[實用新型]空氣顆粒物濃度傳感高精度檢測光路

有效

• 申請號: 201720107106.0
• 申請日: 2017-02-04
• 公開（公告）號: CN206609753U
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 張偉;張磊
• 申請（專利權）人: 上海雷尼威爾物聯網有限公司
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種空氣顆粒物濃度傳感高精度檢測光路。

背景技術

目前多數城市的空氣質量差，空氣中顆粒物含量多長期呼吸對人體器官損害嚴重。顆粒物的檢測方法主要有篩分法、顯微鏡測試法、沉降法、電感應法和光散射法。其中光散射法測試時間短，可實現連續測量，避免了受氣候變化、濕度變化等因素影響而且維護方便因此適用范圍廣。

光線在均勻介質中通過時按直線方向傳播。但實際介質總非絕對均勻。例如大氣中存在氣體密度的起伏，而且往往含有微塵或微小液滴。又如溶膠或懸浮液含有微小的固體顆粒。當光束通過這類不均勻介質時，除了透過以及可能發生的吸收外，入射光的一部分會偏離其原來的傳播方向，而投射到其它方向，這種現象稱為光的散射。散射現象的理論處理很復雜，不相關散射是指顆粒群中顆粒間距足夠大，顆粒在空間是無規分布的，它們的散射光不會因相干而抵消，此時各個顆粒的散射可以認為是相互獨立的。檢測空氣顆粒物濃度時，需要將空氣顆粒物中的粒徑較大顆粒物和粒徑較小的顆粒物區分開來并分別計數才能精確的檢測出大顆粒物濃度值和小顆粒物濃度值，而不是僅僅提供一個誤差較大的濃度范圍。多數廠家采用加熱法或者控制空氣流速法來區分小顆粒物和大顆粒物，使生產的傳感器成本增加，體積較大，功耗增加。

本發明采用激光作為發射光源，測量精度高，可以測量0.5～0.2微米直徑的顆粒。采用小顆粒散射角大的規律在接收器處直接按照接收器中心部分接受到的光強對比外緣暗環環形部分的個數以及其相對應的半徑來區分小顆粒、中顆粒和大顆粒并分別進行統計，不需要通過加熱或者控制風速來區分大顆粒和小顆粒，直線式的光路布局使傳感器的結構更小巧。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種空氣顆粒物濃度傳感高精度檢測光路，第一，采用激光作為發射光源，測量精度高，可以測量0.5～0.2微米直徑的顆粒。第二，采用小顆粒散射角大的規律在接收器處直接按照接收器中心部分接受到的光強對比外緣暗環環形部分的個數以及其相對應的半徑來區分小顆粒、中顆粒和大顆粒并分別進行統計，不需要通過加熱或者控制風速來區分大顆粒和小顆粒，直線式的光路布局使傳感器的結構更小巧。第三，通過接收器雙層式星形結構同心分布的光電探測器接收到的中心部分的光強以及在聚焦平面上衍射圖樣的光通量、暗環的個數和寬度、暗環的光強，信號經過模數轉換后用控制器處理，得出顆粒群的粒度分布。第四，光路結構緊湊，結構小巧，便攜性好。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

空氣顆粒物濃度傳感高精度檢測光路，包括殼體、激光發射器、接收器、多路開關、放大電路、A/D轉換電路、控制器、顯示屏，其特征在于，還包括擴束器、空氣流道、分光器件和濾光器件，所述激光發射器和接收器安裝在殼體內，所述擴束器安裝在激光發射器的輸出光路上，所述分光器件和濾光器件安裝在接收器的輸入光路上，所述擴束器和分光器件和濾光器件之間設置有空氣流道，所述接收器與多路開關連接，多路開關連接至放大電路，放大電路連接至A/D轉換電路，所述A/D轉換電路連接至控制器，控制器連接至顯示屏。

進一步地，所述擴束器采用光束發散度0.02mrad、采用光學鍍膜玻璃透鏡或塑膠透鏡制成的激光平行光管為擴束器。

進一步地，所述接收器為雙層式星形結構同心分布的光電探測器，星型結構分布的光電探測器包括中心光電探測器和外緣環形分布光電探測器，外緣環形分布光電探測器有至少一圈，所述每圈外緣環形分布光電探測器中的光電探測器個數為偶數。

進一步地，所述外緣環形分布光電探測器中靠近中心光電探測器的星型結構分布的光電探測器圈其光電探測器分布密集度大于遠離中心光電探測器的星型結構分布的光電探測器圈其光電探測器分布密集度。

進一步地，所述分光器件和濾光器件為傅里葉物鏡和CCD成像器，所述CCD成像器用于放大成像。

進一步地，所述CCD成像器通過數據線連接至控制器，控制器連接至顯示屏。

進一步地，所述空氣流道垂直激光發射器設置，所述空氣流道上處于激光發射器光路延伸的方向設置有激光入口和激光出口。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本實用新型與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：