[发明专利]一种基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置

说明书

技术领域

一种基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置属于环境自动化监测领域，具体涉及一种PM2.5浓度检测装置。 

背景技术

雾霾与PM2.5颗粒物直接相关，通过检测PM2.5的浓度，可以对雾霾天气进行定量评价。

传统PM2.5检测方法是在多个不同地点分布雾霾监测器，这种方式精度较高，但由于雾霾监测器设备复杂，技术含量高，使得检测成本也相应提高。

经研究表明，PM2.5的浓度与空气能见度成线性关系，因此可以通过空气能见度评价函数来得到PM2.5的浓度。申请号为201410200873的发明专利《基于无参考图像清晰度评价的PM2.5浓度检测仪》，提出了一种利用图像信息判断PM2.5浓度的检测装置与方法，该发明采用了无参考图像的技术方案，通过测量多个目标得到图像的模糊累计概率，再与能见度清晰处图像的模糊累计概率比较，确定最终目标物，激光测距单元测量最终目标物的距离，PM2.5浓度显示单元通过能见度与PM2.5浓度关系计算PM2.5浓度。

这种方法可以给予本领域利用图像来监测PM2.5的技术启示，然而，其缺点在于：由于采用无参考图像的方式，因此需要多个目标以及激光测距仪，不仅检测成本高，而且测试步骤繁琐，计算量大，实时性不理想；此外，由于目标与图像传感器距离较远，因此无法实现仪器的小型化设计。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置，本发明不仅可以降低仪器成本，而且可以减少计算量，提高监测实时性，同时能够实现检测装置的小型化设计。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置，包括激光器，针孔、准直物镜、矩形光栅，成像物镜，图像传感器以及全反射棱镜阵列；所述的准直物镜的焦点位于针孔位置处，矩形光栅和图像传感器分别位于成像物镜的物面和像面；

激光器发出的激光束经过针孔后形成点光源，再由准直物镜准直后形成平行光，照射到矩形光栅上，矩形光栅经成像物镜成像到图像传感器表面；矩形光栅到图像传感器之间的光束被全反射棱镜阵列转折成螺旋状；

所述的激光器斜向上方向配置，所述的全反射棱镜阵列包括四片截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述直角三角形其中一条直角边与光束位于同一竖直面内，另一条直角边与光束垂直，四片三棱镜将光束转折成俯视方向为矩形的螺旋状。

上述基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置，还包括上下均开口的筒状外壳，所述的外壳内部放置有吹风机，能够使空气上下方向流动。

有益效果：

第一、由于采用了基于图像的PM2.5浓度监测方法，同传统雾霾监测器的方式相比，降低了检测成本，操作更简单。

第二、由于采用了矩形光栅作为测试目标，回避了无参考图像的检测方法，因此无需配置多个目标，也无需配置激光测距仪，因此同样可以降低设备成本。

第三、由于只设置矩形光栅一个测试目标，因此无需对多个目标进行测量和运算，可以减少运算量，提高检测实时性。

第四、由于采用了全反射棱镜阵列对光路进行转折，因此可以实现在一个小的空间里等效实现大光程，进而实现仪器小型化设计。

附图说明

图1是本发明PM2.5浓度检测装置等效光路图。

图2是本发明PM2.5浓度检测装置光路正视图。

图3是本发明PM2.5浓度检测装置光路俯视图。

图中：1激光器、2针孔、3准直物镜、4矩形光栅、5成像物镜、6图像传感器、7全反射棱镜阵列。

具体实施方式

下面对本发明具体实施方式作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例的基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置，包括激光器1，针孔2、准直物镜3、矩形光栅4，成像物镜5，图像传感器6以及全反射棱镜阵列7；所述的准直物镜3的焦点位于针孔2位置处，矩形光栅4和图像传感器6分别位于成像物镜5的物面和像面；

激光器1发出的激光束经过针孔2后形成点光源，再由准直物镜3准直后形成平行光，照射到矩形光栅4上，矩形光栅4经成像物镜5成像到图像传感器6表面；矩形光栅4到图像传感器6之间的光束被全反射棱镜阵列7转折成俯视图为矩形的螺旋状。螺旋状光路的主视图如图1所示（全反射棱镜阵列7用粗实线表示），俯视图如图2所示。