[实用新型]尘埃粒子计数器的光学传感器

说明书

本实用新型是洁净环境洁净度的检测仪器——尘埃粒子计数器的一种光学传感器。

在先技术中，中国科学院上海光学精密机械研究所提供的专利号为ZL99225686.0的“白光尘埃粒子计数器的高效光学探头”，如图1所示。该光学探头(也称为光学传感器)主要由相互垂直的照明光路和散射光收集光路组成。其中的照明光路由光源1、照明透镜组2、光敏感区3、第一球面反射镜4和光陷阱5组成，光源1是白炽灯泡，第一球面反射镜4的球心与光敏感区3的中心点O重合；散射光收集光路由第二球面反射镜6、聚焦镜7、视场光阑8和光电探测器9组成，第二球面反射镜6的球心与光敏感区3的中心点O重合，光电探测器9是光电倍增管；光敏感区3的中心点O是照明光路光轴O₁O₁和散射光收集光路光轴O₂O₂的交点。

该光学探头存在以下缺点：

1.光能利用率较低，光敏感区照度也较低。该光学探头照明光路上的光源1发出的全部能量中，只有很小一部分光能量能进入照明透镜组2照亮光敏感区3。其照明透镜组2的孔径半角仅为20°，对光源1所张的立体角公为0.121π球面度。这影响了该光学探头的灵敏度，其最小探测粒径通常是0.30μm。

2.散射光收集光路的集光效率较低。该光学探头只能在垂直于照明光路光轴的一个方向上由第二球面反射镜6收集尘埃粒子的散射光，其接收孔径半角只有38.7°，对光敏感区3所张的立体角为0.439π球面度。因而信号较弱，信噪比低，该光学探头对于0.30μm粒子的信噪比通常低于3∶1。

第一、第二球面反射镜4和6的使用，尚未使该光学探头获得足够好的性能。

3.粒径探测范围较小，只有1∶33。由于该光学探头的照明光路的数值孔径小，且散射光收集光路对光敏感区3所张的立体角小，使得散射光强度相对于尘埃粒子直径的响应特性曲线的单调性差，特别是在大粒径区域存在多值性，这就限制了其粒径探测范围。

4.为了保证该光学探头具有一定的性能，必须采用大功率的光源灯泡(其功率通常为20W)及高灵敏度的光电倍增管。从而导致该光学探头发热严重，需要降温，体积大，严重的发热还影响了该光学探头的检测稳定性。

5.光敏感区3小，导致气流横截面积小，只有φ1.8mm，无法实现大流量测量，其空气采样流量为2.83L/min(分)，所以测量时间长，效率低。该光学探头测量10级洁净室的一个点需要20min，测量1级洁净室的一个点需要200min。

本实用新型的目的是为了克服上述光学探头的不足，为洁净度检测提供一种高效率的尘埃粒子计数器光学传感器。其最小探测粒径要优于0.20μm，计数效率和粒径集中度高于80％；且将具有信噪比较高、灵敏度较高、测量速度快、粒径探测范围大、稳定性好、体积小、发热少的特点。

本实用新型光学传感器的结构中含有两条相互垂直的照明光路和散射光收集光路。在照明光路上，沿着光源1发射光束G前进的方向上，依次置有第一齐明透镜10、照明透镜组2、第二齐明透镜8、第一球面反射镜4和光陷阱5，第一球面反射镜4置于光陷阱5内，其球心与光敏感区3的中心点O重合。散射光收集光路的光轴O₂O₂与照明光路的光轴O₁O₁在照明光路上照明透镜组2与第一球面反射镜4之间垂直相交的交点O是光敏感区3的中心点O。在散射光收集光路上，在光敏感区3的一侧置有第二球面反射镜6；在光敏感区3与第二球面反射镜6相对的另一侧的散射光收集光路上，从光敏感区3开始依次置有第三齐明透镜12、接收透镜组13、视场光阑8和光电探测器9。也就是说，第三齐明透镜12置于光敏感区3与接收透镜组13之间的散射光收集光路上。第二球面反射镜6的球心与光敏感区3的中心点O重合；视场光阑8位于接收透镜组13与光电探测器9之间，且与光敏感区3的中心点O共轭。如图2所示。

从本实用新型的结构如图2与在先技术的结构如图1比较，本实用新型的特点就是在光源1与照明透镜组2之间的照明光路上置有第一齐明透镜10，在照明透镜组2与光敏感区3之间的照明光路上置有第二齐明透镜11。在光敏感区3与接收透镜组13之间的散射光收集光路上置有第三齐明透镜12。