一種基於全反射稜鏡的小型螺旋pm2.5濃度檢測裝置製造方法
2023-12-01 12:23:56
一種基於全反射稜鏡的小型螺旋pm2.5濃度檢測裝置製造方法
【專利摘要】一種基於全反射稜鏡的小型螺旋PM2.5濃度檢測裝置屬於環境自動化監測領域；該裝置包括雷射器，針孔、準直物鏡、矩形光柵，成像物鏡，圖像傳感器以及全反射稜鏡陣列；雷射器發出的雷射束經過針孔後形成點光源，再由準直物鏡準直後形成平行光，照射到矩形光柵上，矩形光柵經成像物鏡成像到圖像傳感器表面；矩形光柵到圖像傳感器之間的光束被全反射稜鏡陣列轉折成俯視方向為矩形螺旋狀；雷射器斜向上方向配置，全反射稜鏡陣列包括四片截面為等腰直角三角形的三稜鏡，直角三角形一條直角邊與光束位於同一豎直面內，另一條直角邊與光束垂直；本發明不僅可以降低儀器成本，而且可以減少計算量，提高監測實時性，同時能夠實現檢測裝置的小型化設計。
【專利說明】 —種基於全反射稜鏡的小型螺旋叩2.5濃度檢測裝置
【技術領域】
[0001]一種基於全反射稜鏡的小型螺旋912.5濃度檢測裝置屬於環境自動化監測領域，具體涉及一種912.5濃度檢測裝置。
【背景技術】
[0002]霧霾與？12丨5顆粒物直接相關，通過檢測？12丨5的濃度，可以對霧霾天氣進行定量評價。
[0003]傳統？12.5檢測方法是在多個不同地點分布霧霾監測器，這種方式精度較高，但由於霧霾監測器設備複雜，技術含量高，使得檢測成本也相應提高。
[0004]經研究表明，？12.5的濃度與空氣能見度成線性關係，因此可以通過空氣能見度評價函數來得到912.5的濃度。申請號為201410200873的發明專利《基於無參考圖像清晰度評價的912.5濃度檢測儀》，提出了一種利用圖像信息判斷912.5濃度的檢測裝置與方法，該發明採用了無參考圖像的技術方案，通過測量多個目標得到圖像的模糊累計概率，再與能見度清晰處圖像的模糊累計概率比較，確定最終目標物，雷射測距單元測量最終目標物的距離，^12.5濃度顯示單元通過能見度與912.5濃度關係計算912.5濃度。
[0005]這種方法可以給予本領域利用圖像來監測912.5的技術啟示，然而，其缺點在於:由於採用無參考圖像的方式，因此需要多個目標以及雷射測距儀，不僅檢測成本高，而且測試步驟繁瑣，計算量大，實時性不理想；此外，由於目標與圖像傳感器距離較遠，因此無法實現儀器的小型化設計。
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明公開了一種基於全反射稜鏡的小型螺旋？此5濃度檢測裝置，本發明不僅可以降低儀器成本，而且可以減少計算量，提高監測實時性，同時能夠實現檢測裝置的小型化設計。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
一種基於全反射稜鏡的小型螺旋912.5濃度檢測裝置，包括雷射器，針孔、準直物鏡、矩形光柵，成像物鏡，圖像傳感器以及全反射稜鏡陣列；所述的準直物鏡的焦點位於針孔位置處，矩形光柵和圖像傳感器分別位於成像物鏡的物面和像面；
雷射器發出的雷射束經過針孔後形成點光源，再由準直物鏡準直後形成平行光，照射到矩形光柵上，矩形光柵經成像物鏡成像到圖像傳感器表面；矩形光柵到圖像傳感器之間的光束被全反射稜鏡陣列轉折成螺旋狀；
所述的雷射器斜向上方向配置，所述的全反射稜鏡陣列包括四片截面為等腰直角三角形的三稜鏡，所述直角三角形其中一條直角邊與光束位於同一豎直面內，另一條直角邊與光束垂直，四片三稜鏡將光束轉折成俯視方向為矩形的螺旋狀。
[0008]上述基於全反射稜鏡的小型螺旋912.5濃度檢測裝置，還包括上下均開口的筒狀外殼，所述的外殼內部放置有吹風機，能夠使空氣上下方向流動。
[0009]有益效果:
第一、由於採用了基於圖像的？12丨5濃度監測方法，同傳統霧霾監測器的方式相比，降低了檢測成本，操作更簡單。
[0010]第二、由於採用了矩形光柵作為測試目標，迴避了無參考圖像的檢測方法，因此無需配置多個目標，也無需配置雷射測距儀，因此同樣可以降低設備成本。
[0011]第三、由於只設置矩形光柵一個測試目標，因此無需對多個目標進行測量和運算，可以減少運算量，提高檢測實時性。
[0012]第四、由於採用了全反射稜鏡陣列對光路進行轉折，因此可以實現在一個小的空間裡等效實現大光程，進而實現儀器小型化設計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明？12丨5濃度檢測裝置等效光路圖。
[0014]圖2是本發明？12丨5濃度檢測裝置光路正視圖。
[0015]圖3是本發明912.5濃度檢測裝置光路俯視圖。
