CN2906598Y - 小型半导体激光尘埃粒子计数器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型半导体激光尘埃粒子计数器，包括光学系统、气路装置和控制系统，所述控制系统中，光电转换器件的输出经信号放大电路连接至信号甄别电路，所述信号放大电路中包括由微处理器控制的可编程放大器，其特征在于：所述控制电路中还设有灵敏度校正电路，所述灵敏度校正电路主要由绝对值放大电路和A/D转换电路构成，绝对值放大电路的输入端与信号放大电路的输出端电连接，其输出端经所述A/D转换电路连接至微处理器的输入接口。本实用新型实现了灵敏度的自动校正，保证了测试的准确性；同时电路结构简单，易于实现。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测试空气中悬浮颗粒颗粒数的装置，具体涉及一种用于检测洁净环境的尘埃粒子计数器。
背景技术
光学尘埃粒子计数器是检测洁净环境中尘埃颗粒浓度的仪器，它是以尘埃颗粒在激光束中产生的光散射现象为原理设计而成。其通常包括光学系统、气路装置和控制电路，其中的气路装置主要由采样管、散射腔、气泵、过滤器、流量测试及调节装置构成，开动气泵，空气中的尘埃粒子随采样气流通过位于散射腔中的光敏感区时，产生与其粒径相关的散射光脉冲，光学系统将散射光脉冲收集于光电转换器件，光电转换器件将光脉冲信号变为相应的电脉冲信号。信号处理系统将电脉冲信号放大，并经幅度甄别器甄别后由微处理器处理，最后得到各档粒径的尘埃粒子数。
根据光散射原理，当尘埃颗粒的半径小于光的波长时，散射光强与入射光强、粒子半径及单位体积内的粒子数相关，因而，同一粒径的尘埃粒子，在不同的入射光强照射下，产生的散射光的光强不同，由此可能影响检测的准确度。虽然，目前使用的半导体激光器都有稳功率措施，但当半导体激光器损坏时，它并不是不发光，而是成了一块光斑，所以散射光将大大地降低，从而使仪器接收灵敏度也大大降低，由于散射腔是密封的，一般不易发现半导体激光器的损坏；另一方面，仪器中采用的光电转换器以及信号处理系统中所用的器件均是半导体，半导体器件的温度特性较差，当环境温度发生变化时，仪器的接收灵敏度会发生偏移，从而使测量数据与实际数据发生偏差。因此，必须在尘埃粒子计数器中加入灵敏度校正系统，然而，现有技术中，校正系统的电路复杂，成本高，因而，在国内生产的小型半导体激光尘埃粒子计数器中，一部分仪器并不设置灵敏度校正系统，还有一部分仪器仅对光源信号进行监视，这导致了国产仪器在接收灵敏度上的缺陷。
发明内容
本实用新型目的是提供一种带有结构简单、适于小型装置中使用的灵敏度校正结构的半导体激光尘埃粒子计数器。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种小型半导体激光尘埃粒子计数器，包括光学系统、气路装置和控制系统，所述控制系统包括激光器控制电路、光电转换器件、信号放大电路、信号甄别电路、计数电路、微处理器和气路控制电路，光电转换器件的输出经信号放大电路连接至信号甄别电路，所述信号放大电路中包括由微处理器控制的可编程放大器，所述控制电路中还设有灵敏度校正电路，所述灵敏度校正电路主要由绝对值放大电路和A/D转换电路构成，绝对值放大电路的输入端与信号放大电路的输出端电路连接，其输出端经所述A/D转换电路连接至微处理器的输入接口。
上述技术方案中，所述光学系统和气路装置是现有技术，通常，光学系统包括半导体激光器、位于散射腔内的光敏感区域和光陷阱，半导体激光器发出的激光经过散射腔，光电转换器件位于光敏感区的侧面；气路装置则主要由采样管、散射腔、气泵、过滤器、流量测试及调节装置构成，其中，一般设置两个气路(或者设置支路)使得被气泵吸入的空气可以被控制经过或不经过过滤器，校正时，空气经过过滤器进入以反应本底噪声，检测时，空气不经过过滤器，以检测尘埃粒子。随气流进入光敏感区的尘埃粒子，将产生与其粒径相关的散射光，散射光由光电转换器件接收转换后，经信号放大电路放大，其获得的电信号中，尘埃粒子产生的信号远大于静噪声。