[发明专利]大流量全半导体新型尘埃粒子计数器的光学传感器

说明书

技术领域

本发明属于一种洁净度检测设备，特别是一种小型化、大流量、高信噪比、高粒径分辨率、高计数效率的全半导体尘埃粒子计数器的光学传感器。 

背景技术

随着人们对空气洁净度、材料纯度以及加工精度的要求不断提高，对微颗粒的测量技术凸显的尤为重要。尘埃粒子计数器就是光散射计数法测量颗粒粒径分布所用的主要测量仪器。激光尘埃粒子计数器以Mie散射理论为基础，单颗粒在照明光束中产生的散射光为直接测量对象，再根据颗粒散射光强度的差异分辨待测颗粒的粒度大小的测量仪器。其中光学传感器是测量系统的核心部分。国外60年代就有初步的产品面市，而国内起步晚，到现在仪器的性能和国外还有很多差距。 

在先激光尘埃粒子计数器的光学传感器所采用的技术方案中，如南京理工大学卞保民、彭刚等人在2007年7月1日申请的发明专利“大流量尘埃粒子计数器的光学传感器”(专利号为CN101470066A)，采用半导体激光器的照明光源，非球面镜和两个光阑对光进行调制，光调制后的光在光敏区和采样气流中的微粒产生散射光，经光电倍增管的接收，得到颗粒粒径的分布信息，经过穿过光敏区的光采用光陷阱消光。但是上述专利存在以下的缺点：采用的光电倍增管，虽然响应速度快，但体积大，不利于光学传感器的微型化，使得整机难于实现小型化；并且光电倍增管的使用寿命短，仪器间的互换性差；同时采用光电倍增管由于需要高压供电以及自身的散粒噪声，影响仪器信噪比的优化提高；采用的小功率激光器，由于在大流量环境下，小功率的激光器信号幅度低容易漏计数，信噪比也低，计数效率低；采用的将激光汇聚在光敏区后，没有充分利用照明光，计数效率受损。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化、结构简单、信噪比高、粒径分辨率高、采样流量大、使用寿命长、仪器间互换性好的全半导体尘埃粒子计数器的光学传感器。 

实现本发明目的的技术解决方案为：一种大流量全半导体尘埃粒子计数器的光学传感器，包括光源、非球面镜、第一入射光阑、第二入射光阑、球面反射镜、出射光阑、光陷阱、喇叭口式遮挡光阑和光电探测器，在半导体激光光源发出的光束前进的方向上，依次设有非球面镜、第一入射光阑、第二入射光阑、出射光阑和光陷阱，与光路垂直方向上设置球面反射镜、喇叭口式遮挡光阑、光电探测器，光敏区和光电探测器光敏面的位置分别位于该球面反射镜球心的两侧，并满足几何光学的物像关系，喇叭口式遮挡光阑置于光电探测器的前面，采样气路由采样气嘴、出气嘴组成，两者相对于光敏区对称设置；光源采用大于等于100mW的大功率半导体激光光源，喇叭口式遮挡光阑的视窗和光电探测器的尺寸相同，增益可调前置放大电路置于光电探测器后面的外壳上；光电探测器采用高灵敏度光电二极管。 

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)照明系统采用大功率的半导体激光器，散射信号的幅度增大，信噪比提高，计数效率提高，阈值信号的计数效率提高；(2)本发明将激光束会聚在光敏区中，光电二极管可以尽可能的靠近光敏区，大大增加了仪器的计数效率和粒径分辨率；(3)采用光电二极管，仪器使用寿命长，仪器间互换性好；(4)光电探测器采用与光源光波相匹配的高灵敏度光电二极管，功耗低，价格低廉，体积小利于整机的微型化发展；(5)光电二极管后设置有增益可调前置放大电路，利于仪器的测试优化调节。 

 附图说明

图1是本发明大流量全半导体新型尘埃粒子计数器的光学传感器的结构示意图。 

图2是本发明大流量全半导体新型尘埃粒子计数器的光学传感器的剖视图。 

 具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

结合图1、图2，可以看出本发明大流量全半导体新型尘埃粒子计数器的光学传感器是一个直角散射型光学系统，包括照明系统、散射光收集系统、气路系统和前置可调节放大电路。照明系统由半导体激光器1、非球面镜2、第一入射光阑3、第二入射光阑4、出射光阑7、光陷阱8组成，第一入射光阑3、第二入射光阑4放置于光敏区5的前面，出射光阑7放置于光敏区5的后面；光源1 采用大于等于100mW的大功率半导体激光光源，发出发散光束经过短焦距非球面镜2二维聚焦，会聚点在光敏区5的中心，以此保证激光束腰在光敏区5中使得沿轴向光强的均匀，这种设计在保证光敏区5光强均匀的基础上，能够让光最大可能的通过光敏区5，提高仪器的计数效率等。激光光束穿过光敏区5后进入光陷阱8，并被光陷阱8吸收掉。