[发明专利]光学颗粒计数器

说明书

一种光学颗粒计数器(100)包括光源、积分球(104)、光阑(105)、光检测器(106)、用于进气口的通道(107)以及用于出气口的通道(108)。所述光源被布置成将所述光束聚焦在所述积分球(104)的中心。所述光阑(105)被布置成在所述光束离开所述积分球(104)之后停止所述光束。用于进气口(107)和出气口(108)的通道被构造来允许气溶胶样本进入所述积分球(104)、横穿所述光束并离出。

相关申请的交叉参考

本申请要求2015年9月30日提交的美国临时专利申请62/235,190的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及颗粒物(PM)传感器，并且具体地涉及借助于光散射技术来测量大气中的微米级颗粒物浓度的光学颗粒计数器。

背景技术

PM是物理污染物，其由悬浮在空气中的微观固体或液体颗粒组成。例如，PM 2.5通常是指直径小于2.5μm的颗粒，并且PM 10通常是指直径小于10μm的颗粒。这些颗粒对人体特别有害，因为它们可渗透过呼吸系统的过滤器官并扩散到血流中，从而引发呼吸和心脏问题。

测定PM浓度的常用方法是借助于光学颗粒计数器(OPC)。通常，OPC由风扇或泵组成，所述风扇或泵可产生压力差，这允许收集明确限定的空气体积。收集的空气样本借助于高精度喷嘴和清洁气片(air sheet)成型，并且通过激光束。激光束通过一系列透镜和光学元件聚焦和成形。悬浮在气溶胶样本中的颗粒在由激光束击中时散射光。由颗粒散射的光击中光检测器，所述光检测器将散射光转换成电信号。通过分析信号，获得颗粒的计数浓度和尺寸分布。透镜、反射镜或其他光收集技术用于将最大量的散射光引入检测器中，以便检测直径可小至几十分之一微米的非常小的颗粒。

因为一些光学部件的高成本、对准和校准所有元件的劳动密集型过程以及各种组件的大尺寸等等使得传统的OPC系统昂贵且笨重。

发明内容

因此，本发明的总体目的是提供一种克服上述缺点的光学颗粒计数器及其用途。

根据本发明的一个方面，提供了一种光学颗粒计数器，所述光学颗粒计数器包括光源、积分球、光阑、光检测器、用于进气口的通道和用于出气口的通道。光源被布置来将光束聚焦在积分球的中心。光阑被布置来在光束离开积分球之后停止光束。用于进气口和出气口的通道被构造来允许气溶胶样本进入积分球、横穿光束并退出。优选的是，光检测器被布置来收集由悬浮在气溶胶样本中的颗粒在由光束击中时散射的光，并且将散射光转换成电信号。不一定所有气溶胶样本都需要由光束击中。在这种测量例如经由校准仍然提供有效结果的情况下可以是仅气溶胶样本的一部分被击中，所述校准例如将测量结果映射到完整的气溶胶样本。

在一个非常优选的实施方案中，光学颗粒计数器包括外壳，具体地包括注射模制外壳部分，优选地包括并且甚至更优选地由两个半部组成。优选的是，外壳包括优选地注射模制的单件底座部分和优选地注射模制的单件盖部分。底座部分和盖部分可最后例如借助于粘合剂或者通过夹紧、胶合、拧紧等中的一种或多种而彼此附接。在一个实施方案中，盖子可各自附接到每个注射模制部分，所述盖子不一定需要注射模制，或者可在不同的实施方案中被整合并注射模制。优选的是，外壳具有整合在其中的用于进气口的通道和用于出气口的通道以及各种接收部，以用于将部件插入对应的接收部中。在外壳包括两个注射模制半部的情况下，优选的是，每个接收部由两个凹陷部形成，一个在底座部分中，另一个在盖部分中，所述凹陷部响应于将半部彼此附接而形成接收部，且在附接之前将主体部件布置在接收部中。优选地，通道借助于凹陷部对称地构造在两个半部中。优选地，共用接收部或通道的凹陷部彼此对称。

这些实施方案不仅能够实现简单的制造过程，而且能够促进小型OPC，因为通过将部件插入对应的接收部中可完全填满外壳。外壳的注射模制部分被优选地设计成使得外壳的占有面积被最佳地使用：因此，外壳内部的壁限定了充当各种部件的保持件的各种通道和接收部。一些功能甚至可由外壳壁本身执行，例如像积分球或光阑。