CN217466588U - 一种粒子计数器的光学传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种粒子计数器的光学传感器。实用新型的壳体内设有气体通道、激光发射模块、消光装置和光感测器，气体通道包括进气管和出气管，激光发射模块产生的激光光束与气体通道相互交叉形成测量区域；光感测器与测量区域相对应；消光装置包括导光管和消光室，消光室通过导光管与测量区域相连通，导光管设在激光发射模块的主光轴上，消光室内设有反射部件，放射部件具有倾斜的反射面，反射面与导光管相对应，经导光管进入到消光室的光均先投射在反射面上，并经反射面反射至消光室的侧壁上，导光管和消光室的内壁均设有消光涂层。本实用新型通过优化设计光陷阱的结构，使得在较强光强的条件下产生杂散光降低传感器灵敏度。
Description
技术领域
本实用新型涉及粒子检测技术领域，尤其涉及一种粒子计数器的光学传感器。
背景技术
激光尘埃粒子计数器是用于测量洁净环境中单位体积内尘埃粒子数和粒径分布。作为核心部件的光学传感器主要是通过尘埃粒子在光束中能够产生光散射的原理而设计。
目前市场上的主流粒子计数器均采用低流量(如2.83L/min)进气检测，只可以满足洁净度要求较低的生产车间(洁净度万级及以上)应用。但在洁净度要求较高的车间(洁净度千级、百级)，如电池组装车间、制药车间等，低流量计数器由于单位时间采样尘埃颗粒物样本少，会导致输出测量值波动大、测量精度差等问题。因此需要一种针对大流量尘埃颗粒环境下实现对粒子稳定、精确计数的光学传感器。
现有的大流量尘埃粒子计数器传感器由于光陷阱的消光光路简单，而激光强度较强，在进入光陷阱后经过数次的发射后，会有部分激光逃出光后重新返回光敏区形成杂散光，影响传感器的灵敏度。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足而提供了一种高精度的大流量尘埃粒子计数器的光学传感器。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案：一种粒子计数器的光学传感器，包括壳体，所述壳体内设有气体通道、激光发射模块、消光装置和光感测器，所述气体通道包括进气管和出气管，所述激光发射模块包括激光光源和聚焦透镜，并产生激光光束，所述激光光束与所述气体通道相互交叉形成测量区域，所述消光装置设在所述激光发射模块的主光轴上；所述光感测器与所述测量区域相对应，收集所述测量区域内气体存在的粒子所产生的散射光；所述消光装置包括导光管和消光室，所述消光室通过导光管与所述测量区域相连通，所述导光管设在所述激光发射模块的主光轴上，所述消光室内设有反射部件，所述反射部件具有倾斜的反射面，所述反射面与所述导光管相对应，经所述导光管进入到所述消光室的光均先投射在所述反射面上，并经所述反射面反射至所述消光室的侧壁上，所述导光管和消光室的内壁均设有消光涂层。
进一步的，所述的进气管和出气管在水平方向上可调节。
进一步的，所述反射部件的外表面设有消光涂层。
进一步的，所述反射面与所述导光管的轴线的夹角为30-60度。
进一步的，所述反射部件为三棱柱，所述三棱柱的一侧面为反射面，所述反射面与所述导光管的轴线的夹角为45度。
进一步的，所述进气管的内部为扁平状，且其内部高度H小于激光光束光斑的直径。
进一步的，所述出气管的内部为锥形，直径大的一端朝向所述测量区域，且所述出气管的最大直径Dmax大于所述进气管的宽度L。
进一步的，所述激光光源相对所述聚焦透镜的位置可调节，以调整焦距。
本实用新型通过优化光陷阱的设计，经所述导光管进入到所述消光室的光均先投射在所述反射面上，并经所述反射面反射至所述消光室的侧壁上，光线在进入独立消光室区域后，至少要经过10次以上才能反射出去(将激光困在光陷阱内，多次反射后基本上无激光逃脱)，加上内部消光涂层，激光会被完全吸收，防止产生杂散光降低传感器灵敏度。通过优化设计进气管口，出气管口结构提高传感器大流量尘埃粒子的计数效率、粒径分辨力等性能，保证在千级、百级洁净度下的测量精度，满足高洁净度车间的应用场景。
附图说明
图1为本实用新型的一种粒子计数器的光学传感器的正视图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本实用新型的一种粒子计数器的光学传感器的俯视图；
图4为图3的B-B剖视图；
图5为图4中的C处放大图；
图6为消光室的结构示意图；
图7为进气管的结构示意图；
