CN218180624U - 一种粒子计数传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种粒子计数传感器，包括壳体、密封件、光学组件、光电探测组件以及用于传输待检气体的气体传输组件，光学组件包括光源，壳体内设置有检测区域，光源出射的光束与待检气体在检测区域交叠，光电探测组件收集光束照射待检气体产生的散射光并基于收集的散射光生成电信号。壳体设置有用于安装光源以及光束传播的第一通道，第一通道包括依次设置于光源出光端的第二通孔、第一通孔；壳体设置有空间，空间通过第一通孔的内壁与第一通孔连通。光束的杂散光入射到与第一通孔连通的空间中，在空间中发生反复的吸收和反射，使得进入空间的杂散光即使不被吸收也难以重新进入第一通孔。因此本实用新型的粒子计数传感器具有低杂散光噪声的优点。

Description

一种粒子计数传感器

技术领域

本实用新型涉及光学系统领域，特别是涉及一种粒子计数传感器。

背景技术

粒子计数传感器的工作原理为：光照射至粒子，收集光经粒子发生散射形成的散射光，将收集的散射光转换为电信号，根据测得信号而获得粒子的粒径信息及数量信息。由于粒子的散射光非常弱，容易与光束的杂散光混淆，因此，亟需开发一种低杂散光噪声的粒子计数传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种粒子计数传感器，具有低杂散光噪声的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供一种粒子计数传感器，包括壳体、密封件、光学组件、光电探测组件以及用于传输待检气体的气体传输组件，所述光学组件包括光源，所述壳体内设置有检测区域，所述光源出射的光束与所述待检气体在所述检测区域交叠，所述光电探测组件用于收集所述光束照射所述待检气体产生的散射光并基于收集的散射光生成电信号；

所述壳体设置有用于安装所述光源以及用于所述光束传播的第一通道，所述第一通道包括依次设置于所述光源出光端的第二通孔、第一通孔，所述第二通孔孔径大于所述第一通孔孔径，所述壳体还设置有空间，所述空间包括在所述壳体表面不具有开口的若干第一空间以及在所述壳体表面具有开口的若干第二空间，所述密封件用于密封所述第二空间在所述壳体表面的开口，所述空间通过所述第一通孔的内壁与所述第一通孔连通。

优选地，所述空间的内壁上具有若干空间凸部，所述空间凸部的顶部至底部的高度为0.2-3mm，相邻的所述空间凸部沿着所述空间轴向的顶端间距为0.5-5mm。

优选地，所述第一通孔的内壁上具有若干通孔凸部，所述通孔凸部的顶部至底部的高度为0.1-3mm，相邻的所述通孔凸部沿着所述第一通孔轴向的顶端间距为0.1-2mm。

优选地，所述光学组件还包括用于光束压缩以及聚焦的光整形镜组；

所述第一通道还包括第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述光源通过所述第一腔体与所述壳体结合安装，所述光整形镜组安装于所述第二腔体，所述第三腔体形成所述检测区域，所述第一通孔位于所述第二腔体和所述第三腔体之间，所述第二腔体和所述第三腔体通过所述第一通孔连通，所述第一腔体和所述第二腔体通过所述第二通孔连通。

优选地，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体设置有所述第一腔体和第二前腔体，所述第二壳体设置有第二后腔体和所述第三腔体，所述光整形镜组包括凸面相对设置且母线相互垂直的第一平凸柱面透镜和第二平凸柱面透镜，所述第一平凸柱面透镜安装于所述第二前腔体，所述第二平凸柱面透镜安装于所述第二后腔体。

优选地，所述光学组件还包括用于光束回收的光陷阱，所述第一通道还包括与所述第三腔体连通的第四腔体，所述光陷阱通过所述第四腔体与所述壳体结合安装。

优选地，所述壳体还设置有用于安装所述气体传输组件以及用于流通所述待检气体的第二通道、用于安装所述光电探测组件以及传播散射光的第三通道。

优选地，所述光电探测组件包括曲面反射元件和光电探测器，所述曲面反射元件和所述光电探测器设置于所述检测区域相对的两侧，所述曲面反射元件用于将收集的散射光的至少部分以会聚形式反射至所述光电探测器。

