[發明專利]激光環境散射率測量裝置

有效

• 申請號: 201110311698.5
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102507500A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 高愛華;劉衛國;閆麗榮
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49;G01N15/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

技術領域

本發明涉及激光散射特性研究領域，具體涉及一種激光環境散射率測量裝置。

背景技術

隨著科技的進步，產品質量越來越高，過去一些在普通環境下進行的激光測量已不能滿足產品指標的要求。例如用激光散射法測量超光滑表面粗糙度、高反射鏡散射率測量、全反射棱鏡的散射光測量，激光高吸收率測量等微弱激光測量場合，被測信號激光非常微弱，此時環境中灰塵顆粒的散射影響不能忽略，有時灰塵顆粒產生的散射甚至會大于信號光，對環境顆粒散射率的檢測對于正確評價被測量的大小意義重大。

目前用光散射法測量微粒的散射方法主要是基于米氏散射理論，用光全散射法測量微粒尺寸，它是通過測量出射光強度來進行計算的，且測量條件苛刻，計算復雜。（西安電子科技大學碩士學位論文，2011年1月，光散射法在顆粒測量中的應用，21-28）

與本發明最相關的已有技術是：光散射測塵儀器的最新成果-LD-5C型微電腦激光粉塵儀。其光散射的核心部分是：激光照射暗室中的粉塵產生散射光，經前向接收并轉換成與散射光強度及粉塵濃度成正比的每分鐘脈沖計數，最后通過儀器的微處理器計算出粉塵質量濃度。（環境與健康雜志，2008年3月第25卷第3期，267-269）LD型激光粉塵儀適合測量環境中粉塵變化比較大的場合，對于同一種測量場合，粉塵的細微區別無法區分，沒有給出測量數據，說明其分辨率有限。具體測量數據如下表：

以上公知技術中，光探測器接收的均是激光經顆粒散射后的出射光強信號，相對于散射光，出射光信號功率依然很大，此時光電探測器不能選用靈敏度高，噪聲小的微弱光電探測器，造成從探測原理上不能獲得信噪比高的測量結果。

上述激光粉塵儀適合測量粉塵濃度高的場合，對于普通實驗室等粉塵很少的場合，激光散射損耗很小，可以忽略不計，此儀器不實用，或者說測量不出此時的光散射信號。此儀器的另一個缺點是光源功率的不穩定會極大地影響測量結果。例如一般的激光器（激光二極管）其功率穩定度為±4%數量級，如果粉塵造成的光散射在此范圍內變化，此儀器將難以測出。

綜上所述，現有技術存在的問題是在粉塵濃度高的場合無法獲得信噪比高的激光環境散射率和在粉塵較少的場合下無法進行測量的問題。

發明內容

本發明要提供一種在普通環境下對空氣中灰塵顆粒的激光散射率測量裝置。

一種激光環境散射率測量裝置，包括光學平臺19、計算機20和控制組件，所述光學平臺19上安裝有光學平板18，光學平板18上設置有光學測量組件，其特征在于：

所述光學測量組件包括激光光源1、聲光調制器2、光束整形組件3、透反鏡4、反射鏡5和積分球9，其中激光光源1、聲光調制器2、光束整形組件3、透反鏡4和反射鏡5位于同一光路上，積分球9上設置有3處開孔，分別是第一開孔6、第二開孔7和第三開孔11，第一開孔6與第二開孔7的中心連線穿過積分球9的球心，第二開孔7的外側設置有陷光器8，第三開孔11處設置有第一光電探測器12，第一光電探測器12的前端設置有保護擋板10，保護擋板10的表面與積分球內表面處理相同；

所述控制組件包括第一鎖相放大器14、第二鎖相放大器15、同步數據采集單元16和波形發生器17，計算機20控制波形發生器17輸出方波信號，此方波信號用于聲光調制器2的調制驅動，同時此方波信號被送至第一鎖相放大器14和第二鎖相放大器15中；透反鏡4的反射光由其光路上設置的第二光電探測器13后轉換成電信號，此電信號經第二鎖相放大器15后輸出去噪后的電壓信號，該電壓信號經同步數據采集單元16采集后送入計算機20；所述第一光電探測器12輸出電信號經第一鎖相放大器14后輸出去噪后的電壓信號，該電壓信號經同步數據采集單元16采集后送入計算機20。

上述激光光源1發出的激光以布喇格角射入聲光調制器2，聲光調制器2的一級衍射光作為測量用的入射光，計算機20控制波形發生器17輸出方波信號，此方波信號用于聲光調制器2的調制驅動。

上述聲光調制器2和光束整形組件3之間設置衰減片。這樣就可用于對灰塵濃度高的場合進行測量。

與現有技術相比，本發明的優點是：

1、實現了激光環境散射率的準確測量，精度高：

本發明直接收集激光在環境中的某段光路上的全部散射光信號進行測量，同時利用信噪比高、靈敏度高的微弱光電探測器（如光電倍增管、雪崩光電二極管）來進行散射光的探測，從而可以獲得極高的信噪比。本發明彌補了目前該領域定量測量的空白，用于間接評定灰塵顆粒的濃度，具有重要的現實意義。