图8为出气管的结构示意图；
图9为圆形出气口结构对0.5um单粒径小球测量结果图；
图10为锥形出气口结构对0.5um单粒径小球测量结果图。
1、气体通道；2、激光发射模块；3、消光装置；4、光感测器；5、进气管；6、出气管；7、导光管；8、消光室；9、反射部件；10、反射面。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1-5所示，本实用新型的一种粒子计数器的光学传感器，包括壳体，壳体内设有气体通道1、激光发射模块2、消光装置3和光感测器4，气体通道1包括进气管5和出气管6，激光发射模块2产生激光光束，激光光束与气体通道1相互交叉形成测量区域，消光装置3设在激光发射模块2的主光轴上；光感测器4与测量区域相对应，收集测量区域内气体存在的粒子所产生的散射光；消光装置3包括导光管7和消光室8，消光室8通过导光管7与测量区域相连通，导光管7设在激光发射模块2的主光轴上，消光室8内设有反射部件9，放射部件具有倾斜的反射面10，反射面10与导光管7相对应，经导光管7进入到消光室8的光均先投射在反射面10上，并经反射面10反射至消光室8的侧壁上，导光管7和消光室8的内壁均设有消光涂层。
反射部件的外表面也可以设有消光涂层，进一步增加消光效果，保证激光会被完全吸收。反射面10与导光管7的轴线的夹角可以为30-60度，保证光线在进入独立消光室8区域后，至少要经过10次以上才能反射出去，如图6所示，在本实施例中，反射部件9为三棱柱，三棱柱的一侧面为反射面10，反射面10与导光管7的轴线的夹角为45度。
通过优化光陷阱的设计，经导光管7进入到消光室8的光均先投射在反射面10上，并经反射面10反射至消光室8的侧壁上，光线在进入独立消光室8区域后，至少要经过10次以上才能反射出去将激光困在光陷阱内，多次反射后基本上无激光逃脱(如图5)，加上内部消光涂层，激光会被完全吸收，防止产生杂散光降低传感器灵敏度。
本实用新型的一种粒子计数器的光学传感器通过优化设计提高传感器的计数效率、粒径分辨力、灵敏度等性能，保证在千级、百级洁净度下的测量精度，满足高洁净度车间的应用场景。
现有技术中，将光陷阱设计为锥形消光结构时，由于激光强度较强，激光在光陷阱内的反射次数较少，会有部分激光逃脱出光陷阱，重新进去气室内，影响传感器的灵敏度；而采用独立消光室8可以将激光困在光陷阱内，多次反射后基本上无激光逃脱。
根据仿真结果，光线在进入锥形消光区域时，光线经过4次反射就可以反射出去，虽然侧壁有做消光涂层，不足以完全吸收所有激光；而光线在进入独立消光室8区域后，因为经反射面10反射，至少要经过10次以上才能反射出去，加上内部消光涂层，激光会被完全吸收。
在本实用新型中，进气管5的内部可以为扁平状(如图7)，且其内部高度H小于激光光束光斑的直径，通过优化进气口设计，将进气管5的内部设计为扁平状，且其内部高度H小于激光光束光斑的直径，扁平进气口，使颗粒物能够全部通过激光区域，来提升传感器的计数效率。
现有技术中，采用圆形进气口的传感器，由于进气口大小超过测量区域激光光斑的大小，导致部分颗粒物未通过激光区域而未被激光照射，无法产生有效的散射光信号，造成计数损失，而在本实施例中，进气管5的内部为扁平状，且其内部高度H小于激光光束光斑的直径，采用扁平进气口的传感器，由于进气口大小比测量区域激光光斑的大小要小，颗粒物可以全部通过激光区域被激光照射产生有效的散射光信号，提高了传感器计数效率。
在室内环境下，同时对圆形进气口的传感器和扁平进气口的传感器进行计数对比测试，扁平进气口的传感器的计数要高于圆形进气口的传感器，测试具体数据如下：
| 型号 | >0.3um粒子计数 | >0.5um粒子计数 | >1um粒子计数 |
| 圆形进气口 | 55948 | 33674 | 11092 |
| 扁平进气口 | 80477 | 42790 | 19286 |
在本实施例中，出气管6的内部可以为锥形(如图8)，直径大的一端朝向测量区域，且出气管6的最大直径Dmax大于进气管5的宽度L，通过优化出气口的设计，将出气管6的内部设计为锥形，即锥形出气口直径大的一端朝向测量区域，且出气管6的最大直径Dmax大于进气管5的宽度L，避免产生紊流，来提升传感器的粒径分辨力。
