[发明专利]一种双线光电二极管阵列器件及粒子速度测量方法

说明书

本发明公开了一种双线光电二极管阵列器件，所述双线光电二极管阵列器件为在一块光电传感元件上封装出两列规格和性能相同的光电二极管阵列单元；所述双线光电二极管阵列包括平行设置的第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元，用于实现对粒子速度的测量。本发明通过在单个感光元件上集成两组的光电二极管阵列，大大减小两组光电二极管阵列的距离，能够对粒子速度进行更加准确地测量。

技术领域

本发明涉及粒子测量领域，具体涉及一种双线光电二极管阵列器件及粒子速度测量方法。

背景技术

自然界中存在着各种大小和形状不同的粒子，例如云中的云滴、雨滴和冰晶， 海洋上的海水滴，沙尘暴中的沙尘粒子以及火山喷发的火山灰等。对这些粒子的大 小、形状和落速等物理参数的准确测量对了解相应自然现象的发展变化过程具有重 要的意义。

目前粒子测量的主要方法之一是光学的测量方法，具体可分为基于光学散射的测量技术和基于光学成像的测量技术。基于光学散射的测量技术可以测量粒子的大 小，但是无法获取粒子的具体形状信息，而且测量的粒径范围有限。光学成像的测 量技术不仅能够测量粒子的大小，还能够记录粒子的影像，根据粒子的影像就可以 获取粒子的形状信息。

光学成像的粒子测量技术主要有基于单线阵的粒子成像测量装置和基于CCD相机的粒子成像测量装置。基于CCD相机的粒子成像测量装置能够对粒子的大小和形 状进行准确成像，但是无法对粒子速度进行测量；此外，CCD相机由于其成帧速率 有限，限制了其在高密度高速度场景的应用。基于单线阵的粒子成像测量装置，可 以对粒子大小、形状和速度进行测量，但是由于其粒子图像的采样率是预制的，无 法与粒子的速度进行匹配，导致其所测得的粒子图像会发生很大的偏差，这也严重 地影响到其测量粒子物理参数的准确性。目前也有利用两个单线阵进行粒子速度的 测量，但是利用两个单线阵的测量粒子速度时，由于元件本身的限制使得两个线阵 的距离较远，测量时极易受到外界环境，比如风的影响，此外，分离的元器件会存 在安装时的误差，导致粒子速度测量的准确性有限，精度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的光学成像测量技术在粒子速度测量上存在的精度不高的缺陷，设计了一种双线光电二极管阵列器件，该装置不仅可以对粒子进行成 像，还能够有效测量粒子的速度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双线光电二极管阵列器件，所述双线光 电二极管阵列器件为在一块光电传感元件上封装出两列规格和性能相同的光电二极 管阵列单元；所述双线光电二极管阵列包括平行设置的第一光电二极管阵列单元和 第二光电二极管阵列单元，用于实现对粒子粒径及其速度的测量。

作为上述装置的一种改进，所述光电二极管阵列单元由N个光电二极管组成； 其中，32≤N≤512。

作为上述装置的一种改进，所述光电二极管的受光面为正方形，其边长尺寸范 围为25μm～200μm。

作为上述装置的一种改进，所述第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元的距离s的取值范围为1mm～10mm。

基于上述的双线光电二极管阵列器件，本发明还提供了一种粒子速度测量方法，所述方法包括：当粒子通过双线光电二极管阵列器件时，获取经过第一光电二极管 阵列单元和第二光电二极管阵列单元的时间差，再根据所述第一光电二极管阵列单 元和第二光电二极管阵列单元的距离s，计算粒子的速度。

作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：

当有粒子经过光源输出的激光束时，先经过所述第一光电二极管阵列单元时， 该单元会输出一个脉冲指示信号给FPGA芯片，此时FPGA芯片会记录下接收到该 脉冲的时间t1；当粒子继续飞行，到达第二光电二极管阵列单元时，该单元输出一 个脉冲指示信号给FPGA芯片，FPGA芯片会将该时刻记为时间t2；经计算后能够 获取粒子的速度v：