白光塵埃粒子計數器的光學探頭的製作方法

2023-10-09 12:20:49 2

專利名稱：白光塵埃粒子計數器的光學探頭的製作方法
技術領域：
本實用新型是潔淨環境潔淨度的檢測儀器——種白光塵埃粒子計數器的光學探頭。
國產Y09－4型白光塵埃粒子計數器的光學探頭如圖1所示。該光學探頭主要由照明系統和散射光收集系統組成其中照明系統由光源1和照明透鏡組2組成，光源1通常採用燈泡；散射光收集系統由接收透鏡組6和端窗式光電倍增管7組成；光敏感區3是照明系統和散射光收集系統的連接處；另外，該光學探頭中還有校正用光纖4和光陷阱5。
該光學探頭主要存在以下缺點1.光敏感區照度低。該光學探頭照明系統的光源發出的全部能量中，只有一個方向上一定範圍內的一部分光能量能進入照明透鏡組內，由於其光能利用率低，影響了該光學探頭的靈敏度，它最小探測粒徑是0.30μm。
2.光敏感區照明均勻性差。該光學探頭的光源經照明透鏡組直接成像於光敏感區，光敏感區的光強度分布與光源燈絲的周期性螺旋結構一致，因此照明均勻性差。這影響了該光學探頭的計數效率和粒徑集中度，該光學探頭的計數效率和粒徑集中度不高於70％。另外，由於這個缺點在探測小於0.30μ的粒子時更為突出，所以這也限制了該光學探頭的靈敏度。
3.散射光收集系統的集光效率低。該光學探頭只能在垂直於照明系統光軸的一個方向上收集塵埃粒子的散射光，因而信號弱，信噪比低，該光學探頭對於0.30μm粒子的信噪比低於31。
本實用新型的目的是為了克服上述光學探頭的不足，提供一種白光塵埃粒子計數器的新型光學探頭。其最小探測粒徑小於0.30μm，計數效率和粒徑集中度高於70％。並信噪比高，靈敏度高，體積小等。
本實用新型的結構是照明系統由球面反射鏡8、光源1和照明透鏡組2組成，其中的球面反射鏡8置於光源1附近、與照明透鏡組2相對的一側，即光源1處於球面反射鏡8和照明透鏡組2的兩者之間，且球面反射鏡8的球心與光源1燈絲的對稱中心的連線和照明系統的光軸重合。散射光收集系統由具有光通道的球面反射鏡9、接收透鏡組6、視場光闌10和光電倍增管7所組成，散射光收集系統的光軸與照明系統的光軸垂直；具有光通道的球面反射鏡9置於光敏感區3附近、與接收透鏡組6相對的一側，也就是光敏感區3處於具有光通道的球面反射鏡9和接收透鏡組6的兩者之間，且球面反射鏡9的球心與光敏感區3的中心重合；視場光闌10位於接收透鏡組6的像面處；用以校正的光纖4從光陷阱5引出一部分照明光能量，這部分光能量通過球面反射鏡9的光通道、接收透鏡組6和視場光闌10投射到光電倍增管7，光電倍增管輸出的電信號作為儀器的測量基準。如圖2所示。
本實用新型中的具有光通道的球面反射鏡有兩個作用一是把塵埃粒子的另一個方向上的散射光反射到接收透鏡組，二是在需要時讓校正用光信號通過其中心處的光通道進入接收透鏡組。
本實用新型中的視場光闌10的通光口徑為長方形，其作用有兩個一是阻止粒子散射光以外的雜光進入光電倍增管；二是使光電倍增管輸出的脈衝信號規整，保證脈衝信號在被光電倍增管後繼電路處理時得到相同的放大倍率，這樣可提高檢測結果的可靠性。
本實用新型的工作過程是光源1發出的光能量通過照明透鏡組2照明光敏感區3後，投射到光陷阱5中被吸收掉。待測塵埃粒子以一定速度垂直流過光敏感區3時產生散射光在與照明系統光軸垂直的兩個方向上一定立體角內的散射光被接收透鏡組6收集並會聚，通過視場光闌10投射到光電倍增管7，光電倍增管輸出一個與粒子尺寸成一定比例的電信號，該電信號被光電倍增管後繼電路處理後得到相應的粒子直徑值。
本實用新型的光電倍增管不僅可以採用端窗式的，也可以採用側窗式的。
與已有技術相比，本實用新型的優點是1.光敏感區照度高，照明均勻性好。本光學探頭的照明系統中有一個球面反射鏡8，它一方面使光源的光能利用率提高了近一倍；另一方面，可以使光源燈絲經球面反射鏡反射後的像與原燈絲適當錯開，克服了單一方向照明時光敏感區的照明不均勻性。因此，本光學探頭的靈敏度、計數效率和粒徑集中度都大為提高；2.在本光學探頭的散射光收集系統中，具有光通道的球面反射鏡9把塵埃粒子另一方向上的散射光反射到接收透鏡組6，使本光學探頭的信號強度和信噪比都得到提高，也提高了光學探頭的靈敏度；3.在接收透鏡組的像面處設置了一個與塵埃粒子通過光敏感區的軌跡相適應的長方形視場光闌10，降低了系統的背景噪聲，使系統在最小探測粒徑處的信噪比可高於41，同時又使散射光脈衝信號(進而是光電倍增管輸出的電脈衝信號)整齊，因而檢測結果的可靠性得到提高。
4.因光電倍增管可以採用側窗式的，所以整個探頭的尺寸可以做小。