现有技术中，将出气口设计为与进气口相同的对称圆形时，由于气体流速较快，气流在出气口处会向外扩张，实际气流在到达出气口处时，由于气流变宽导致部分气流打在出气口管道面上产生紊流，影响传感器的粒径分辨力；而出气管6设计成锥形出气口，出气管6的内部为锥形，直径大的一端朝向测量区域，且出气管6的最大直径Dmax大于进气管5的宽度L，出气口在初段开口较大，超过进气气流宽度，保证气流全部通过出气口流走，不会在气室内回旋。
分别使用圆形出气口结构与锥形出气口结构，在粒子发生器下发生0.5um单粒径小球，测试传感器对粒子粒径的识别情况。如图9和图10所示，锥形出气口结构测试0.5um粒子时，其中值电压更明显，测量输出的0.5um粒径分布更集中，粒径识别能力更好。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围，本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种粒子计数器的光学传感器，包括壳体，所述壳体内设有气体通道(1)、激光发射模块(2)、消光装置(3)和光感测器(4)，所述气体通道(1)包括进气管(5)和出气管(6)，所述激光发射模块(2)包括激光光源和聚焦透镜，并产生激光光束，所述激光光束与所述气体通道(1)相互交叉形成测量区域，所述消光装置(3)设在所述激光发射模块(2)的主光轴上；所述光感测器(4)与所述测量区域相对应，收集所述测量区域内气体存在的粒子所产生的散射光；其特征在于，所述消光装置(3)包括导光管(7)和消光室(8)，所述消光室(8)通过导光管(7)与所述测量区域相连通，所述导光管(7)设在所述激光发射模块(2)的主光轴上，所述消光室(8)内设有反射部件(9)，所述反射部件具有倾斜的反射面(10)，所述反射面(10)与所述导光管(7)相对应，经所述导光管(7)进入到所述消光室(8)的光均先投射在所述反射面(10)上，并经所述反射面(10)反射至所述消光室(8)的侧壁上，所述导光管(7)和消光室(8)的内壁均设有消光涂层。
2.如权利要求1所述的一种粒子计数器的光学传感器，其特征在于，所述的导光管(7)和消光室(8)的内壁均设有消光涂层。
3.如权利要求1所述的一种粒子计数器的光学传感器，其特征在于，所述反射部件的外表面设有消光涂层。
4.如权利要求1所述的一种粒子计数器的光学传感器，其特征在于，所述反射面(10)与所述导光管(7)的轴线的夹角为30-60度。
5.如权利要求1所述的一种粒子计数器的光学传感器，其特征在于，所述反射部件(9)为三棱柱，所述三棱柱的一侧面为反射面(10)，所述反射面(10)与所述导光管(7)的轴线的夹角为45度。
6.如权利要求1所述的一种粒子计数器的光学传感器，其特征在于，所述进气管(5)的内部为扁平状，且其内部高度H小于激光光束光斑的直径。
7.如权利要求1所述的一种粒子计数器的光学传感器，其特征在于，所述出气管(6)的内部为锥形，直径大的一端朝向所述测量区域，且所述出气管(6)的最大直径Dmax大于所述进气管(5)的宽度L。
8.如权利要求1所述的一种粒子计数器的光学传感器，其特征在于，所述激光光源相对所述聚焦透镜的位置可调节，以调整焦距。
Priority Applications (1)
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| CN202221013925.6U CN217466588U (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 一种粒子计数器的光学传感器 |
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| CN217466588U true CN217466588U (zh) | 2022-09-20 |
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Family Applications (1)
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| CN202221013925.6U Active CN217466588U (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 一种粒子计数器的光学传感器 |
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2022
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