CN219065204U - 一种粒子计数器及粒子计数系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种粒子计数器及粒子计数系统，应用于光电检测领域，包括：发光部件、散射腔主体、移除光束的光陷阱部件和处理部件，通过在散射腔主体的内部设置对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜，聚光透镜的聚焦点上设置有光电探测器，光电探测器与处理部件电连接。本实用新型通过在光电探测器前设置聚光透镜，并将光电探测器设置在聚光透镜的聚焦点上，实现了该方向粒子散射光的收集汇聚，增加了该方向粒子散射光量的收集。

Description

一种粒子计数器及粒子计数系统

技术领域

本实用新型涉及光电检测领域，特别涉及一种粒子计数器及粒子计数系统。

背景技术

现有粒子计数器通过光束在腔体内照射粒子形成粒子的散射光，并收集该散射光，将该散射光转换为电信号来识别粒子的数量以及粒子的粒径。但这种方式由于光源光束的发散性，光束在传播过程中不可避免的存在杂散光，对粒子散射光的收集测量造成干扰，尤其是对于小粒径的粒子，由于小粒径的粒子反射的散射光较小，因此容易误将杂散光的噪声统计为粒子，降低了粒子计数的准确性。另外有待测粒子的气流在流经粒子计数器时经过时间的累积不可避免的存在部分粒子沉积在腔体内，尤其是沉积到用于收集、接收散射光的结构上从而影响散射光的收集和接收，进一步导致了粒子计数器的精确度降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种粒子计数器及粒子计数系统，解决了现有技术中由于光源光束在传播过程中发散出杂散光，对粒子散射光的收集测量造成干扰，以及待测粒子的气流在流经粒子计数器时部分粒子沉积在收集、接收散射光的结构上，影响散射光的收集和接收的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种粒子计数器，包括：

发光部件、散射腔主体、移除光束的光陷阱部件和处理部件；

所述散射腔主体中开有进光口和出光口，所述发光部件发出的光束在所述进光口与所述出光口间形成光通路；所述进光口外侧连接有所述发光部件，所述出光口的外侧与所述光陷阱部件连接；所述散射腔主体的内壁为吸光内壁；

所述散射腔主体中设置有用于粒子气流流通的进气部件和排气部件，所述进气部件与所述排气部件间形成粒子气流通道；所述粒子气流与所述光束相交形成光敏区；

所述散射腔主体的内部设置有对所述粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜，所述聚光透镜的聚焦点上设置有光电探测器；

所述光电探测器与所述处理部件电连接。

可选的，所述聚光透镜包括：

第一聚光透镜和第二聚光透镜；

所述第一聚光透镜和所述第二聚光透镜分设在所述光敏区的两侧；

所述第一聚光透镜的聚焦点上设置有第一光电探测器，所述第二聚光透镜的聚焦点上设置有第二光电探测器。

可选的，所述第一光电探测器与第一处理部件电连接；

所述第二光电探测器与第二处理部件电连接。

可选的，所述发光部件，包括：

光源部件和准直压缩光束的光学透镜组；

相应的，所述光学透镜组的出光侧与所述进光口连接，所述光学透镜组的入光侧设置有所述光源部件。

可选的，所述进气部件与所述排气部件对位设置在所述光敏区的两侧。

可选的，所述粒子气流通道与所述光通路垂直相交。

可选的，所述聚光透镜与所述散射腔主体的内壁卡接连接。

可选的，所述散射腔主体的内壁为涂有吸光涂层的内壁。

本实用新型还提供了一种粒子计数系统，包括上述任一项所述的粒子计数器。

可见，本实用新型提供的粒子计数器，包括发光部件、散射腔主体、移除光束的光陷阱部件和处理部件，散射腔主体中开有进光口和出光口，发光部件发出的光束在进光口与出光口间形成光通路，进光口外侧连接有发光部件，出光口的外侧与光陷阱部件连接，散射腔主体的内壁为吸光内壁；散射腔主体中设置有用于粒子气流流通的进气部件和排气部件，进气部件与排气部件间形成粒子气流通道，粒子气流与光束相交形成光敏区，散射腔主体的内部设置有对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜，聚光透镜的聚焦点上设置有光电探测器，光电探测器与处理部件电连接。本实用新型通过在散射腔主体的内部设置对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜，聚光透镜的聚焦点上设置有光电探测器，光电探测器与处理部件电连接。本实用新型通过在光电探测器前设置聚光透镜，并将光电探测器设置在聚光透镜的聚焦点上，实现了该方向粒子散射光的收集汇聚，增加了该方向粒子散射光量的收集。