圖1是已有技術國產Y09－4型白光塵埃粒子計數器光學探頭的結構示意圖。
圖2是本實用新型的白光塵埃粒子計數器光學探頭的結構示意圖。
最佳實施例圖2是本實用新型的最佳實施例的結構示意圖。圖中光源1是特製溴鎢燈，其功率為12W；照明透鏡組2由四塊焦距均為32mm、結構完全相同的雙膠合透鏡組成，這四塊雙膠合透鏡分成相同的兩組成像系統，它們的放大倍率均等於1；球面反射鏡8的球面半徑為20mm；光敏感區3的尺寸為2mm×2mm×0.8mm；具有光通道的球面反射鏡9的球面半徑為25mm，該面鍍鋁反射膜，中心處φ2範圍內不鍍膜，用作光通道；視場光闌10的通光口徑為2mm×0.8mm的長方形，且其長度方向垂直於塵埃粒子通過光敏感區的軌跡；光電倍增管7是側窗式的，位於視場光闌10之後1～2mm處。
實施例的最小探測粒徑為0.25μm，最小探測粒徑處的信噪比為41，計數效率和粒徑集中度均可達80％；採樣流量為2.83升／分鐘，符合美國聯邦標準209D關於採樣流量的要求；本光學探頭的結構緊湊，其外形尺寸為170mm×150mm×95mm，僅為已有技術Y09－4型白光塵埃粒子計數器光學探頭的一半。
權利要求1.一種白光塵埃粒子計數器的光學探頭，含有由光源1和照明透鏡組2構成的照明系統，由接收透鏡組6、視場光闌10和光電倍增管所構成的散射光收集系統，還有用以校正的光纖4和光陷阱5、其特徵在於照明系統中光源1是置於一球面反射鏡8和照明透鏡組2兩者之間；散射光收集系統中的光敏感區3是在一具有光通道的球面反射鏡9與接收透鏡組6兩者之間。
2.根據權利要求1所述的一種白光塵埃粒子計數器的光學探頭，其特徵在於照明系統中球面反射鏡8的球心與光源1燈絲的對稱中心的連線與照明系統的光軸重合。
3.根據權利要求1所述的一種白光塵埃粒子計數器的光學探頭，其特徵在於散射光收集系統中具有光通道的球面反射鏡9的球心與光敏感區3的中心重合。
專利摘要本實用新型是一種白光塵埃粒子計數器的光學探頭，用於檢測潔淨環境的潔淨度。主要由照明系統，散射光收集系統和用以校正的光纖和光陷阱，其中照明系統中光源是置於一球面反射鏡和照明透鏡組之間，散射光收集系統中光敏感區是在一具有光通道的球面反射鏡和接收透鏡組之間。本新型具有最小探測粒徑小於0.30μ，計數效率和粒徑集中度高於70％，信噪比高，靈敏度高，體積小等優點。
文檔編號G01N15/00GK2132182SQ9221596
公開日1993年5月5日 申請日期1992年8月7日 優先權日1992年8月7日
發明者黃惠傑, 鄒海興, 潘家平 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所