[发明专利]光学粒子计数器的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学传感器。

背景技术

光学粒子计数器被广泛地应用于工矿企业、大气环境、医学与科研领域。该类测量仪器的核心部分是光学传感器，其基本原理是接受粒子的散射光信号，并将其转换成电信号，然后按大小分级进行计数。目前已有仪器的光学传感器的散射光接受技术主要有 ：前向接受系统（最大采样角范围：o?±2.5o~±25），如库尔特仪、ROYCO粒子计数器；侧向接受系统（最大采样角范围：o?75o~115），如ROYCO粒子计数器、半旋转椭圆或二次曲面集光镜（最大采样角范围： o,?2.5o~175或o?±15o~±105），如Climet、国产激光粒子计数器。上述已有仪器主要存在两个方面的问题：一是在接受角范围方面存在一定的局限性。由于实际粒子的非球形性及空间取向的不定性，在某一角度或小的立体角范围接受的光信号幅度将存在很大的不定性，因而对粒子大小的测量产生影响，大立体角范围的散射光接受可以大大弱化这两种效应；对亚微米特别是微米以上级粒子，前向散射占据了大部分的能量，因此，采用前向接受可以得到粒子的主要信息。上述仪器有的在这两方面均存在缺陷，有的在其中之一方面存在缺陷。二是光敏区的光束均匀性较差。如果光敏区的光束均匀性不佳，同一粒子在光敏区不同位置产生的光信号幅度将有较大差别，这将影响仪器对粒子大小的甑别，上述仪器有的尽管也采取了一些措施，但光敏区照射光的均匀性依然较差。综上所述，已有的仪器精度有限，特别是仪器的重复性不高。

本发明的目的在于提供一种结构合理，工作效果好，且造价不高的光学粒子计数器的传感器。

本发明的技术解决方案是：

一种光学粒子计数器的传感器，其特征是：包括旋转对称椭腔镜，椭腔镜由金属制成、且内表面经抛光处理并镀有反射膜，在椭腔镜的外框上固装激光器，激光器射出的光束经第一聚焦透镜后汇聚于一光纤的入射端面，该光纤呈梯度折射率分布，沿圆周环绕在椭腔镜的外框上，该光纤的输出端发出的光束经准直透镜后形成平行光束，在准直透镜后设置使该平行光束沿与椭腔镜长轴成小角方向入射到光敏区的反射镜，且反射镜后设置使入射光束截面呈扁平形状的矩形光阑，入射光束与样气流汇于光敏区，即椭腔镜的一焦点处，原方向入射光束射入光陷阱；所述光陷阱由金属制成，且内壁涂有吸光材料，并固定在椭腔镜的外框体内；样气的进、出气通道与椭腔镜长轴垂直，在样气进气通道外套装稀释纯净气通道，且稀释纯净气通道出口比样气进气通道出口更靠近光敏区；在椭腔镜的另一焦点后设置接收粒子的散射光信号的探测器，且在该焦点处设置一防止杂散光进入探测器的光阑，探测器接收的信号输出后被放大、处理。

样气的进、出气通道的直径为2.0 mm。

探测器为微光电倍增管，激光器为功率50~100 mW的半导体激光器。

所述光纤采用沿圆周绕行2周的梯度折射率分布的光能传输光纤。光纤长度为1.8 m，光纤直径1 mm，光纤两端面作抛光处理，其环绕半径为0.12 m。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、不同与已有的前向透镜接受系统，采用椭腔镜接受，大大扩展了散射光接受的立体角，最大限度地减小了粒子形状及空间取向对粒子粒度测量的影响。也不同与已有的侧向椭腔镜或二次曲面集光镜接受系统，采用从前向开始的散射接受设计，保证了粒子散射光的主要信息的接受，提高了测量精度。2、采用了巧妙且合理布局的光纤均匀化光束设计，大大提高了激光束的光束均匀性，同时构成简洁、成本低廉、方便实用、不受运输的影响。3、采用了纯净气稀释法，减少了粒子在光敏区重叠的可能性，提高了粒子计数及大小的测量准确性，同时也减少了腔内的残留与污染。4、椭腔镜内除了进出气通道，别无他物，最大限度地减少了杂散光的产生，提高了仪器的信噪比。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中光纤均匀化光束的具体布置示意图。

具体实施方式