此外，本实用新型还提供了一种粒子计数系统，同样具有上述有益效果。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种粒子计数器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种散射腔主体内部设置有2个聚光透镜的粒子计数器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种散射腔主体内部设置有2个聚光透镜的粒子计数器的结构示意图；

附图1-2中，附图标记说明如下：

10-发光部件；

20-散射腔主体，21-进光口，22-出光口，23-聚光透镜，231-第一聚光透镜，232-第二聚光透镜，24-光电探测器，241-第一光电探测器，242-第二光电探测器；

30-光陷阱部件；

40-处理部件，41-第一处理部件，42-第二处理部件。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的一种粒子计数器的结构示意图。该粒子计数器可以包括：

发光部件10、散射腔主体20、移除光束的光陷阱部件30和处理部件40；

散射腔主体20中开有进光口21和出光口22，发光部件10发出的光束在进光口21与出光口22间形成光通路；进光口21外侧连接有发光部件10，出光口22的外侧与光陷阱部件30连接；散射腔主体20的内壁为吸光内壁；

散射腔主体20中设置有用于粒子气流流通的进气部件和排气部件，进气部件与排气部件间形成粒子气流通道；粒子气流与光束相交形成光敏区；

散射腔主体20的内部设置有对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜23，聚光透镜23的聚焦点上设置有光电探测器24；

光电探测器24与处理部件40电连接。

本实施例中处理部件40对光电探测器24输出信号进行转换放大形成粒子的电压脉冲信号并依据电压脉冲信号的大小获取粒子气流中的粒子的粒径及数量分布结果。

处理部件40通常包括前置放大电路板、用于根据粒子的电压脉冲信号识别粒子粒径的比较器、根据比较器比较结果进行计数的计数器以及数据分析处理的处理器，具体可参考现有技术对光电探测器获取的粒子的散射光的信号转换放大及计数方法，这里不做特异性表述。。

需要进行说明的是，本实施例中发光部件10发出激光束通过散射腔主体20的进光口21进入到散射腔主体20中。本实施例并不限定发光部件10的具体种类，只要是能够将发射的激光通过散射腔主体20的进光口21进入到散射腔主体20中，在散射腔主体20中形成光束即可。例如，发光部件10可以是面状激光发射部件，发光部件10也可以是点状激光发射部件，还可以包括对激光部件发射的激光束进行准直压缩的光学透镜，组成的发光部件10。本实施例并不限定散射腔主体20的具体形状。例如，散射腔主体20可以是长方体结构，或者散射腔主体20也可以是圆柱体结构，或者散射腔主体20还可以是其他不规则结构。参考现有技术，本实施例并不限定移除光束的光陷阱部件30内部的具体构造，只要是能够将从散射腔主体20的出光口22射出的激光束束缚或消光在光陷阱部件30中即可。例如，移除光束的光陷阱部件30内部可以是设置有消光镜片的光陷阱部件30。本实施例并不限定散射腔主体20的吸光内壁的具体构造，只要是能够吸收照射到吸光内壁表面的光即可。例如，散射腔主体20的吸光内壁可以是涂有吸光涂层的吸光内壁，或者散射腔主体20的吸光内壁也可以是经过发黑处理的吸光内壁。参考现有技术，本实施例并不限定散射腔主体20中的进气部件和排气部件设置在散射腔主体中的相对位置，进气部件和排气部件分设在光敏区两侧，并在散射腔主体中形成粒子气流通道，且粒子气流通道与光通路在散射腔主体20中相交。例如，散射腔主体20中的进气部件和排气部件可以对位设置在光敏区两侧，进气部件和排气部件均贯穿散射腔的腔壁，且进气部件距离光敏区的距离近于排气部件距离光敏区的距离。本实施例中为了提高粒子计数器的精确性，发光部件10的出光端与散射腔主体20的进光口21密封连接。

