[發(fā)明專利]一種光掃描散射儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210524802.3
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103018208A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭繼華;廖然;曾楠;馬輝;何宏輝
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49;G01N21/01
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測試測量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于空氣和/或水中顆粒物、微生物等測量的大范圍、高精度光掃描散射儀。

背景技術(shù)

空氣與水體中的顆粒物和微生物直接關(guān)系人們的健康，空氣中的顆粒物和微生物可以通過呼吸道直接被人體所吸收，對人體造成傷害形成疾病，懸浮于水體中的顆粒物，隨水進入植物組織內(nèi)，引起傷害；沉積在蔬菜或飼料植物的重金屬顆粒物，通過食物鏈進入人或動物的身體，海洋中的顆粒物和微生物則關(guān)系到海洋生態(tài)及海洋資源。對于這些顆粒物和微生物的測量，光學(xué)散射儀是一種有用儀器。

測量空氣與水體中的顆粒物和微生物有以下特點，樣品體積大，所含顆粒物比較稀少。因此，精密測量的一項指標(biāo)，就是能夠探測到盡可能小的濃度或密度。另外，由于要探測多種顆粒物，與顆粒物大小有關(guān)的角度分布應(yīng)盡可能精密。

在傳統(tǒng)的測量方法中，為了測量散射光的角分布，一種是采用多個固定的探測系統(tǒng)對固定光源在測量樣品中形成的散射光進行測量，但這種方式的角分辨率差，探測的范圍有限；另一種則利用一旋轉(zhuǎn)探測臂帶動探測系統(tǒng)進行測量，這種儀器角分辨率較第一種方式有一定改善，但仍遠未達到精密測量的要求，探測范圍仍然很小，且其裝置龐大，轉(zhuǎn)動速度慢，耗功率多，不適用于現(xiàn)場探測；還有一種是通過旋轉(zhuǎn)棱鏡接收固定光源的光再將其折射出去，旋轉(zhuǎn)棱鏡做的較大時重量會很大，轉(zhuǎn)動慣性就大，不能做大角度轉(zhuǎn)動，角分辨率較差，所以棱鏡的體積受到限制，但棱鏡做的不夠大時會限制他的接收面積，使得接收的光也少，同樣不利于提高精度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中角分辨率差，探測范圍有限的缺點，本發(fā)明提供了以下的技術(shù)方案：

一種光掃描散射儀，其特征是：包括可轉(zhuǎn)動的掃描光源系統(tǒng)和與之配套的散射光接收系統(tǒng)，及對所接收散射光進行處理的信號處理系統(tǒng)，所述散射光接收系統(tǒng)還包括配合其進行角度濾波的濾光系統(tǒng)。

本發(fā)明還可以采用以下的優(yōu)選方式：

所述可轉(zhuǎn)動的掃描光源系統(tǒng)置于設(shè)有出射光窗的密封殼內(nèi)，并對應(yīng)所述出射光窗設(shè)置，所述出射光窗是平面光窗、弧面光窗或球面光窗；所述散射光接收系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換器和入射光窗。

所述可轉(zhuǎn)動的掃描光源系統(tǒng)設(shè)有光強度調(diào)制裝置，可使出射光的強度隨時間做周期性變化。

所述信號處理系統(tǒng)是用于將所述散射光接收系統(tǒng)接收的信號進行增強放大處理的信號處理器。

所述信號處理器包括依次連接的工頻阻隔器、窄帶帶通濾波器、調(diào)制解調(diào)器、低通濾波器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述調(diào)制解調(diào)器用于把所接收的電信號轉(zhuǎn)移到高頻以減少噪音，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出。

所述濾光系統(tǒng)包括用于接收平行光的平行光濾光器，該平行光濾光器包括兩個透鏡及設(shè)置在兩者之間的狹縫；或用于接收一定角度范圍的光的濾光組件，該濾光組件置于所述球面光窗之后，包括配合所述球面光窗的魚眼鏡頭、第一、二、三透鏡和狹縫，所述魚眼鏡頭、第一透鏡、狹縫、第二狹縫和第三狹縫依次設(shè)置。

該光掃描散射儀還包括設(shè)置在所述掃描光源的光束出射路徑上用于確定掃描光束的偏振態(tài)的第一偏振變換系統(tǒng)，和設(shè)置在所述濾光系統(tǒng)與所述信號處理系統(tǒng)之間的光路上用于確定經(jīng)所述濾光系統(tǒng)過濾后的光的偏振態(tài)的第二偏振變換系統(tǒng)。

在所述光源掃描系統(tǒng)的掃描光束出射的方向上先后設(shè)置兩個凸透鏡，所述兩個凸透鏡的光軸重合，所述掃描光源系統(tǒng)在所述兩個凸透鏡的寬度范圍內(nèi)掃描。

所述散射光接收系統(tǒng)有兩個以上，根據(jù)需要相互間垂直設(shè)置、平行設(shè)置或其它夾角設(shè)置，分別接收不同角度的散射光。

所述可轉(zhuǎn)動的掃描光源系統(tǒng)有兩個以上。

所述出射光窗上設(shè)置有可避免來自掃描光源系統(tǒng)的掃描光束直射到所述濾光系統(tǒng)的遮光板。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的光掃描散射儀利用可轉(zhuǎn)動的掃描光源使得發(fā)出的光束在二維或者三維方向上做掃描，掃描范圍比較大，從而能夠擴大探測的范圍；又因為掃描光源本身體積重量等均較小，對掃描光源做轉(zhuǎn)動控制比較方便且容易實現(xiàn)精確控制，故該光掃描散射儀可實現(xiàn)較高的角分辨率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)框圖。

圖3是本發(fā)明一實施例的可轉(zhuǎn)動的掃描光源示意圖。

圖4是本發(fā)明一實施例的強度調(diào)節(jié)光源的光強隨時間變化圖。

圖5是本發(fā)明出射光窗一種實施方式的示意圖。

圖6是本發(fā)明出射光窗一種實施方式的示意圖。