粒子計(jì)數(shù)器的構(gòu)造技術(shù)是什么?

2015-02-16 16:09:03 admin

粒子計(jì)數(shù)器的構(gòu)造技術(shù)是什么?

在傳感器的出口處有一個(gè)真空裝置，把空氣經(jīng)過(guò)傳感器抽走。而空氣中的粒子則將激光散射。散射光又會(huì)被后面的聚光鏡聚焦到光學(xué)探測(cè)器上，隨后把光轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并且進(jìn)行放大和濾波。此后，這個(gè)信號(hào)從模擬的轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且由微處理器對(duì)它進(jìn)行分類(lèi)。微處理器也會(huì)通過(guò)接口將計(jì)數(shù)器連接到控制數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)上。
　　
　　激光
　　
　　氣體激光器發(fā)明于1960年，而半導(dǎo)體激光器發(fā)明于1962年。開(kāi)始時(shí)這些激光器很貴，但是隨著它們變成具有經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，在粒子計(jì)數(shù)器中，就用氣體激光取代了白光。而到了20世紀(jì)80年代末，在絕大多數(shù)場(chǎng)合下，更便宜的半導(dǎo)體激光器又取代了氣體激光器。
　　
　　用于粒子計(jì)數(shù)的激光器有兩種：一種是氣體激光器，如氦氖（HeNe）激光器和氬離子（argon-ion）激光器；另外就是半導(dǎo)體激光器[5]。氣體激光器能夠生產(chǎn)強(qiáng)烈的單色光，有時(shí)甚至是偏振光。氣體激光器產(chǎn)生準(zhǔn)直高斯光束，而半導(dǎo)體激光器則產(chǎn)生出一個(gè)小的發(fā)散點(diǎn)光源，通常發(fā)散光有兩個(gè)不同的軸，并且總是出現(xiàn)多種模式。由于發(fā)散光具有多軸性，半導(dǎo)體激光器通常都有一個(gè)橢圓形的輸出，這帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，也帶來(lái)了一定的優(yōu)勢(shì)。不同軸的散射光意味著要么勉強(qiáng)接受這一橢圓形的輸出，要么設(shè)計(jì)一套復(fù)雜而昂貴的光學(xué)鏡來(lái)做補(bǔ)償。另一方面，橢圓光束很適合用于某些應(yīng)用，利用長(zhǎng)軸，可以得到更好的覆蓋范圍。
　　
　　總之，氦氖激光器的輸出“直接可用”，無(wú)需增加任何光學(xué)元件。要想產(chǎn)生類(lèi)似于氦氖激光器的光束，從半導(dǎo)體激光器出來(lái)的光必須經(jīng)過(guò)透鏡聚焦，這會(huì)導(dǎo)致光能的損耗。但是，半導(dǎo)體激光器的成本低、體積小、工作電壓低、功耗小，成為粒子計(jì)數(shù)器的最佳選擇。
　　
　　在要求高靈敏度的應(yīng)用中，氦氖激光器可以用于開(kāi)式腔模式[6]，產(chǎn)生很大的功率。因?yàn)闃颖疽ㄟ^(guò)光學(xué)空腔諧振器，當(dāng)粒子濃度較高時(shí)，激光會(huì)中斷（無(wú)法維持“Q”因子），所以此時(shí)這種類(lèi)型的激光不適用。
　　
　　入口噴嘴
　　
　　進(jìn)入粒子計(jì)數(shù)器的入口樣本對(duì)計(jì)數(shù)器的分辨率起著至關(guān)重要的作用。入口有兩種類(lèi)形：一種是扁平的（寬10mm，高0.1mm），另一種是內(nèi)徑為2-3mm的圓形。入口噴嘴為扁平的時(shí)，通常激光束是一條與噴嘴同軸的窄線。
　　
　　而入口噴嘴為圓形時(shí)，激光束則通常與入射口的軸線大致成直角。粒子會(huì)通過(guò)一個(gè)非常狹窄，強(qiáng)度很高的激光面。
　　
　　每種類(lèi)型的噴嘴各有優(yōu)缺點(diǎn)。扁平噴嘴出來(lái)的氣流速度相當(dāng)均勻，它通過(guò)激光束中最強(qiáng)而且最均勻的部分，因此精度最高。
　　
　　但是，扁平噴嘴的橫截面小，意味著要求真空度高于圓形噴嘴，這樣會(huì)增加能耗（這點(diǎn)非常重要，特別是在采用電池供電時(shí)）。扁平噴嘴的制造比較復(fù)雜，價(jià)格也較高，而且它和激光之間的配合也是一個(gè)問(wèn)題。
　　
　　圓形噴嘴比較簡(jiǎn)單，因?yàn)樗臋M截面較大，對(duì)于速度相同的氣流，對(duì)真空度的要求也較低，所以當(dāng)空氣吸入時(shí)，能耗也較小。相對(duì)于扁平噴嘴，氣流速度較低意味著每個(gè)粒子散射的光也更多。圓形噴嘴的缺點(diǎn)在于它會(huì)降低氣流的均勻性，而且激光束的功率不是均勻的；光束會(huì)變粗，因而精度較低。