静噪声由两部分组成，一是无尘埃粒子通过时，由光源照射在散射腔光敏感区后产生的光背景噪声被光电转换器接收后产生的电信号；另一部分是电路产生的静噪声。实验证明，当一台计数器定标后，在各器件完好的情况下，背景噪声发生变化，其接收灵敏度也随之变化，即静噪声增大，其接收灵敏度提高；反之，接收灵敏度降低。通常，人们认为静噪声是有害的，降低得越小越好。但实际上，静噪声是始终存在的，由于静噪声的大小可以间接地反映仪器的接收灵敏度，因此，可以用静噪声来进行接收灵敏度的校正。本技术方案中，设置了灵敏度校正电路，当仪器处于零计数时(例如开机时进行零计数测试时，或者中间需要校正时使空气经过过滤器)，机内微处理器在判断仪器已零计数时，接收静噪声值，由于静噪声相对于尘埃粒子信号要小得多，因此另外设置了绝对值放大电路，将静噪声信号整流成单向信号并放大，再由A/D转换电路转换成数字信号，由微处理器接收。微处理器将平滑后的静噪声信号与定标时存贮的静噪声值进行比较，有偏差时，通过可编程放大器调整放大倍率进行补偿，以修正到出厂时的静噪声值，由此来校正仪器的灵敏度。如果补偿后仍超出允许的偏差值时，提示使用者送检，以重新定标或者进行维修。
上述技术方案中，所述绝对值放大电路由整流放大电路和加法放大电路构成，所述信号放大电路的输出分成两路，其中一路经整流放大电路后连接至加法放大电路，另一路直接连接至加法放大电路。
进一步的技术方案，所述加法放大电路中含有积分电路。
上述技术方案中，所述加法放大电路包括反相连接的运算放大器，在其反相输入端与输出端之间与负反馈电阻并联设置有电容器，构成所述积分电路。
所述整流放大电路包括反相连接的运算放大器，还设有二极管，所述二极管的反相端与运算放大器的反相输入端连接，正相端与运算放大器的输出端连接。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1.由于本实用新型设置了灵敏度校正电路，可以通过微处理器检测并通过控制可编程放大器改变放大倍率，实现灵敏度的自动校正，从而保证了测试的准确性；
2.本实用新型的灵敏度校正电路是利用现有的取样信号，再经过绝对值放大实现的，因而电路结构简单，易于实现；
3.在加法放大电路中可以设置积分电容器，用于平滑输出信号，从而减轻微处理器的运算负担。
附图说明
附图1为本实用新型实施例一的控制系统的示意框图；
附图2为实施例一的控制系统中放大电路和绝对值放大电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：参见附图1和附图2所示，一种小型半导体激光尘埃粒子计数器，包括光学系统、气路装置和控制系统，其中，光学系统包括半导体激光器、位于散射腔内的光敏感区域和光陷阱，光电转换器件位于光敏感区的侧面；气路装置则主要由采样管、散射腔、气泵、过滤器、流量测试及调节装置构成，零计数时，泵体吸入的气体经过滤器进入散射腔，检测时，吸入的气体则不经过滤器直接进入散射腔；所述控制系统包括激光器控制电路、光电转换器件、信号放大电路、信号甄别电路、计数电路、微处理器和气路控制电路，光电转换器件上设置有温度补偿电路，其输出经信号放大电路连接至信号甄别电路，所述信号放大电路中包括由微处理器控制的可编程放大器，所述控制电路中还设有灵敏度校正电路，所述灵敏度校正电路主要由绝对值放大电路和A/D转换电路构成，绝对值放大电路的输入端与信号放大电路的输出端电路连接，其输出端经所述A/D转换电路连接至微处理器的输入接口。
本实施例中，所述绝对值放大电路由整流放大电路和加法放大电路构成，所述信号放大电路的输出分成两路，其中一路经整流放大电路后连接至加法放大电路，另一路直接连接至加法放大电路。其中，所述整流放大电路包括反相连接的运算放大器，还设有二极管，所述二极管的反相端与运算放大器的反相输入端连接，正相端与运算放大器的输出端连接。所述加法放大电路包括反相连接的运算放大器，在其反相输入端与输出端之间与负反馈电阻并联设置有电容器，构成积分电路。附图2中给出了信号放大电路与绝对值放大电路部分的电路原理示意图，图中，A连接光电转换器件的输出端，B连接至信号甄别电路，C连接至A/D转换电路，可编程放大器中由一个通过CPU输出选通的16选模拟开关与对应的电阻系列构成放大倍率控制机构。
