專利名稱：便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種超凈檢測設(shè)備中的主體部件，即一種便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器。
目前，已有的激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器，如美國ROYCO公司的226型激光塵埃粒子計數(shù)器、中國上海光學精密機械研究所馬國欣等人發(fā)明的“激光塵埃粒子計數(shù)器光學探頭”(專利公開號為CN062209A)以及申請人在92年12月30日申請的專利“塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器”(專利號92107237.6)，它們的光源皆采用He-Ne激光器，集光反射鏡分別用拋物面鏡及旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡。前兩種在使用時，其塵埃粒子被激光照射后的散射光經(jīng)集光反射鏡收集后為一束平行光，必需要由聚焦透鏡會聚后再由光電倍增管接收，這樣使光能量的損耗較大，影響信噪比的提高，而后一種雖對前兩種做了改進，但激光器發(fā)出的激光束要擴為扁平光束，這使得光敏區(qū)的功率密度受到影響，對信噪比的提高仍存在不利因素，另外，旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡雖實現(xiàn)了二次曲面直接共軛成象，但它難于進行精密光學加工，表面光潔度與整體成象質(zhì)量不高，也影響了信噪比的提高，對于上述三種光學傳感器，還存在一個共同的問題，即采用He-Ne氣體激光器為光敏區(qū)散射照明光源，體積大且需高壓供電，使得整機難于實現(xiàn)小型便攜。
本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、信噪比高的便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器。
實現(xiàn)上述實用新型目的的技術(shù)方案是這樣的，它包括激光器、具有光學通道的二次曲面直接共軛成象集光反射鏡(球面反射鏡和旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡)、樣氣通道、消雜光光欄和光電倍增管，樣氣通道與激光束相交，其光敏區(qū)和光電倍增管分別位于集光反射鏡的兩個共軛物象點處，消雜光光欄位于光電倍增管前，本實用新型的特征是激光器采用半導體激光器，在集光反射鏡的激光束入口和出口處分別設(shè)有可調(diào)準直器和逆向反射鏡，它們在系統(tǒng)中構(gòu)成了一個可調(diào)光路。檢測時，由半導體激光器發(fā)出激光，經(jīng)準直器后使發(fā)射光變?yōu)檩^為平行的光束，通過調(diào)整準直器和逆向反射鏡，保證得到光功率密度較高且較均勻的光敏區(qū)，照射來自樣氣通道中的樣氣塵埃粒子流，并對粒子產(chǎn)生散射，集光反射鏡在一個較大的立體角范圍內(nèi)將樣氣中塵埃粒子的散射光收集后，直接成象于集光反射鏡的共軛象點上，經(jīng)消雜光光欄濾光后入射到光電倍增管的光敏面上，輸出的電信號再經(jīng)放大，脈沖甄別，分檔計數(shù)等信息處理得到粒子的粒度及分布。
本實用新型與上述現(xiàn)有技術(shù)相比，既保持了原有優(yōu)點，又使其具有以下顯著效果(1)采用小型半導體激光器作為散射光源，體積大幅度減小，其光源體積只為現(xiàn)有He-Ne光源體積的1/50，而整機體也比原有整機減小了一半，光學傳感器重量在2公斤以內(nèi)，可實現(xiàn)整機的小型便攜；(2)用可調(diào)準直器和逆向反射鏡組合，保證了光敏區(qū)的優(yōu)良光學特性，使信噪比進一步提高(高于3∶1)；(3)更普遍地提出了采用具有共軛成象特征的二次曲面反射鏡作為散射光集光反射鏡，其結(jié)構(gòu)簡單，直接成象，易于調(diào)整且信噪比高，如果采用最易于精密批量光學加工的球面共軛成象反射鏡，可以比旋轉(zhuǎn)橢球共軛反射鏡面得到更高的光潔度和高反射率與小的象差，從而使信噪比的提高幅度更大，可為旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡的2～3倍；(4)由于采用了小型的半導體激器為散射光源，所以不再需高壓供電，而可用干電池供電，總功率大大降低，只為原有功率的1/20。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖和實施例給出。


