[实用新型]基于激光回馈效应的细微颗粒测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学颗粒测量装置，特别是一种基于激光回馈效应，用于对细微单颗粒，测量颗粒尺寸，运动速度等参数的测量装置。

背景技术

近几十年来，研究人员提出了许多用于测量颗粒粒度和浓度的光散射方法和仪器，特别是在小颗粒的测量领域，目前已有多种细微颗粒测量技术和浓度分析方法。如在医学领域对悬浮微粒小颗粒测量，在环境工程中测量空气污染，在半导体工业中测量硅片表面的污染颗粒等。目前使用的大部分测量仪器应用光散射理论，对被测物体的颗粒浓度有一定的要求。对于数量稀少的微小颗粒测量有一定的难度。因此，需要有一种能用于细微单颗粒，测量颗粒尺寸，运动速度等参数的测量装置。

发明内容

本实用新型是要提供一种基于激光回馈效应的细微颗粒测量装置，该装置简单易用，适合于单颗粒尺寸，运动速度等参数的测量。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于激光回馈效应的单颗粒测量装置，包括单模氦氖激光器，凹面全反镜，聚光透镜，光探测器，放大器及高速数模转换数据采集卡装置，示波器，电脑，凹面全反镜与聚光透镜共焦，凹面全反镜与聚光透镜共焦后与激光谐振腔形成附加谐振腔，聚光透镜后面的单模氦氖激光器经光探测器与放大器A相连接，放大器通过高速数模转换数据采集卡装置将数据传送至示波器和电脑。

单模氦氖激光器的波长为632.8nm，输出光功率Pmax＝5mw，输出光斑直径0.81毫米。

聚光透镜的焦距f＝20mm，凹面全反镜(R)的焦距为30mm。

本实用新型相对于直接用平面镜产生的附加谐振腔而言，采用透镜共焦腔，在共焦区域对于颗粒的捕捉更为敏感，可以提高测量的精确度和可靠性。激光器和透镜部分采用内部镀有高吸收材料的套筒进行封闭，避免外界杂散光的干扰。同时采用大孔径短焦距的透镜提高分辨率，缩短光程，提高颗粒测量稳定性。

本实用新型弥补了普通颗粒利用颗粒散射效应测量颗粒参数的不足，对于单独小颗粒参数测量。该装置测量方便，可重复性强，数据可靠，可以通过脉冲电流的变化分辨出通过测量区域颗粒的数目，进一步推算稀薄颗粒的浓度。该测量能用于数量稀少的小颗粒测量以及颗粒标准定标等。

附图说明

图1是颗粒散射产生的激光回馈效应，(a)为没有颗粒的激光内外腔，(b)为存在颗粒散射的内外腔；

图2是激光回馈单颗粒测量装置系统图；

图3是测量V＝0.5m/s时颗粒尺寸同测量电压的线性关系图；

图4是测量较大尺寸颗粒直径与测量电压的关系图；

图5是测量不同尺寸颗粒运动速度与测量电压的关系图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

如图2所示，一种基于激光回馈效应的细微颗粒测量装置，包括单模氦氖激光器，单模氦氖激光器的波长为632.8nm，输出光功率Pmax＝5mw，输出光斑直径0.81毫米，凹面全反镜R，聚光透镜L，光探测器PD，放大器A及高速数模转换数据采集卡装置，示波器OS，电脑C。

其中，聚焦变换透镜L的焦距f＝20mm，凹面全反镜R的焦距为30mm，F为共焦焦点。凹面全反镜R的焦点设于聚光透镜L的焦点上面，采用凹面全反镜R和聚光透镜L的共焦方式，与激光谐振腔形成附加谐振腔。当出射激光在附加谐振腔内，在焦点F区域内，被测颗粒的出现十分敏感，散射光回馈到激光器，引起输出激光功率的改变，聚光透镜L后面的单模氦氖激光器经光探测器PD与放大器A相连接，放大器A通过高速数模转换数据采集卡装置将数据传送至示波器OS和电脑C。

光探测器PD，采用高灵敏度，线性度好的接收器件。

放大器A及20位高速数模转换数据采集卡装置，记录设备两路并行。示波器OS，采用泰克公司的5104B示波器，电脑C记录数据，打印机P用于测量数据的输出打印。

本实用新型的测量基本原理是：