[實用新型]測量塵埃粒子的光學(xué)傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720044974.5
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN201116912Y
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃惠杰;鄒麗新;孫民
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02;G01N15/06;G01N21/51
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳忠輝

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種低噪聲光學(xué)傳感器，可以用于測量空氣中塵埃粒子的大小和質(zhì)量濃度。

背景技術(shù)

測量塵埃粒子的光學(xué)傳感器以塵埃粒子在光束中產(chǎn)生的光散射現(xiàn)象為原理，通過測量塵埃粒子產(chǎn)生的散射光強(qiáng)度而推知粒子的尺寸和空氣中所含的塵埃粒子的質(zhì)量濃度。

在先技術(shù)中，塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)傳感器所采用的技術(shù)方案，可參見蘇州凈化設(shè)備廠吳俊民等人在1994年10月28日申請的實用新型專利“塵埃粒子計數(shù)器的光學(xué)傳感器”(專利號為ZL94239551.4)。測量塵埃粒子的光學(xué)傳感器通常由照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換器、氣路系統(tǒng)組成，其中的照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)的軸線相交于光敏感區(qū)中心點(diǎn)。工作時，氣路系統(tǒng)將被測空氣吸入光學(xué)傳感器中的光敏感區(qū)，其中的塵埃粒子在光束照明下產(chǎn)生與粒子尺寸成比例的散射光信號，散射光信號被散射光收集系統(tǒng)接收后入射于光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出與散射光強(qiáng)度成正比的電信號，后續(xù)信號處理系統(tǒng)根據(jù)此電信號的幅度給出粒子尺寸和空氣中塵埃粒子的質(zhì)量濃度。由于塵埃粒子的散射光信號是及其微弱的，所以不允許雜光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器，否則測量結(jié)果將是不可信的。

在先技術(shù)中，為了獲得體積盡量小的光學(xué)傳感器，通常把光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計得十分簡單，在照明系統(tǒng)與散射光收集系統(tǒng)中省去了必要的消除雜光的機(jī)構(gòu)。比如：散射光收集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只有一個橢球面反射鏡，即光敏感區(qū)和光電轉(zhuǎn)換器分別位于橢球面反射鏡的兩個焦點(diǎn)位置，由于光電轉(zhuǎn)換器直接面對光敏感區(qū)，而氣路系統(tǒng)區(qū)中的進(jìn)氣管十分靠近光敏感區(qū)，由照明系統(tǒng)產(chǎn)生的衍射光被進(jìn)氣管阻擋而產(chǎn)生嚴(yán)重的雜光，這種雜光將直接進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器；以及照明系統(tǒng)中的光陷阱結(jié)構(gòu)簡單，只是單個錐形或直筒形結(jié)構(gòu)，這種簡單的光陷阱結(jié)構(gòu)不能完全吸收照明光，使部分光線從光陷阱反射出來而進(jìn)入散射光收集系統(tǒng)，使光電轉(zhuǎn)換器接收到的雜光成分多，導(dǎo)致散射光信號的信噪比低。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種雜光過濾功能強(qiáng)、靈敏度高的測量塵埃粒子的光學(xué)傳感器；本實用新型的另一目的在于提供一種低噪聲的光學(xué)傳感器。

本實用新型的目的通過以下技術(shù)解決方案來實現(xiàn)：

一種測量塵埃粒子的光學(xué)傳感器，包括有照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換器和氣路系統(tǒng)，所述的照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)的軸線相交于光敏感區(qū)中心點(diǎn)；在所述的照明系統(tǒng)中，沿半導(dǎo)體激光器組件發(fā)出的平行激光束前進(jìn)方向上依次設(shè)置有聚焦透鏡、光敏感區(qū)和光陷阱；所述的氣路系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、光敏感區(qū)和出氣管；所述的散射光收集系統(tǒng)包括沿其軸線依次設(shè)置的旋轉(zhuǎn)凹面反射鏡、光敏感區(qū)、光闌、中繼透鏡組，所述的光敏感區(qū)與光闌分別位于旋轉(zhuǎn)凹面反射鏡的兩個共軛位置處，所述的中繼透鏡組設(shè)置在光闌和光電轉(zhuǎn)換器之間，光闌與光電轉(zhuǎn)換器敏感面分別位于中繼透鏡組的兩個共軛位置處。

所述的光陷阱為雙錐形結(jié)構(gòu)，沿激光束前進(jìn)方向上依次為入口、中部和底部，其尺寸先從大變到小，再從小變到大。所述的光陷阱的內(nèi)壁呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)。所述的光陷阱的內(nèi)壁上涂有消光黑漆。

所述的旋轉(zhuǎn)凹面反射鏡與中繼透鏡組組成的成像系統(tǒng)的總倍率的絕對值小于1。

所述的聚焦透鏡的焦點(diǎn)與光敏感區(qū)的中心點(diǎn)重合。

所述的光電轉(zhuǎn)換器是光電二極管、光電池，或光電倍增管。

本實用新型的有益效果是：散射光收集系統(tǒng)中采用了光闌與中繼透鏡組，可以阻擋照明系統(tǒng)產(chǎn)生的衍射雜光和由光陷阱反射出來的雜光。光陷阱為雙錐形結(jié)構(gòu)，其對入射照明激光束的吸收效率高，因而照明系統(tǒng)產(chǎn)生的雜光很弱。旋轉(zhuǎn)凹面反射鏡與中繼透鏡組組成的成像系統(tǒng)的總倍率的絕對值小于1，減小了光電轉(zhuǎn)換器輸出電信號中的噪聲。

附圖說明

圖1為本實用新型的主視圖。

圖2為圖1中沿A-A向的剖視圖。

其中：

1：半導(dǎo)體激光器組件、2：聚焦透鏡、3：光敏感區(qū)、4：光陷阱、5：旋轉(zhuǎn)凹面反射鏡、6：光闌、7：中繼透鏡組、8：光電轉(zhuǎn)換器、9：進(jìn)氣管、10：出氣管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。

請參閱圖1和圖2。本實用新型的測量塵埃粒子的低噪聲光學(xué)傳感器由照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換器和氣路系統(tǒng)組成。所述的照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)的軸線AA、BB和CC相交于光敏感區(qū)中心點(diǎn)O₁。