[0016]圖中:1雷射器、2針孔、3準直物鏡、4矩形光柵、5成像物鏡、6圖像傳感器、7全反射稜鏡陣列。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發明【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0018]具體實施例一
本實施例的基於全反射稜鏡的小型螺旋912.5濃度檢測裝置，包括雷射器1，針孔2、準直物鏡3、矩形光柵4，成像物鏡5，圖像傳感器6以及全反射稜鏡陣列7 ；所述的準直物鏡3的焦點位於針孔2位置處，矩形光柵4和圖像傳感器6分別位於成像物鏡5的物面和像面；雷射器1發出的雷射束經過針孔2後形成點光源，再由準直物鏡3準直後形成平行光，照射到矩形光柵4上，矩形光柵4經成像物鏡5成像到圖像傳感器6表面；矩形光柵4到圖像傳感器6之間的光束被全反射稜鏡陣列7轉折成俯視圖為矩形的螺旋狀。螺旋狀光路的主視圖如圖1所示(全反射稜鏡陣列7用粗實線表示),俯視圖如圖2所示。
[0019]在不考慮全反射稜鏡陣列7對於光束的轉折作用，本實施例的基於全反射稜鏡的小型螺旋912.5濃度檢測裝置光路圖如圖3所示。
[0020]實際上，所述的雷射器1斜向上方向配置，所述的全反射稜鏡陣列7包括四片截面為等腰直角三角形的三稜鏡，所述直角三角形其中一條直角邊與光束位於同一豎直面內，另一條直角邊與光束垂直，四片三稜鏡將光束轉折成俯視方向為矩形的螺旋狀。利用玻璃折射率1.5，可知當入射角超過42。就可以發生全反射，而本實施例中的入射角為45。，達到了發生全反射的條件，使光線可以無損失地反射。
[0021]這裡需要說明的是，本申請與本公司同日申請的發明專利《一種基於調製傳遞函數的小型螺旋？12丨5濃度檢測裝置》相比，將平面反射鏡陣列替換為全反射鏡陣列7，效果上各有千秋。
[0022]首先說本申請不如另一項發明的地方，
第一、全反射稜鏡的價格更加昂貴； 第二、全發射稜鏡的入射角必須大於42。，所以使得光路的一個螺旋至少放置4個三稜鏡，不如平面反射鏡靈活(平面反射鏡可以放置3個)；
第三、由於一個螺旋至少放置4個三稜鏡，因此不如平面反射鏡容易實現裝置的小型化設計；
再說本申請強於另一項發明的地方，
第一、全反射稜鏡沒有平面反射鏡鍍銀層吸收能量；
第二、全反射稜鏡沒有平面反射鏡上下表面多次反射的現象；
這兩個效果使得全反射稜鏡相比平面反射鏡不會造成圖像的退化，使得本發明圖像的退化完全來自912.5，進而使測量結果更加精確。
[0023]具體實施例二
本實施例的基於全反射稜鏡的小型螺旋912.5濃度檢測裝置，在具體實施例一的基礎上進一步限定還包括上下均開口的筒狀外殼，所述的外殼內部放置有吹風機，能夠使空氣上下方向流動。使空氣流動，一是防止固體顆粒附著在平面反射鏡上影響圖像清晰度，從而影響912.5濃度的檢測精度，二是使空氣更均勻，用單次測量即可等效為多次測量取平均值。
[0024]本發明基於全反射稜鏡的小型螺旋912.5濃度檢測裝置，可以在圖像傳感器端檢測圖像的對比度，結合物方對比度，得到調製傳遞函數，利用調製傳遞函數與？12.5的濃度關係，檢測？12丨5的濃度。具體原理在同日申請的發明專利《一種基於調製傳遞函數的^12.5監測方法》中有記載，本領域技術人員可以通過查找該專利，獲得本發明裝置的使用方法，在本申請中不再重複論述。
[0025]本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下作出的結構變化或方法改進，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於全反射稜鏡的小型螺旋PM2.5濃度檢測裝置，其特徵在於，包括雷射器(1)，針孔(2)、準直物鏡(3)、矩形光柵(4)，成像物鏡(5)，圖像傳感器(6)以及全反射稜鏡陣列(7);所述的準直物鏡(3)的焦點位於針孔(2)位置處，矩形光柵(4)和圖像傳感器(6)分別位於成像物鏡(5)的物面和像面； 雷射器(I)發出的雷射束經過針孔(2 )後形成點光源，再由準直物鏡(3 )準直後形成平行光，照射到矩形光柵(4)上，矩形光柵(4)經成像物鏡(5)成像到圖像傳感器(6)表面；矩形光柵(4)到圖像傳感器(6)之間的光束被全反射稜鏡陣列(7)轉折成螺旋狀； 所述的雷射器(I)斜向上方向配置，所述的全反射稜鏡陣列(7)包括四片截面為等腰直角三角形的三稜鏡，所述直角三角形其中一條直角邊與光束位於同一豎直面內，另一條直角邊與光束垂直，四片三稜鏡將光束轉折成俯視方向為矩形的螺旋狀。
2.根據權利要求1所述的基於全反射稜鏡的小型螺旋PM2.5濃度檢測裝置，其特徵在於，還包括上下均開口的筒狀外殼，所述的外殼內部放置有吹風機，能夠使空氣上下方向流動。
【文檔編號】G01N15/06GK104359809SQ201410596458
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】寧凱 申請人:哈爾濱幻石科技發展有限公司