本实施例并不限定散射腔主体20内部的，对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜23的具体设置位置，只要是能够将粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚，并聚焦在设置在聚光透镜23的聚焦点上的光电探测器24即可。例如，聚光透镜23可以设置在光敏区的旁侧位置。本实施例并不限定聚光透镜23的数量。例如，聚光透镜23的数量可以是2个，或者聚光透镜23的数量也可以是3个，或者聚光透镜23的数量还可以是4个。为了增加对散射腔内粒子在光敏区中的散射光进行分析的功能性，上述聚光透镜23的数量可以是至少2个。需要进行说明的是，本实施例中每设置一个聚光透镜23，在聚光透镜23的聚焦点上对应设置有光电探测器24。

本实施例光电探测器24与处理部件40电连接，光电探测器不做特异性限定，例如可选择光电二极管、光电倍增管，用于将接收到的光转化为电信号，光电探测器24与处理部件40电连接将电信号发送至处理部件40即可。

进一步地，为了提高散射腔的进光口21与发光部件10连接的便捷性，上述发光部件10可以包括：

光源部件和准直压缩光束的光学透镜组；

相应的，光学透镜组的出光侧与进光口21连接，光学透镜组的入光侧设置有光源部件。

需要进行说明的是，本实施例中光源部件为发射激光的部件。本实施例并不限定光学透镜组的具体构造，只要是能够对光源部件发射的激光束进行准直压缩即可。例如，光学透镜组可以是球面镜，或者光学透镜组也可以是非球面镜，或者光学透镜组也可以是柱面镜，或者光学透镜组还可以是上述透镜的任意组合。需要进行说明的是，本实施例中为了提高粒子计数器的精确性，光学透镜组与散射腔主体20的进光口21密封连接。

进一步地，为了保证粒子气流顺畅地通过进气部件与排气部件间形成的粒子气流通道，上述进气部件可以与排气部件对位设置在光敏区的两侧。

进一步地，为了提高粒子气流中的粒子反射散射光的时效性，便于光电探测器24接收，上述粒子气流通道可以与光通路垂直相交。

进一步地，为了提高聚光透镜23安装在散射腔主体20的内壁上的便捷性，上述聚光透镜23可以与散射腔主体20的内壁卡接连接。

进一步地，为了提高散射腔主体20的制备效率，上述散射腔主体20的内壁可以为涂有吸光涂层的内壁。例如含有碳纳米管的超黑涂层，这里不做特异性限定。

应用本实用新型实施例提供的粒子计数器，包括发光部件10、散射腔主体20、移除光束的光陷阱部件30和处理部件40，散射腔主体20中开有进光口21和出光口22，发光部件10发出的光束在进光口21与出光口22间形成光通路，进光口21外侧连接有发光部件10，出光口22的外侧与光陷阱部件30连接，散射腔主体20的内壁为吸光内壁；散射腔主体20中设置有用于粒子气流流通的进气部件和排气部件，进气部件与排气部件间形成粒子气流通道，粒子气流与光束相交形成光敏区，散射腔主体20的内部设置有对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜23，聚光透镜23的聚焦点上设置有光电探测器24，光电探测器24与处理部件40电连接。本实用新型通过在散射腔主体20的内部设置对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜23，聚光透镜23的聚焦点上设置有光电探测器24，光电探测器24与处理部件40电连接。本实用新型通过在光电探测器24前设置聚光透镜23，并将光电探测器24设置在聚光透镜23的聚焦点上，实现了该方向粒子散射光的收集汇聚，增加了该方向粒子散射光量的收集。通过将光源部件和准直压缩光束的光学透镜组作为发光部件10，提高了散射腔的进光口21与发光部件10连接的便捷性；通过将进气部件与排气部件对位设置在光敏区的两侧，保证了粒子气流顺畅地通过进气部件与排气部件间形成的粒子气流通道；通过设置粒子气流通道与光通路垂直相交，提高了粒子气流中的粒子反射散射光的时效性，便于光电探测器24接收；通过将聚光透镜23与散射腔主体20的内壁卡接连接，提高了聚光透镜23安装在散射腔主体20的内壁上的便捷性；将散射腔主体20的内壁设置为涂有吸光涂层的内壁，提高了散射腔主体20的制备效率。