优选地，垂直于所述光电探测器光敏面的中轴线、所述光束、所述待检气体气流三者之间两两垂直相交。

优选地，所述气体传输组件包括进气件和排气件，所述进气件将所述待检气体输送至所述检测区域，所述待检气体经过所述检测区域后由所述排气件排出。

由上述技术方案可知，本实用新型所提供的一种粒子计数传感器包括壳体、密封件、光学组件、光电探测组件以及用于传输待检气体的气体传输组件，光学组件包括光源，壳体内设置有检测区域，光源出射的光束与待检气体在检测区域垂直交叠，光电探测组件用于收集光束照射待检气体产生的散射光并基于收集的散射光生成电信号，以根据测得的电信号获得待检气体中粒子的检测结果。其中，壳体设置有用于安装光源以及用于光束传播的第一通道，第一通道包括依次设置于光源出光端的第二通孔、第一通孔；壳体还设置有空间，空间包括在壳体表面不具有开口的若干第一空间以及在壳体表面具有开口的若干第二空间，密封件用于密封第二空间在壳体表面的开口，空间通过第一通孔的内壁与第一通孔连通。光源出射的光束通过第一通道时，光束的杂散光入射到与第一通孔连通的空间中，在空间中发生反复的吸收和反射，空间的存在使得进入空间的杂散光即使不被吸收也难以溢出空间重新进入第一通孔中，使杂散光困在空间中，从而使得光束的杂散光减少。因此本实用新型的粒子计数传感器具有低杂散光噪声的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的粒子计数传感器的壳体的剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的粒子计数传感器中气体传输组件相对于光路布置的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的粒子计数传感器中光电探测组件布置的示意图；

图4为本实用新型一实施例中第一通孔和空间的局部示意图；

图5为本实用新型又一实施例中第一通孔和空间的局部示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

检测区域-100，光源-101，第一平凸柱面透镜-102，第二平凸柱面透镜-103，光陷阱-104，曲面反射元件-105，光电探测器-106，进气件-107，排气件-108；

第一壳体-201，第二壳体-202，第一腔体-203，第二通孔-204，第二前腔体-205，第二后腔体-206，第一通孔-207，第一空间-208，第二空间-209，密封件-210，第五腔体-211，第六腔体-212，第四腔体-213，通孔凸部-214，空间凸部-215。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种粒子计数传感器，包括壳体、密封件、光学组件、光电探测组件以及用于传输待检气体的气体传输组件，所述光学组件包括光源，所述壳体内设置有检测区域，所述光源出射的光束与所述待检气体在所述检测区域交叠，所述光电探测组件用于收集所述光束照射所述待检气体产生的散射光并基于收集的散射光生成电信号；

所述壳体设置有用于安装所述光源以及用于所述光束传播的第一通道，所述第一通道包括依次设置于所述光源出光端的第二通孔、第一通孔，所述第二通孔孔径大于所述第一通孔孔径，所述壳体还设置有空间，所述空间包括在所述壳体表面不具有开口的若干第一空间以及在所述壳体表面具有开口的若干第二空间，所述密封件用于密封所述第二空间在所述壳体表面的开口，所述空间通过所述第一通孔的内壁与所述第一通孔连通。

光源发出的光束通过第一通道传播而入射至检测区域，光束与待检气体在检测区域交叠，光束照射至待检气体，光经待检气体中粒子产生散射光。光电探测组件收集待检气体产生的散射光并基于收集的散射光生成电信号，根据测得的电信号可以获得待检气体中粒子的检测结果。

其中，光束通过第一通道传播至检测区域时会通过第一通孔，光束的杂散光入射到与第一通孔连通的空间中，空间具有空间内壁，杂散光在空间中发生反复的吸收和反射，空间的存在使得进入空间的杂散光即使不被吸收也难以溢出空间重新进入第一通孔中，使杂散光困在空间中，从而使得光束的杂散光减少。因此本实施例的粒子计数传感器具有低杂散光噪声的优点。

