CN219496065U - 一种新型粒子计数器光路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种新型粒子计数器光路系统，包括激光光源，沿激光光源的光路依次设置有非球面准直透镜、平凸柱面镜、矩形小孔光阑和光敏区，光敏区沿垂直光轴方向的上方设置有凹面反射镜，光敏区沿垂直光轴方向的下方设置有光电探测器，非球面准直透镜的平面一侧和平凸柱面镜的凸面一侧朝向激光入射方向。该新型粒子计数器光路系统无需柱面镜阵列镜片，降低了调试难度且成本降低；设置矩形小孔光阑，有效改善粒径信号的信噪比，从而有利于区分更小的粒径信号，可以提升粒子计数器系统的粒径分辨能力及计数效率。

Description

一种新型粒子计数器光路系统

技术领域

本实用新型属于粒子计数器领域，尤其涉及一种带矩形光阑的粒子计数器光路系统。

背景技术

光学粒子计数器是测量环境空气中颗粒物的粒径及其分布的仪器，其测量原理是基于Mie散射理论，当单个颗粒随气流进入光敏区被光束照射产生散射光，散射光强度与颗粒的粒径相关，通过收集散射光并通过光电探测器转换为电信号，即可实现对颗粒粒径的测量和计数。为提高激光粒子计数器的计数效率和粒径分辨能力，需要在粒子通过的光敏区域形成一条能量分布均匀且强度较高的光斑，该光斑长度应大于进、出气嘴的孔径大小。例如申请号为202111401728.1的发明专利提出一种尘埃粒子计数器的光源整形装置，该光源整形装置包括激光器、非球面平凸镜片、柱面镜聚焦镜片、柱面镜阵列镜片和光敏区，通过非球面平凸镜片对光束进行准直，柱面镜聚焦镜片将光束聚焦到光敏区位置，柱面阵列镜片提高半导体激光在光敏区的光强均匀性。但是使用柱面镜阵列镜片使得调试过程更加复杂，并且增加了成本。

实用新型内容

本实用新型针对现有的光学粒子计数器光路系统中的柱面镜阵列镜片调试过程复杂的技术问题，提出一种有效地降低光敏区的光噪声，提升光强均匀性且调试简单的新型粒子计数器光路系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种新型粒子计数器光路系统，包括激光光源，沿激光光源的光路依次设置有非球面准直透镜、平凸柱面镜、矩形小孔光阑和光敏区，光敏区沿垂直光轴方向的上方设置有凹面反射镜，光敏区沿垂直光轴方向的下方设置有光电探测器，非球面准直透镜的平面一侧和平凸柱面镜的凸面一侧朝向激光入射方向。

作为优选，所述凹面反射镜的反射面设置有铝膜。

作为优选，所述非球面准直透镜为圆形镜片，非球面准直透镜垂直于激光光源的光轴所在的直线放置，且其中轴线与光轴所在直线重合。

作为优选，所述平凸柱面镜为矩形镜片，平凸柱面镜垂直于激光光源的光轴所在的直线放置，且光轴穿过镜片中心。

作为优选，所述激光光源为半导体激光二极管。

作为优选，还包括设置于光路末端的消光装置。

作为优选，所述消光装置内部呈锥形，内壁设置有螺纹。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

该新型粒子计数器光路系统无需柱面镜阵列镜片，降低了调试难度且成本降低；设置矩形小孔光阑，有效改善粒径信号的信噪比，从而有利于区分更小的粒径信号，可以提升粒子计数器系统的粒径分辨能力及计数效率。

附图说明

图1为本实用新型粒子计数器光路系统的侧视图；

图2为本实用新型粒子计数器光路系统的俯视图；

以上各图中：1、半导体激光二极管；2、非球面准直透镜；3、平凸柱面镜；4、矩形小孔光阑；5、凹面反射镜；6、光敏区；7、高速响应光电探测器；8、消光装置。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和实施例做具体说明。