实施例2：

具体请参考图2，图2为本实用新型实施例提供的一种散射腔主体内部设置有2个聚光透镜的粒子计数器的结构示意图。

发光部件10、散射腔主体20、移除光束的光陷阱部件30和处理部件40；

散射腔主体20中开有进光口21和出光口22，发光部件10发出的光束在进光口21与出光口22间形成光通路；进光口21外侧连接有发光部件10，出光口22的外侧与光陷阱部件30连接；散射腔主体20的内壁为吸光内壁；

散射腔主体20中设置有用于粒子气流流通的进气部件和排气部件，进气部件与排气部件间形成粒子气流通道；粒子气流与光束相交形成光敏区；

散射腔主体20的内部设置有对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的第一聚光透镜231和第二聚光透镜232，第一聚光透镜231和第二聚光透镜232分设在光敏区的两侧；第一聚光透镜231的聚焦点上设置有第一光电探测器241，第二聚光透镜232的聚焦点上设置有第二光电探测器242；

光电探测器24与处理部件40电连接。

需要进行说明的是，本实施例中第一光电探测器241和第二光电探测器242与处理部件40电连接。

进一步地，为了提高粒子计数器的功能性，可以包括第一光电探测器241与第一处理部件41电连接；

第二光电探测器242与第二处理部件42电连接。

具体请参考图3，图3为本实用新型实施例提供的另一种散射腔主体20内部设置有2个聚光透镜的粒子计数器的结构示意图。

需要进行说明的是，本实施例中第一光电探测器241与处理器中的第一处理部件41电连接，第二光电探测器242与处理器中的第二处理部件42电连接，分别将第一光电探测器241和第二光电探测器242采集到的粒子的散射光的信号单独处理，得到对同一粒子气流的粒子的粒径及数量分布结果的两组数据。将两组数据进行比对分析，可以检测粒子计数器散射腔内光电传感器采集的灵敏度以及准确性，保证了粒子计数器检测的准确性。并可根据两者输出的粒子的粒径及数量分布结果的一致性来解决由于光源光束在传播过程中发散出杂散光，对粒子散射光的收集测量造成干扰的问题，同时可用于判定待测粒子的气流在流经粒子计数器时是否有部分粒子沉积在聚光透镜上，提高了粒子计数器的精确度。

应用本实用新型实施例提供的粒子计数器，包括发光部件10、散射腔主体20、移除光束的光陷阱部件30和处理部件40，散射腔主体20中开有进光口21和出光口22，发光部件10发出的光束在进光口21与出光口22间形成光通路，进光口21外侧连接有发光部件10，出光口22的外侧与光陷阱部件30连接，散射腔主体20的内壁为吸光内壁；散射腔主体20中设置有用于粒子气流流通的进气部件和排气部件，进气部件与排气部件间形成粒子气流通道，粒子气流与光束相交形成光敏区，散射腔主体20的内部设置有对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的第一聚光透镜231和第二聚光透镜232，第一聚光透镜231和第二聚光透镜232分设在光敏区的两侧，第一聚光透镜231的聚焦点上设置有第一光电探测器241，第二聚光透镜232的聚焦点上设置有第二光电探测器242，光电探测器24与处理部件40电连接。本实用新型通过在散射腔主体20的内部设置对粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜23，聚光透镜23的聚焦点上设置有光电探测器24，光电探测器24与处理部件40电连接。本实用新型通过在光电探测器24前设置聚光透镜23，并将光电探测器24设置在聚光透镜23的聚焦点上，实现了该方向粒子散射光的收集汇聚，增加了该方向粒子散射光量的收集，同时解决了待测粒子的气流在流经粒子计数器时部分粒子沉积在收集、接收散射光的结构上，影响散射光的收集和接收的问题，提高了粒子计数器的精确度。通过将第一光电探测器241与第一处理部件41电连接，将第二光电探测器242与第二处理部件42电连接，提高了粒子计数器的功能性。