圖1是根據(jù)本實用新型所述采用球面反射鏡構(gòu)成的便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是采用旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡構(gòu)成的便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
以下根據(jù)附圖分別以兩種不同形式的二次曲面直接共軛成象集光反射鏡為例對本實用新型做更具體的說明。
參見圖1，便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器是由半導體激光器1、可調(diào)準直器2、共軛成象球面反射鏡4、樣氣通道5、球面逆向反射鏡7、消雜光光欄9和光電倍增管10組成，半導體激光器1的波長為0.67μm，功率為5mw，準直器2由透鏡2a和2b構(gòu)成，兩透鏡間距可調(diào)，球面逆向反射鏡7由玻璃制成，其反射面鍍有反射膜，球面反射鏡4材料為光學玻璃，球面腔內(nèi)需拋光并鍍有光學反射膜，它位于可調(diào)準直器2和球面逆向反射鏡7之間的光路上方，樣氣通道5和光束交點構(gòu)成光敏區(qū)8，光敏區(qū)8和光電倍增管10的光敏面分別位于球面反射鏡4的共軛物、象點上，消雜光光欄9位于光電倍增管10前。為進一步消除雜光對系統(tǒng)的影響，在光敏區(qū)8的兩側(cè)，且在準直器之后、球面逆向反射鏡7之前還分別設(shè)置了一個錐形消雜光光欄3和6，錐形消雜光光欄3和6分別是由兩個孔徑為1.5mm和2.5mm的光欄3a、3b和6a、6b構(gòu)成，設(shè)置時小光欄3a和6a分別靠近準直器2和逆向反射鏡7，大光欄3b和6b位于可調(diào)光路的內(nèi)側(cè)，其外表面為錐面。
參見圖2，本例的光路結(jié)構(gòu)、元器件的參數(shù)要求均與上例相同，所不同之處是采用旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡4為散射光的集光反射鏡，該反射鏡具有光束入射通道和出射通道，錐形消雜光光欄3和6分別位于旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡的光束入射和出射通道內(nèi)，另外，旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡4的材料可選擇銅，其內(nèi)腔加工拋光后，鍍光學反射膜，旋轉(zhuǎn)橢球反射鏡相對于上述球面反射鏡而言，加工工藝較難，精度難以保證，所以前者優(yōu)于后者。
本實用新型所述的光學結(jié)構(gòu)，在保持相同的光電特性基礎(chǔ)上，還有一些顯而易見的互換和修改，如將逆向反射鏡改為透光平鏡，采用具有光電倍增特性的雪崩二極管等。
權(quán)利要求1.一種便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器，它包括激光器〔1〕、具有光學通道的二次曲面直接共軛成象的集光反射鏡〔4〕、樣氣通道〔5〕、消雜光光欄〔9〕和光電倍增管〔10〕，樣氣通道〔5〕與激光束相交，其光敏區(qū)〔8〕和光電培增管〔10〕分別位于集光反射鏡〔4〕的兩個共軛物象點處，消雜光光欄〔9〕位于光電倍增管〔10〕前，其特征是激光器〔1〕采用半導體激光器，在集光反射鏡〔4〕的激光束入口和出口處分別設(shè)有可調(diào)準直器〔2〕和逆向反射鏡〔7〕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器，其特征是在光敏區(qū)〔8〕的兩側(cè)且在可調(diào)準直器〔2〕之后、逆向反射鏡〔7〕之前還分別設(shè)有錐形消雜光光欄〔3〕和〔6〕。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器，其特征是所說錐形消雜光光欄〔3〕和〔6〕內(nèi)分別由兩個孔徑不同的光欄組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器，其特征是上述集光反射鏡〔4〕的反射面拋光并鍍有光學反射膜。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式激光塵埃粒子計數(shù)器光學傳感器，其特點在于它采用了半導體激光器為散射光源，集光反射鏡采用具有光學通道的二次曲面直接共軛成象反射鏡，另外還有一個可使光敏區(qū)具有光密度更強和光照射均勻的可調(diào)光路。本實用新型的優(yōu)點是，體積小，整機為現(xiàn)有一半，重量輕，在2公斤以內(nèi)，功耗小，可用干電池供電，信噪比高于3∶1，可便攜于任何現(xiàn)場進行環(huán)境潔凈度檢測及超細粉塵檢測。
文檔編號G01N15/10GK2234615SQ9523983
公開日1996年9月4日 申請日期1995年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月29日
發(fā)明者賀安之 申請人:南京理工大學