校正时，空气经过过滤器进入以反应本底噪声(静噪声)，检测时，空气不经过过滤器，以检测尘埃粒子。半导体激光器发出的激光进入散射腔，在光敏感区域尘埃粒子产生散射光，散射光由光电转换器件接收转换后，经信号放大电路放大，其获得的电信号中，尘埃粒子产生的信号远大于静噪声。当仪器处于零计数时，机内微处理器，接收静噪声值，由于静噪声相对于尘埃粒子信号要小得多，因此另外设置了绝对值放大电路，将静噪声信号整流成单向信号并放大，再由A/D转换电路转换成数字信号，由微处理器接收。其中，由于整流运算放大器的负反馈回路中设置有二极管，当输入负信号时，放大电路被二极管钳位，另一路的负信号被加法放大电路(负反馈积分)放大；输入正信号时，输出放大的负信号，由于其较另一路输入信号大，进入加法放大电路放大，由此，实现静噪声信号的整流、放大。积分电路(电容器)的设置对输出信号起到平滑作用，微处理器将A/D转换后的静噪声信号与定标时存贮的静噪声值进行比较，有偏差时，通过可编程放大器调整放大倍率进行补偿，以修正到出厂时的静噪声值，由此来校正仪器的灵敏度。如果补偿后仍超出允许的偏差值时，提示使用者送检，以重新定标或者进行维修。
对本实施例的尘埃粒子计数器，与不设置灵敏度校正电路的计数器进行对比实验，其它条件一致。用于定标的标准粒子为0.303μm，半导体激光器(40mW)的标准工作电压应为3.0V。采用降低半导体激光器的工作电压的方式模拟半导体激光器发光强度变弱，测试结果如下表：
| 半导体激光器工作电压(V) | 不加校正电路时0.3μm的计数值(颗) | 本实施例设置校正电路时0.3μm的计数值(颗) |
| 3.02.952.92.852.8 | 40674002385537103162 | 42964304419142064136 |
实验结果表明，当半导体激光器的工作电压发生6.7％的变化，不加校正电路时其接收数据将发生22.3％的变化；加校正电路时其接收数据仅产生3.7％的变化。校正的效果非常明显。
Claims (5)
1.一种小型半导体激光尘埃粒子计数器，包括光学系统、气路装置和控制系统，所述控制系统包括激光器控制电路、光电转换器件、信号放大电路、信号甄别电路、计数电路、微处理器和气路控制电路，光电转换器件的输出经信号放大电路连接至信号甄别电路，所述信号放大电路中包括由微处理器控制的可编程放大器，其特征在于：所述控制电路中还设有灵敏度校正电路，所述灵敏度校正电路主要由绝对值放大电路和A/D转换电路构成，绝对值放大电路的输入端与信号放大电路的输出端电路连接，其输出端经所述A/D转换电路连接至微处理器的输入接口。
2.根据权利要求1所述的小型半导体激光尘埃粒子计数器，其特征在于：所述绝对值放大电路由整流放大电路和加法放大电路构成，所述信号放大电路的输出分成两路，其中一路经整流放大电路后连接至加法放大电路，另一路直接连接至加法放大电路。
3.根据权利要求2所述的小型半导体激光尘埃粒子计数器，其特征在于：所述加法放大电路中含有积分电路。
4.根据权利要求3所述的小型半导体激光尘埃粒子计数器，其特征在于：所述加法放大电路包括反相连接的运算放大器，在其反相输入端与输出端之间与负反馈电阻并联设置有电容器，构成所述积分电路。
5.根据权利要求2所述的小型半导体激光尘埃粒子计数器，其特征在于：所述整流放大电路包括反相连接的运算放大器，还设有二极管，所述二极管的反相端与运算放大器的反相输入端连接，正相端与运算放大器的输出端连接。
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2006
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