为便于描述和理解，将激光传输方向定为z轴方向，沿着激光光斑大发散角的方向定为y轴方向，沿着激光光斑小发散角的方向定为x轴方向。

实施例：如图1、图2所示，一种新型粒子计数器光路系统包括激光光源、非球面准直透镜2、平凸柱面镜3、矩形小孔光阑4、凹面反射镜5、光敏区6、高速响应光电探测器7及消光装置8，其中激光光源采用半导体激光二极管1。半导体激光二极管1发出的激光光线沿x轴方向传输，沿激光传输方向依次设置有非球面准直透镜2、平凸柱面镜3、矩形小孔光阑4、光敏区6及消光装置8，在光敏区6位置沿y轴方向的一侧设置有凹面反射镜5，另一侧安装有高速响应光电探测器7。

半导体激光二极管1发射的激光为椭圆形光斑，x轴，y轴方向有两个不同的发散角，发散角大的方向为y轴方向，该半导体激光二极管1放置方向为y轴方向竖直放置，x轴方向水平放置。非球面准直透镜2将半导体激光二极管1发射出的激光光束准直，非球面准直透镜2的放置方向为平面一侧朝向半导体激光二极管1，镜片中心位于光轴所在直线上。平凸柱面镜3放置于非球面准直透镜2之后，凸面一侧朝向激光入射方向，对激光二极管1发射出激光的x轴方向进行聚焦。

矩形小孔光阑4位于平凸柱面镜3的后放，其矩形小孔的安装方向为小孔的长边沿y轴方向，宽边沿x轴方向。设置矩形小孔光阑4能够很好地将弥散光晕剥除，使光敏区的光噪声降低。

凹面反射镜5位于光敏区6，即聚焦区域的y轴方向的上方，凹面反射镜5的反射面设置铝膜，反射面朝向光敏区域，能够很好地收集到散射光信号。高速响应光电探测器7位于光敏区6的y轴方向下方，探测面朝向光敏区域，能够接收到粒径信号，并完成光信号到电信号的转换，方便后期的电信号处理，得到完整的粒径信号。

消光装置8设置于光轴所在直线上光敏区6的后方，消光装置内部设置为锥形结构，并且在其内壁设置细密的螺纹，能够很好地消除剩余杂散光先，有利于消除光噪声对粒径信号产生的影响。

本实施例所述的新型粒子计数器光路系统的工作原理如下:

半导体激光二极管1发射的光斑为椭圆形，通过非球面准直透镜2将激光光束进行准直，实现圆形光斑输出。利用平凸柱面镜3进一步将圆形光斑整形为条形光斑，进一步的矩形小孔光阑4将弥散光晕剥除，最终在光敏区6位置使光斑能量聚焦成一条细线，得到高能量密度的光斑。当不同大小粒径的粒子通过该光斑时，就会产生比较杂散的散射光，铝膜凹面反射镜5将散射光收集后将其传输至高速响应光电探测器7，高速响应光电探测器7产生不同的电流信号并转换为电压信号，再利用电路做信号放大处理，得到粒径大小及粒子个数等信息。

该新型粒子计数器光路系统无需柱面镜阵列镜片，降低了调试难度且降低器件成本；设置矩形小孔光阑，有效改善粒径信号的信噪比，从而有利于区分更小的粒径信号，并实现粒子计数的高准确率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型粒子计数器光路系统，其特征在于：包括激光光源，沿激光光源的光路依次设置有非球面准直透镜、平凸柱面镜、矩形小孔光阑和光敏区，光敏区位于垂直光轴方向的一侧设置有凹面反射镜，另一侧设置有光电探测器，非球面准直透镜的平面一侧和平凸柱面镜的凸面一侧朝向激光入射方向。

2.根据权利要求1所述的新型粒子计数器光路系统，其特征在于：所述凹面反射镜的反射面设置有铝膜。

3.根据权利要求1所述的新型粒子计数器光路系统，其特征在于：所述非球面准直透镜为圆形镜片，非球面准直透镜垂直于激光光源的光轴所在的直线放置，且其中轴线与光轴所在直线重合。

4.根据权利要求1所述的新型粒子计数器光路系统，其特征在于：所述平凸柱面镜为矩形镜片，平凸柱面镜垂直于激光光源的光轴所在的直线放置，且光轴穿过镜片中心。

5.根据权利要求1所述的新型粒子计数器光路系统，其特征在于：所述激光光源为半导体激光二极管。

6.根据权利要求1所述的新型粒子计数器光路系统，其特征在于：还包括设置于光路末端的消光装置。

7.根据权利要求6所述的新型粒子计数器光路系统，其特征在于：所述消光装置内部呈锥形，内壁设置有螺纹。