[发明专利]一种光散射式粒子计数器及其粒径分布算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光散射式粒子计数器及其算法，具体涉及到一种用于测量洁净空气中粒径分布的光散射式粒子计数器及其粒径分布算法。

背景技术

目前现有的光散射式粒子计数器的技术方案，如苏州华达仪器设备有限公司拥有的公开号为CN101162195A的发明专利--《尘埃粒子计数器及其使用方法》和中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所拥有的公开号为CN101639435A的发明专利--《粒子计数器》，主要如下：测量尘埃粒子的光电传感器通常由照明系统、散射光收集系统、光电转换器、气路系统组成，其中照明系统、散射光收集系统和气路系统的轴线相交于光敏区中心点，工作时，气路系统将待测空气吸入光电传感器中的光敏区，其中尘埃粒子在光束照明下产生与粒子尺寸成比例的散射光信号，散射光信号被散射光收集系统接收后入射于光电转换器上，光电转换器输出与散射光信号强度成正比的信号，后续信号处理系统根据此信号的幅值给出粒子尺寸。

在现有技术方案中，散射光收集系统皆是采用曲面反射镜将粒子散射光反射至探测器光敏区，由于激光光源中心光斑周围有杂散光存在，曲面反射镜易将密闭腔内的杂散光引入测量系统，在实际应用中影响传感器的信噪比与可靠性。另外，在测量中单分散粒子产生的是幅值符合正态分布的随机离散电压脉冲信号，其电压脉冲信号幅值不仅仅是粒径的单值函数，还受随机因素的影响。随机因素包括激光光源存在发光功率的不稳定性、光敏区光强分布不均匀性、粒子的运动路径以及姿态等。上述专利中仅根据电压脉冲信号幅值甄别粒子粒径大小、统计粒子群粒径分布，算法简单，会导致计数器准确性的降低。

所以，上述的光散射式粒子计数器存在进一步改进空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高信噪比和高精度的光散射式粒子计数器以及一种更为严密、准确的粒径分布算法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光散射式粒子计数器，包括传感器本体、光路、气路、光电转换模块、前置放大电路、主控板、显示器、存储模块，所述光路包括激光光源，所述激光光源发出光束的前进方向依次设有准直透镜组、光阑、光敏区、光陷阱；所述气路沿气体的流动方向依次包括进气管、光敏区、出气管、泵；所述气路、光路和光电转换模块的轴线相交于光敏区中心点，且两两垂直；所述光电转换模块通过前置放大电路与所述主控板相连接，所述主控板分别与所述显示器和所述存储模块相连接，其特征在于：所述光陷阱包括一光陷阱罩并安装于所述传感器本体上，并且与所述光阑相对应，从而将所述光束引导入所述光陷阱内，所述光陷阱内设置有多个呈一定空间位置滤波片，所述滤波片共有N片，所述N为大于0的整数，所述滤波片组中第n-1滤波片与所述第n-1光束呈锐角度，所述第n-1的滤波片吸收部分后引导剩下一部分第n光束以锐角度射向第n滤波片，其中n为依次取为从2到N的整数。

所述光陷阱罩内壁表面上涂有一吸收所述激光光谱的材料，有利于进一步提高吸收率。

所述锐角取为10～80度，有利于进一步提高吸收率和引导剩余的光束进入下一片滤波片。

所述光陷阱罩底部内壁有一定的弧度，有利于滤波片的多次反射吸收。

所述光散射式粒子计数器的粒径分布算法，其具体步骤如下：

第一步：设定a、b为实数，c为整数，n为任意整数且n∈[1，c]，D_n为实数，所述光散射式粒子计数器的粒径测量范围[a，b]，分成c档，第n档的粒径区间为[D_n，D_n+1]，设定每一档的粒径区间长度相等即D_n+1-D_n＝D_n-D_n-1，将粒径为D_n和的标准单分散粒子群先后通入所述光散射式粒子计数器，对每种标准单分散粒子群对应的计数器输离散电压脉冲信号幅值进行分组数据记录并将所有实验数据去奇异值处理后得到其分布范围[u_min，u_max]；

第二步，通过对所述第一步实验数据的统计得到粒径为D_n的标准单分散粒子群的电压脉冲信号幅值概率分布曲线N(D_n，u，σ)，u和σ分别为粒径为D_n的标准单分散粒子群电压脉冲信号幅值的数学期望值和标准差；