为了使本实用新型更便于理解，下面对本实用新型实施例提供的粒子计数器的工作原理进行介绍：

发光部件10发射的激光光束与含粒子的粒子气流在散射腔内交汇，交汇区域形成光敏区，粒子穿越激光光束时形成粒子的散射光。第一聚光透镜231将投射到第一聚光透镜231中的散射光汇聚投射到位于第一聚光透镜231的焦点上的第一光电探测器241，第二聚光透镜232将投射到第二聚光镜中的散射光汇聚投射到位于第二聚光透镜232的焦点上的第二光电探测器242。第一光电探测器241将接收到的散射光转换为光电流信号，第一处理部件41对第一光电探测器241输出的光电流信号进行转换、放大、计数，并将计数结果输入处理器；第二光电探测器242将接收到的散射光转换为光电流信号，第二处理部件42对第二光电探测器242输出的光电流信号进行转换、放大、计数并将计数结果输入处理器。处理器同时可以依据第一处理部件41和第二处理部件42的同步计数结果判断计数的精确性。

本实用新型实施例还提供了一种粒子计数系统，包括上述的粒子计数器。

应用本实用新型实施例提供的粒子计数系统，实现了该方向粒子散射光的收集汇聚，增加了该方向粒子散射光量的收集。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应该认为超出本实用新型的范围。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系属于仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其他任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上对本实用新型所提供的一种粒子计数器及粒子计数系统进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种粒子计数器，其特征在于，包括：

发光部件、散射腔主体、移除光束的光陷阱部件和处理部件；

所述散射腔主体中开有进光口和出光口，所述发光部件发出的光束在所述进光口与所述出光口间形成光通路；所述进光口外侧连接有所述发光部件，所述出光口的外侧与所述光陷阱部件连接；所述散射腔主体的内壁为吸光内壁；

所述散射腔主体中设置有用于粒子气流流通的进气部件和排气部件，所述进气部件与所述排气部件间形成粒子气流通道；所述粒子气流与所述光束相交形成光敏区；

所述散射腔主体的内部设置有对所述粒子气流中的粒子在光敏区中的散射光进行汇聚的聚光透镜，所述聚光透镜的聚焦点上设置有光电探测器；

所述光电探测器与所述处理部件电连接。

2.根据权利要求1所述的粒子计数器，其特征在于，所述聚光透镜包括：

第一聚光透镜和第二聚光透镜；

所述第一聚光透镜和所述第二聚光透镜分设在所述光敏区的两侧；

所述第一聚光透镜的聚焦点上设置有第一光电探测器，所述第二聚光透镜的聚焦点上设置有第二光电探测器。

3.根据权利要求2所述的粒子计数器，其特征在于，所述第一光电探测器与第一处理部件电连接；

所述第二光电探测器与第二处理部件电连接。

4.根据权利要求1所述的粒子计数器，其特征在于，所述发光部件，包括：

光源部件和准直压缩光束的光学透镜组；

相应的，所述光学透镜组的出光侧与所述进光口连接，所述光学透镜组的入光侧设置有所述光源部件。

5.根据权利要求1所述的粒子计数器，其特征在于，所述进气部件与所述排气部件对位设置在所述光敏区的两侧。

6.根据权利要求5所述的粒子计数器，其特征在于，所述粒子气流通道与所述光通路垂直相交。

7.根据权利要求1所述的粒子计数器，其特征在于，所述聚光透镜与所述散射腔主体的内壁卡接连接。

8.根据权利要求1所述的粒子计数器，其特征在于，所述散射腔主体的内壁为涂有吸光涂层的内壁。

9.一种粒子计数系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的粒子计数器。

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