本实施例中，对壳体设置的空间数量不做限定，在实际应用中，可以根据应用需求设置。优选地，所述空间的内壁上具有若干空间凸部，空间凸部对进入空间中的杂散光进行吸收和反射，进一步提高对杂散光的抑制效果。

优选地，第一通孔的内壁上具有若干通孔凸部，通孔凸部对杂散光进行吸收和反射，光束入射到通孔凸部的表面时一部分被吸收、一部分经反射后又入射到通孔凸部的表面，循环被吸收和被反射。

本实施例的粒子计数传感器通过第一通孔和空间减少光束的杂散光的原理为：物体对于光有一定的吸收，但是通常光束入射到物体上时与物体入射角越大形成的光反射率越高，即相同的物体，光束入射物体表面入射角越大，物体对光束的吸收率越低，这对于消除杂散光无疑是不利的。光束进入第一通孔，光束的杂散光入射到通孔凸部表面，一部分被吸收，未被吸收的部分由于通孔凸部的存在使得杂散光即使存在与作为入射面的内壁的入射角过大的情况，在经过一次或多次的反射一定存在杂散光与入射面入射角的小入射角的存在，从而降低光反射率，被反射出去的光再经过一次或多次的反射，如此反复杂散光被逐渐吸收；或者，光束的杂散光入射到与第一通孔连通的空间中，在空间中发生反复的吸收和反射，空间的存在使得进入空间的杂散光即使不被吸收也难以溢出空间重新进入第一通孔中。基于此，本实施例的粒子计数传感器能够有效地吸收或者反射杂散光，使入射至检测区域的光束杂散光较少。

可选地，光学组件还可包括用于光束压缩以及聚焦的光整形镜组；所述第一通道还可包括第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述光源通过所述第一腔体与所述壳体结合安装，所述光整形镜组安装于所述第二腔体，所述第三腔体形成所述检测区域，所述第一通孔位于所述第二腔体和所述第三腔体之间，所述第二腔体和所述第三腔体通过所述第一通孔连通，所述第一腔体和所述第二腔体通过所述第二通孔连通。本实施例中，对光源的类型、结构不做限定，光源可采用但不限于半导体激光器。对光整形镜组的光学结构不做限定，光整形镜组可包括但不限于凸透镜、平凸透镜、凹透镜、平凹透镜或者柱面透镜。

可选地，所述光整形镜组可包括第一平凸柱面透镜和第二平凸柱面透镜，壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体设置有所述第一腔体和第二前腔体，所述第二壳体设置有第二后腔体和所述第三腔体，所述第一平凸柱面透镜安装于所述第二前腔体，所述第二平凸柱面透镜安装于所述第二后腔体。示例性的可参考图1、图2和图3，图1为一实施例提供的粒子计数传感器的壳体的剖视图，图2为一实施例提供的粒子计数传感器中气体传输组件相对于光路布置的示意图，图3为又一实施例提供的粒子计数传感器中光电探测组件布置的示意图。如图2和图3所示，光源101出射的光束通过第一平凸柱面透镜102、第二平凸柱面透镜103后入射至检测区域100。

如图1所示，壳体包括第一壳体201和第二壳体202，第一壳体201设置有第一腔体203和第二前腔体205，第二壳体202设置有第二后腔体206和第三腔体，第一腔体203用于放置光源101，第二前腔体205用于放置第一平凸柱面透镜102，第二后腔体206用于放置第二平凸柱面透镜103，第一平凸柱面透镜102和第二平凸柱面透镜103凸面相对设置且母线相互垂直。第一腔体203和第二前腔体205通过第二通孔204连通。第二后腔体206与第三腔体通过第一通孔207连通。可选地，由于光源101出射的光束通过第二通孔204输出至光整形镜组，光束通过光整形镜组后进入第一通孔207，光整形镜组会压缩光束，因此第一通孔207的孔径可以小于第二通孔204的孔径。

进一步地，光学组件还可包括用于光束回收的光陷阱，光陷阱可以设置于检测区域100远离光源101的一侧，用于收纳光束。可选地参考图1所示，第一通道还可包括与所述第三腔体连通的第四腔体213，所述光陷阱104通过所述第四腔体213与所述壳体结合安装。

