CN2234615Y - 便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器，其特点在于它采用了半导体激光器为散射光源，集光反射镜采用具有光学通道的二次曲面直接共轭成象反射镜，另外还有一个可使光敏区具有光密度更强和光照射均匀的可调光路。本实用新型的优点是，体积小，整机为现有一半，重量轻，在2公斤以内，功耗小，可用干电池供电，信噪比高于3∶1，可便携于任何现场进行环境洁净度检测及超细粉尘检测。

Description

便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器

本实用新型涉及一种超净检测设备中的主体部件，即一种便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器。

目前，已有的激光尘埃粒子计数器光学传感器，如美国ROYCO公司的226型激光尘埃粒子计数器、中国上海光学精密机械研究所马国欣等人发明的“激光尘埃粒子计数器光学探头”(专利公开号为CN062209A)以及申请人在92年12月30日申请的专利“尘埃粒子计数器光学传感器”(专利号92107237.6)，它们的光源皆采用He-Ne激光器，集光反射镜分别用抛物面镜及旋转椭球反射镜。前两种在使用时，其尘埃粒子被激光照射后的散射光经集光反射镜收集后为一束平行光，必需要由聚焦透镜会聚后再由光电倍增管接收，这样使光能量的损耗较大，影响信噪比的提高，而后一种虽对前两种做了改进，但激光器发出的激光束要扩为扁平光束，这使得光敏区的功率密度受到影响，对信噪比的提高仍存在不利因素，另外，旋转椭球反射镜虽实现了二次曲面直接共轭成象，但它难于进行精密光学加工，表面光洁度与整体成象质量不高，也影响了信噪比的提高，对于上述三种光学传感器，还存在一个共同的问题，即采用He-Ne气体激光器为光敏区散射照明光源，体积大且需高压供电，使得整机难于实现小型便携。

本实用新型的目的是针对上述现有技术中存在的不足，而提供一种体积小、结构简单、信噪比高的便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器。

实现上述实用新型目的的技术方案是这样的，它包括激光器、具有光学通道的二次曲面直接共轭成象集光反射镜(球面反射镜和旋转椭球反射镜)、样气通道、消杂光光栏和光电倍增管，样气通道与激光束相交，其光敏区和光电倍增管分别位于集光反射镜的两个共轭物象点处，消杂光光栏位于光电倍增管前，本实用新型的特征是激光器采用半导体激光器，在集光反射镜的激光束入口和出口处分别设有可调准直器和逆向反射镜，它们在系统中构成了一个可调光路。检测时，由半导体激光器发出激光，经准直器后使发射光变为较为平行的光束，通过调整准直器和逆向反射镜，保证得到光功率密度较高且较均匀的光敏区，照射来自样气通道中的样气尘埃粒子流，并对粒子产生散射，集光反射镜在一个较大的立体角范围内将样气中尘埃粒子的散射光收集后，直接成象于集光反射镜的共轭象点上，经消杂光光栏滤光后入射到光电倍增管的光敏面上，输出的电信号再经放大，脉冲甄别，分档计数等信息处理得到粒子的粒度及分布。

本实用新型与上述现有技术相比，既保持了原有优点，又使其具有以下显著效果：(1)采用小型半导体激光器作为散射光源，体积大幅度减小，其光源体积只为现有He-Ne光源体积的1/50，而整机体也比原有整机减小了一半，光学传感器重量在2公斤以内，可实现整机的小型便携；(2)用可调准直器和逆向反射镜组合，保证了光敏区的优良光学特性，使信噪比进一步提高(高于3∶1)；(3)更普遍地提出了采用具有共轭成象特征的二次曲面反射镜作为散射光集光反射镜，其结构简单，直接成象，易于调整且信噪比高，如果采用最易于精密批量光学加工的球面共轭成象反射镜，可以比旋转椭球共轭反射镜面得到更高的光洁度和高反射率与小的象差，从而使信噪比的提高幅度更大，可为旋转椭球反射镜的2～3倍；(4)由于采用了小型的半导体激器为散射光源，所以不再需高压供电，而可用干电池供电，总功率大大降低，只为原有功率的1/20。

本实用新型的具体结构由以下附图和实施例给出。

图1是根据本实用新型所述采用球面反射镜构成的便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器的光路结构示意图。

图2是采用旋转椭球反射镜构成的便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器的光路结构示意图。

以下根据附图分别以两种不同形式的二次曲面直接共轭成象集光反射镜为例对本实用新型做更具体的说明。

参见图1，便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器是由半导体激光器1、可调准直器2、共轭成象球面反射镜4、样气通道5、球面逆向反射镜7、消杂光光栏9和光电倍增管10组成，半导体激光器1的波长为0.67μm，功率为5mw，准直器2由透镜2a和2b构成，两透镜间距可调，球面逆向反射镜7由玻璃制成，其反射面镀有反射膜，球面反射镜4材料为光学玻璃，球面腔内需抛光并镀有光学反射膜，它位于可调准直器2和球面逆向反射镜7之间的光路上方，样气通道5和光束交点构成光敏区8，光敏区8和光电倍增管10的光敏面分别位于球面反射镜4的共轭物、象点上，消杂光光栏9位于光电倍增管10前。为进一步消除杂光对系统的影响，在光敏区8的两侧，且在准直器之后、球面逆向反射镜7之前还分别设置了一个锥形消杂光光栏3和6，锥形消杂光光栏3和6分别是由两个孔径为1.5mm和2.5mm的光栏3a、3b和6a、6b构成，设置时小光栏3a和6a分别靠近准直器2和逆向反射镜7，大光栏3b和6b位于可调光路的内侧，其外表面为锥面。

参见图2，本例的光路结构、元器件的参数要求均与上例相同，所不同之处是采用旋转椭球反射镜4为散射光的集光反射镜，该反射镜具有光束入射通道和出射通道，锥形消杂光光栏3和6分别位于旋转椭球反射镜的光束入射和出射通道内，另外，旋转椭球反射镜4的材料可选择铜，其内腔加工抛光后，镀光学反射膜，旋转椭球反射镜相对于上述球面反射镜而言，加工工艺较难，精度难以保证，所以前者优于后者。

本实用新型所述的光学结构，在保持相同的光电特性基础上，还有一些显而易见的互换和修改，如将逆向反射镜改为透光平镜，采用具有光电倍增特性的雪崩二极管等。

Claims (4)

1、一种便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器，它包括激光器〔1〕、具有光学通道的二次曲面直接共轭成象的集光反射镜〔4〕、样气通道〔5〕、消杂光光栏〔9〕和光电倍增管〔10〕，样气通道〔5〕与激光束相交，其光敏区〔8〕和光电培增管〔10〕分别位于集光反射镜〔4〕的两个共轭物象点处，消杂光光栏〔9〕位于光电倍增管〔10〕前，其特征是激光器〔1〕采用半导体激光器，在集光反射镜〔4〕的激光束入口和出口处分别设有可调准直器〔2〕和逆向反射镜〔7〕。

2、根据权利要求1所述的便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器，其特征是在光敏区〔8〕的两侧且在可调准直器〔2〕之后、逆向反射镜〔7〕之前还分别设有锥形消杂光光栏〔3〕和〔6〕。

3、根据权利要求2所述的便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器，其特征是所说锥形消杂光光栏〔3〕和〔6〕内分别由两个孔径不同的光栏组成。

4、根据权利要求1或2所述的便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器，其特征是上述集光反射镜〔4〕的反射面抛光并镀有光学反射膜。

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