出此范围“光片”的厚度将会明显变厚而达不到检测要求。在实际应用中，这两种透镜的制造都会存在一定的误差，导致其焦距存在偏差，两种偏差累加在一起，最终会造成光片不能落在光敏元件的正前方。文献CN109406356A中虽然采用的是一个混合透镜（一面是非球面，另一面是柱面），但同样无法避免透镜的两种曲面在制造时存在偏差的问题，所以该文献中设计了一些可活动连接的安装件及定位件，以便于进行调节。而这些可活动连接的安装件及定位件不仅是在产品设计时增加了设计复杂性，而且在产品制造过程中更是增加了生产工艺的复杂性。

另外，文献CN206479434U中所述球面反射镜为凹面镜，凹面镜的中心正对住光电探测器。此技术能有效的将颗粒物的一部分散射光反射给光电探测器，使光电探测器能检测到更多的颗粒信号，提高了检测的准确性。但是，文献CN206479434U中所述球面反射镜为凹面镜，凹面镜的中心正对住光电探测器。由凹球面反射的特性可知，球心发出的光经球面反射后还会汇聚到球心，颗粒物散射的光是来自光面，光面的位置并不在球心，由不在球心的位置发出的光经凹球面反射后也不会经过球心。如图1所示，光面上颗粒物的散射光方向向下与垂直方向夹角的角度较小时（如图示A号光线），经球面反射还能照射到光敏接收管上。如果角度偏大（如图示B号光线），经球面反射后将不能照射到光敏接收管上，从而影响光电探测器的探测效果，进而影响检测的准确性。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种颗粒物检测装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种颗粒物检测装置，包括外壳，还包括设置在所述外壳内的：

平行光光源，用于发出平行光；

第一光学组件，设置在平行光光源之后，用于将平行光光源出射的平行光光束聚焦在光平面中以提供光面；

气流通道，设置在所述第一光学组件之后，用于使携带颗粒物的气流穿过所述光面；

椭球面反射镜，设置在所述气流通道与所述光面交汇的正下方，用于将部分散射光反射至光敏元件；

光敏元件，设置在气流的光散射区域内，用于采集颗粒物的光散射信号并转换成电信号；

信号处理电路，与所述光敏元件电连接，用于将电信号处理为颗粒物浓度信号。

基于上述，所述第一光学组件采用柱面透镜。

基于上述，所述椭球面反射镜为凹面镜，椭球面反射镜的两个焦点中的第一焦点位于所述光敏元件接收区域的中心，第二焦点位于所述气流通道的中轴线与所述光面交汇处。

基于上述，所述平行光光源包括基板、LED和透镜；所述基板的一面引出引脚，所述LED通过环氧树脂封装在所述基板的另一面并与所述引脚电连接；所述透镜设置在所述LED上部，并使所述透镜的焦点位于所述LED发光区域的中心。

基于上述，所述LED为激光LED。

基于上述，所述透镜采用球面透镜或非球面透镜，所述透镜的曲率半径在1mm至15mm范围之间。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：

（1）本实用新型的颗粒物检测装置采用了平行光光源，该光源出射光基本近似为片状光束，再通过柱面透镜汇聚，在检测区形成光面。相对于现有技术，只需一个简单的柱面透镜即可，简化了复杂的设计和复杂的制造工艺，同时还省去了复杂的调节步骤；

（2）采用椭球面反射镜，使得光面中心颗粒物的散射光不论方向朝哪，只要经椭球面反射都会到达光敏元件接收区，从而提高光电探测器的探测效果，进而提高检测的准确性。

附图说明

图1为文献CN206479434U中所述球面反射镜的光路示意图。

图2为实施例1的颗粒物检测装置的原理图。

图3为实施例2中椭球面反射镜的光路示意图。

图4为实施例3中颗粒物检测装置的爆炸结构示意图。

图5为实施例4中颗粒物检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图2所示，本实施例提供一种颗粒物检测装置，包括外壳1，还包括设置在所述外壳1内的：

平行光光源2，用于发出平行光；

第一光学组件3，设置在平行光光源2之后，用于将平行光光源出射的平行光光束21聚焦在光平面中以提供光面31；

气流通道4，设置在所述第一光学组件3之后，用于使携带颗粒物的气流穿过所述光面31；

椭球面反射镜5，设置在所述气流通道4与所述光面31交汇的正下方，用于将部分散射光反射至光敏元件6；

光敏元件6，设置在气流的光散射区域内，用于采集颗粒物的光散射信号并转换成电信号；

信号处理电路，与所述光敏元件6电连接，用于将电信号处理为颗粒物浓度信号。

具体的，所述第一光学组件3采用柱面透镜。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：提供了一种具体的椭球面反射镜5。

所述椭球面反射镜5为凹面镜，椭球面反射镜5的两个焦点中的第一焦点位于所述光敏元件6接收区域的中心，第二焦点位于所述气流通道4的中轴线与所述光面31交汇处。

光面31上颗粒物的任何向下方向的散射光，经椭球面反射镜5反射仍能照射到光敏元件6上，如图示C、D号光线，从而提高了光电探测的效果，进而保证检测的准确性。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：提供了一种具体的平行光光源方案。

如图4所示，所述平行光光源包括基板22、激光LED23和透镜24；所述基板22的一面引出引脚，所述激光LED23通过环氧树脂封装在所述基板22的另一面并与所述引脚电连接；所述透镜24通过光源固定件25设置在所述激光LED23上部，并使所述透镜24的焦点位于所述激光LED23发光区域的中心。

特别的，所述透镜24采用球面透镜或非球面透镜，所述透镜24的曲率半径在1mm至15mm范围之间。

实施例4

如图4和图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：提供了一种具体的颗粒物检测装置的实现方式。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种颗粒物检测装置，包括外壳，其特征在于，还包括设置在所述外壳内的：

平行光光源，用于发出平行光；

第一光学组件，设置在平行光光源之后，用于将平行光光源出射的平行光光束聚焦在光平面中以提供光面；

气流通道，设置在所述第一光学组件之后，用于使携带颗粒物的气流穿过所述光面；

椭球面反射镜，设置在所述气流通道与所述光面交汇的正下方，用于将部分散射光反射至光敏元件；

光敏元件，设置在气流的光散射区域内，用于采集颗粒物的光散射信号并转换成电信号；

信号处理电路，与所述光敏元件电连接，用于将电信号处理为颗粒物浓度信号。

2.根据权利要求1所述的颗粒物检测装置，其特征在于：所述第一光学组件采用柱面透镜。

3.根据权利要求1所述的颗粒物检测装置，其特征在于：所述椭球面反射镜为凹面镜，椭球面反射镜的两个焦点中的第一焦点位于所述光敏元件接收区域的中心，第二焦点位于所述气流通道的中轴线与所述光面交汇处。

4.根据权利要求1所述的颗粒物检测装置，其特征在于：所述平行光光源包括基板、LED和透镜；所述基板的一面引出引脚，所述LED通过环氧树脂封装在所述基板的另一面并与所述引脚电连接；所述透镜设置在所述LED上部，并使所述透镜的焦点位于所述LED发光区域的中心。

5.根据权利要求4所述的颗粒物检测装置，其特征在于：所述LED为激光LED。

6.根据权利要求4所述的颗粒物检测装置，其特征在于：所述透镜采用球面透镜或非球面透镜，所述透镜的曲率半径在1mm至15mm范围之间。

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