[发明专利]一种气溶胶粒子光学检测装置

说明书

本发明涉及一种气溶胶粒子光学检测装置，包括：光源，用于发射光束照射进入检测区域的气溶胶粒子；气溶胶流通通道，用于气溶胶粒子的散射光探测；数字微镜阵列组件，用于不同环形孔径散射光的偏转调制和汇聚；分布式单点探测器，用于接收汇聚的环形孔径散射光，并将光信号转换成电信号。本发明的一种通过数字微镜阵列与分布式单点探测器进行气溶胶粒子光散射计数检测的装置，通过数字微镜阵列中的每个微反射镜的角度选择将不同粒径粒子的散射光分别汇聚至数个单点探测器中，可以避免使用大面阵的多元光电探测器，同时提高前向散射的光能量的收集效率，且不需要标定F‑D曲线，故不存在Mie谐振区带来的粒径检测不准确的问题。

技术领域

本发明涉及气溶胶检测相关技术领域，具体涉及一种气溶胶粒子光学检测装置。

背景技术

当光线通过不均匀介质时，会发生偏离其直线传播方向的散射现象，它是由吸收、反射、折射、透射和衍射的共同作用引起的。散射光形式中包含有散射体大小、形状、结构以及成分、组成和浓度等信息。因此，利用光散射技术可以测量颗粒群的浓度分布与折射率大小，还可以测量颗粒群的尺寸分布。

现有的测量装置有以下几种：(1)前向散射式激光粒度仪、粒径谱仪：激光粒度仪是一种根据光的散射原理来测量粉体颗粒大小的精密仪器，集成了激光技术、现代光电技术、电子技术、精密机械和计算机技术，具有测量速度快、动态范围大、操作简便、重复性好等优点，适合测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴。它是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。

米氏散射理论表明，当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ，θ角的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的；大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，测量不同角度上的散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。为了测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。在光束中的适当的位置上放置一个汇聚透镜，在该透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器，不同角度的散射光通过汇聚透镜照射到多元光电探测器上时，光信号将被转换成电信号并并进行后续的信号进行处理，就能得到得到粒度分布了。多元光电探测器一般由数十个同心圆环或扇形环组成。

前向散射式激光粒度仪能够同步对多个粒子的气溶胶团进行检测，其激光光源需准直成平行光，对粒子散射后，经过汇聚聚焦后需要使用大面积的多元光电探测器。

(2)基于前向散射光粒子计数与探测的激光尘埃粒子计数器：有两种形式：一种是基于前向散射光斑分布，不同形状的粒子其前向散射的散射光斑图样分布存在差异，通过该原理来判断粒子的形状，同样需要成像系统和分布式传感器配置；另外一种是将前向散射的光能量汇聚至一个单点探测器上，再通过散射光的能量来进行粒子粒径的测量。粒子随气流经过光敏感区，侧向散射光被一个曲面反射镜收集，然后经过一系列透镜组会聚到一个光电探测器中。每当有一个粒子经过光敏感区，就会产生一个光脉冲信号。粒子越大，散射光越强，随之光脉冲信号的幅值也越强。

基于前向散射光粒子计数与探测的激光尘埃粒子计数器单次只能检测计数一个气溶胶粒子，需要将激光聚焦到较小的尺寸以减少重叠粒子的概率，提高检测浓度上限，对粒子散射后，经过汇聚聚焦后使用单点探测检测散射光强度，通过散射光强度与粒子粒径之间的映射曲线(F-D曲线)来确定粒子的尺寸，但是F-D曲线不能保证严格单调，光能F与粒径D之间不能保证严格的一一对应，F-D曲线存在Mie谐振区，谐振区内粒径检测不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种气溶胶粒子光学检测装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种气溶胶粒子光学检测装置，包括：

光源，用于发射光束照射进入检测区域的气溶胶粒子；