[发明专利]光束收集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光束收集器，更具体地说，涉及用于微粒监测系统的光束收集器。

背景技术

当光与微粒相互作用时，微粒可对光产生反射、折射、衍射或吸收作用，所述相互作用的性质特别取决于所述微粒的大小、折射率和表面轮廓，还取决于所述光的波长。微粒监测系统可利用这种相互作用来监测气体中的微粒含量，例如装在烟囱里进行。

众所周知，在监测装置中，将准直光束(通常来自激光)穿过一个气体样本、并观测光被该气体散射的比例，即可监测气体中的微粒含量。当气体中没有微粒时光束将保持为一条直线，但当气体中有微粒时，一部分光会被散射到与主光束成一定角度的路径上。主光束被散射的比例指示了气体中的微粒含量，所以可通过检测散射光的强度来确定气体中的微粒含量。

图1示出了按前述原理工作的一个监测装置1。在申请号为GB0502150.6的英国专利中公布过这种装置。其中，光束2(通常来自激光)被引入监测区3，光束2中有一小部分4在这里会被气体中的微粒所散射。该监测装置的安放和设置可保证被监测的气体会通过所述监测区3。

在监测区3的对面设有一个带中央孔6的曲面镜5，该曲面镜5被设置为只会反射所述散射光4并将其反射到波导管8，而其他非散射光7(即图中的直线光束)则会穿过中央孔6。所述散射光4被波导管8捕获，再传送到可检测散射光4强度的传感器，从而可确定监测区内气体的微粒含量。

由于光束2中被散射的比例非常小(通常来说，当尘埃信号为1mg/m³t时，入射光与散射光的比例为40,000,000:1)，所以即使少量的杂散光进入波导管8也可能会影响微粒含量的检测精度。理想的状况是只有散射光被波导管8所捕获，而不包含其他任何光，例如来自非散射主光束7的杂散反射光。因此，需要有一种装置来吸收主光束7并防止或显著地减少不必要的反射。

在申请号为GB0502150.6的英国专利中，通过在曲面镜5之外设置一个中性密度(ND)滤光片10，使直线光束7被滤光片10所吸收，从而减少主光束的散射。中性密度滤光片10会吸收大部分入射光，从而可防止被吸收的光进入波导管8。然而，入射到滤光片10上的一小部分(通常为4％左右)光会从滤光片的表面反射，这其中至少有一些可能会进入波导管8。而且，监测装置1一般使用于微粒含量较高的环境中，微粒可存积于滤光片上。这种存积会增加滤光片10的反射率，从而导致反射光的增加。此外，在滤光片表面的微粒会对光产生漫反射而散射到多个方向。可见，微粒污染会增加进入波导管8的杂散光。

一种防反射涂层可应用于所述滤光片的表面，然而，只有当滤光片表面干净时才可降低反射率，如果滤光片表面被微粒所污染，反射率仍可能大幅增加。

另一种光束收集器如图2所示。其中的锥形面20由吸光材料制成，入射到锥形面20内部的光会被吸收。该锥形面20的设置可确保任何反射光不会直接跑出到该装置外部。然而，经过多次反射之后仍可能有光被反射到装置的外部，虽然此时已大为衰减，但仍可能足以影响检测精度。同样，这里的表面仍可能受微粒存积所影响，这会增加表面的反射率，从而增加反射光。

发明内容

本发明要提供一种改进型光束收集器，它可用于微粒含量较高的环境中，而不会产生现有技术中类似的对光束收集器性能的负面影响。

本发明中提供一种光束收集器，包括：

由通道壁限定的通道，所述通道的一端为开口结构并形成光束输入端；

一个滤光片，它安装于通道壁的一个开口处以使经所述输入端进入通道的光束可射于该滤光片上；

所述滤光片被调校得可确保任何射于该滤光片上并被反射的光束会沿着通道、并朝远离所述输入端的方向传送。

本发明的光束收集器在使用于微粒含量较高的环境，例如烟囱时，更具优越性。

所述通道的远端(也即远离所述输入端的一端)可为封闭结构，针对与靠近该封闭端的通道中心轴垂直的平面，所述封闭端的内表面与该平面成一个或多个角度(即所述封闭端的内表面不在该平面)。这种结构使得沿通道被反射回输入端的光被大为减少。优选方案是，所述封闭端的内表面形成一个圆锥形。

来自滤光片的反射光会远离、而不是朝向所述输入端(即不会沿通道反向传送)，这一原理的好处是可减少反射光漏出光束收集器进而影响检测结果的可能性。

本发明的优选方案中，在所述通道壁上设有至少一个开孔，吹扫空气可经该开孔注入以防止微粒进入和/或清除存积于通道壁内表面的微粒。