优选地，壳体还可设置有用于安装所述气体传输组件以及用于流通所述待检气体的第二通道、用于安装所述光电探测组件以及传播散射光的第三通道。第一通道、第二通道和第三通道相交于第三腔体。壳体不仅起到安装各部件的作用，并且壳体具有非透光性，可以避免外界环境光对光路造成干扰，更进一步的壳体的第一通道、第二通道、第三通道的内壁设置有吸光涂层或做过发黑处理。

本实施例中，对光电探测组件的结构不做限定。可选地，光电探测组件可包括曲面反射元件和光电探测器，曲面反射元件和光电探测器设置于所述检测区域100相对的两侧，曲面反射元件用于将收集的散射光的至少部分以会聚形式反射至所述光电探测器。光电探测器基于接收的光生成电信号。可选地，曲面反射元件的反射面可以是球面或者非球面。比如曲面反射元件可采用半球面反射镜。本实施例中对光电探测器的类型、结构不做限定。可参考图3所示，曲面反射元件105和光电探测器106位于检测区域100相对的两侧，入射至曲面反射元件105的散射光，至少部分被以会聚形式反射至光电探测器106。图3中带箭头的实线表示收集的散射光。

优选地，垂直于所述光电探测器106光敏面的中轴线、所述光束、所述待检气体气流三者之间两两垂直相交，这样便于布置光路以及气体传输组件，也有助于能够有效地收集待检气体的散射光。

可选地，第三通道可包括第五腔体和第六腔体，曲面反射元件安装于第五腔体，光电探测器安装于第六腔体，可结合参考图1所示，第五腔体211和第六腔体212两者相对，分别位于第三腔体的两侧。

可选地，气体传输组件可包括进气件和排气件，所述进气件将待检气体输送至所述检测区域100，待检气体经过所述检测区域100后由所述排气件排出。可参考图2所示，进气件107和排气件108分别位于检测区域100的两侧，图2中带箭头的实线表示进气件107中待检气体的流动方向以及排气件108中待检气体的流动方向。

在图1所示的壳体中，是以设置有第一空间208和第二空间209为例进行说明的。如图1所示，第一空间208通过第一通孔207的内壁与第一通孔207连通，第一空间208在壳体表面不具有开口。第二空间209通过第一通孔207的内壁与第一通孔207连通，第二空间209在壳体表面具有开口。

可参考图4，图4为一实施例中第一通孔和空间的局部示意图，如图所示，在第一空间208的内壁上设置有多个空间凸部215，在第二空间209的内壁上设置有多个空间凸部215。空间凸部215的顶部至底部的高度为H1，相邻的空间凸部215沿着空间轴向的顶端间距为L1。空间的轴向是指平行于空间的中轴的方向，空间的中轴指垂直于空间与第一通孔207相交面的中心线。优选地，所述空间凸部215的顶部至底部的高度H1为0.2-3mm，相邻的所述空间凸部215沿着所述空间轴向的顶端间距L1为0.5-5mm，优选1-2mm。

可参考图5，图5为又一实施例中第一通孔和空间的局部示意图，如图所示，第一通孔207的内壁上设置有多个通孔凸部214。通孔凸部214的顶部到底部的高度为H2，相邻的通孔凸部214沿着第一通孔207轴向的顶端间距为L2，第一通孔207的轴向是指平行于第一通孔207延伸方向的方向。优选地，所述通孔凸部214的顶部至底部的高度H2为0.1-3mm，相邻的所述通孔凸部214沿着所述第一通孔207轴向的顶端间距L2为0.1-2mm，优选0.1-1mm。

在图1、图4和图5所示的壳体中，第二空间209具有通向壳体外的开口，针对此在第二空间209通向壳体外的开口处设置有密封件210，用于遮挡外界光以避免外界光通过第二空间209进入第一通孔207内，而对光束造成干扰。由于在壳体上制作第一空间208以及第二空间209时，需要从壳体外部打孔制作，不可避免地会在壳体上形成通向壳体外的开口，因此通过在开口设置密封件210以降低干扰。

