[发明专利]紧凑型、低成本的粒子传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求本发明人于2007年5月12日提交的临时专利申请 No.60/928870的优先权。

联邦资助的研究不适用

序列表或程序不适用

技术领域

本发明通常涉及利用光散射技术来探测流体(例如液体或者气体)中的粒 子的系统，所述系统通常指粒子传感器或者粒子计数器领域中的系统。

背景技术

典型地，粒子计数器通过使气体样品穿过一束光，探测气流中所含的粒子 所散射的光的方式工作。这些粒子散射光与粒子的大小，成分，形状和其它的 物理性质成比例。透镜，反光镜，或者其它的光收集技术用于增加聚焦到光电 子器件(下文中称作光探测器)上的散射光的强度。光探测器将上述散射光转 变成电信号。该电信号典型地为一个脉冲，其振幅取决于到达光探测器上的散 射光的数量，它的持续时间典型地取决于粒子通过光束的通过时间。这样，通 过光探测器的输出信号以及辅助电路可以得到气体样品体积中粒子的数量和 大小的信息。

目前，粒子计数器典型地需要耗费几千美元或者更多。粒子计数器典型地 包括许多的昂贵的组成或者部件。典型地，需要一个鼓风机或者泵产生必要的 真空度来驱动流体流过传感器部件/腔室。传感器部件典型地，除了入口和排 气口之外都是密封的。入口典型地具有一个“管嘴”或者“喷嘴”，该“管嘴”或者 “喷嘴”为机械制造的或者成型的部件，被取样的气体在进入那束光之前首先通 过该部件。因为粒子计数器通常假定通过仪器的整个的气流作为粒子的样品， 必须小心校正光束旁的喷嘴以确保离开喷嘴的所有气体都通过光束。传感器还 典型地包括收集光学元件用来收集通过光束的粒子散射的大部分的光。这些光 学元件可能由价格昂贵的部件组成，例如反射镜或者透镜。另外，粒子计数器 典型地利用压力传感器和/或质量流传感器来测定通过光束的气流的体积。上 述部件大大增加了粒子计数器的成本。

在很多应用领域，控制在空气中传播的粒子的浓度都是很有用的，例如测 定室内的空气质量，但是几千美元的花费是个阻碍。因此，需要一种去除了上 述众多的昂贵部件的光散射仪器来提供低成本的粒子监控器。

发明内容

该发明是对光散射粒子传感器或者光学粒子计数器的改进。根据一个实施 例，通过传感器的流体通道的横截面的面积大于与其交叉的光束的面积。这样， 只有一部分气流被光束照到，同时只有一部分气流作为测定粒子的样品。同时 在改进中，光束以非常接近光探测器的状态通过光探测器，如此就不再需要利 用反射镜，透镜或者其它光收集技术的光收集系统。

通过传感器的大的流体通道允许传感器在非常低的真空度(＜0.2英寸水 柱)下工作。同时它还允许传感器的密封性有宽松的公差因为较小的泄露不会 对通过传感器的流体速度产生能察觉到的影响。相反，当前的粒子传感器典型 地包括一个有入口和出口的腔室，该腔室的其它地方都严格密封，该腔室被称 作“流体腔”，“传感器腔室”，“探测室”，“传感器部件”或者其它相似的名称。 本发明的传感器可以不用该腔室，用于粒子计数器的全部的外壳由两个标准公 差下模制的塑料片构成。在低的真空度下工作同时还能允许使用低成本的轴流 式风机或者鼓风机来产生气流。大的流体通道同时还省去了典型的粒子计数器 所需要的精确安装于光束旁的喷嘴或者注入喷头。

在本发明的另一个实施例中，不需要通过压力和/或流量传感器来测量流 量，而是通过测量光探测器输出的脉冲宽度来获得粒子通过光束的通过时间， 以此来计算流速。

在本发明的另一个实施例中，在光束和光探测器之间设置一个光隔板用来 提高粒子尺寸的分辨率。

在本发明的另一个实施例中，在光束和光探测器之间放置一个透镜用来提 高粒子尺寸的分辨率。

本发明的其它细节将在下文和附图中给予说明。

附图说明

图1是根据本发明的原理构建的粒子传感器的透视图。

图2是图1所示设备的分解图。

图3是图1所示设备沿着图1中的线3--3的剖面图。

图4是图1所示设备沿着图1中的线4--4的剖面图。

图5是光源，光束，光探测器，气流开口和粒子散射的示意图。

图6是光源，光束，光探测器，气流开口，光隔板和粒子散射的示意图。

具体实施方式