进一步优选地，在第一通孔207的内壁、通孔凸部214、空间内壁、空间凸部215中一种或多种与杂散光接触的表面上设置光吸收层，进一步降低反射。光吸收层可以采用阳极氧化发黑处理形成发黑层、喷涂或真空镀形成光吸收发黑涂层、超黑涂层等，密封件210可选择不透光的挡板、胶带等，这里不做特异性限制。

示例性的在一具体实例中，第二通孔204长度3-9mm，优选4-7mm，孔径3.5mm-6mm，优选4mm-5mm。第一通孔207长度15-40mm，优选20-35mm，孔径2-4mm，优选2.5-3.5mm。第一平凸柱面透镜102和第二平凸柱面透镜103两者间距为2-6mm。

以上对本实用新型所提供的一种粒子计数传感器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种粒子计数传感器，其特征在于，包括壳体、密封件、光学组件、光电探测组件以及用于传输待检气体的气体传输组件，所述光学组件包括光源，所述壳体内设置有检测区域，所述光源出射的光束与所述待检气体在所述检测区域交叠，所述光电探测组件用于收集所述光束照射所述待检气体产生的散射光并基于收集的散射光生成电信号；

所述壳体设置有用于安装所述光源以及用于所述光束传播的第一通道，所述第一通道包括依次设置于所述光源出光端的第二通孔、第一通孔，所述第二通孔孔径大于所述第一通孔孔径，所述壳体还设置有空间，所述空间包括在所述壳体表面不具有开口的若干第一空间以及在所述壳体表面具有开口的若干第二空间，所述密封件用于密封所述第二空间在所述壳体表面的开口，所述空间通过所述第一通孔的内壁与所述第一通孔连通。

2.根据权利要求1所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述空间的内壁上具有若干空间凸部，所述空间凸部的顶部至底部的高度为0.2-3mm，相邻的所述空间凸部沿着所述空间轴向的顶端间距为0.5-5mm。

3.根据权利要求1所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述第一通孔的内壁上具有若干通孔凸部，所述通孔凸部的顶部至底部的高度为0.1-3mm，相邻的所述通孔凸部沿着所述第一通孔轴向的顶端间距为0.1-2mm。

4.根据权利要求1所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述光学组件还包括用于光束压缩以及聚焦的光整形镜组；

所述第一通道还包括第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述光源通过所述第一腔体与所述壳体结合安装，所述光整形镜组安装于所述第二腔体，所述第三腔体形成所述检测区域，所述第一通孔位于所述第二腔体和所述第三腔体之间，所述第二腔体和所述第三腔体通过所述第一通孔连通，所述第一腔体和所述第二腔体通过所述第二通孔连通。

5.根据权利要求4所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体设置有所述第一腔体和第二前腔体，所述第二壳体设置有第二后腔体和所述第三腔体，所述光整形镜组包括凸面相对设置且母线相互垂直的第一平凸柱面透镜和第二平凸柱面透镜，所述第一平凸柱面透镜安装于所述第二前腔体，所述第二平凸柱面透镜安装于所述第二后腔体。

6.根据权利要求4所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述光学组件还包括用于光束回收的光陷阱，所述第一通道还包括与所述第三腔体连通的第四腔体，所述光陷阱通过所述第四腔体与所述壳体结合安装。

7.根据权利要求1所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述壳体还设置有用于安装所述气体传输组件以及用于流通所述待检气体的第二通道、用于安装所述光电探测组件以及传播散射光的第三通道。

8.根据权利要求1所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述光电探测组件包括曲面反射元件和光电探测器，所述曲面反射元件和所述光电探测器设置于所述检测区域相对的两侧，所述曲面反射元件用于将收集的散射光的至少部分以会聚形式反射至所述光电探测器。

9.根据权利要求8所述的粒子计数传感器，其特征在于，垂直于所述光电探测器光敏面的中轴线、所述光束、所述待检气体气流三者之间两两垂直相交。

10.根据权利要求1所述的粒子计数传感器，其特征在于，所述气体传输组件包括进气件和排气件，所述进气件将所述待检气体输送至所述检测区域，所述待检气体经过所述检测区域后由所述排气件排出。

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