[实用新型]一种高分辨率气溶胶粒径探测仪

说明书

本实用新型涉及一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，高功率光纤激光器的输出与光纤准直器输入端连接，输出端输出准直激光束，准直激光束射入鲍威尔棱镜发散成激光线，激光线射入平凸柱面透镜在发散维度上准直，准直均匀激光线经非球面聚焦镜汇聚为扁平均匀的聚焦光斑，聚焦光斑在两个曼金镜中间，待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射，散射光进入两个曼金镜中被分别汇聚到两个光电探测器中，探测到的散射光光强产生的电脉冲信号分别送入信号处理模块中处理，计算出气溶胶粒径。本实用新型的有益效果：光源功率高，小粒径气溶胶也产生较强的散射光信号；光源光束质量高，利于光束整形；汇聚光束强度分布均匀，提高了粒径的分辨能力和计数效率。

技术领域

本实用新型涉及一种高分辨率气溶胶粒径探测仪。

背景技术

目前基于单粒子激光计数技术的气溶胶粒径探测仪代表性产品有美国 TSI公司的3340型激光气溶胶粒径谱仪和美国DMT公司的被动腔气溶胶粒径谱仪(PCASP-X2)和超高分辨率气溶胶粒径谱仪(UHSAS)。美国TSI公司出品的3340型激光气溶胶粒径谱仪测量0.09到7.5μm粒径范围的颗粒物，在采样流量10cm³/min时最大可测量粒子浓度18000/cm³，可测量输出100个通道数据。美国DMT公司的被动腔气溶胶粒径谱仪PCASP-X2测量粒径范围0.1–10μm，采样流量1CC/sec，粒子计数速率10000/sec，提供40个数据通道。美国DMT公司的超高分辨率气溶胶粒径谱仪UHSAS测量粒径范围0.06–1.0 μm，典型采样流量50CC/sec，粒子计数速率3000/sec，提供99个数据通道。

为了能够测量小粒径气溶胶，常采用提高激光源照射功率的方法。TSI 公司的3340型激光气溶胶粒径谱仪中采用其专利技术的半内腔He-Ne激光器技术，用谐振腔内激光照射气溶胶粒子，在He-Ne激光器输出功率保持5mW 时，照射光功率提高到了大于1W。DMT公司在被动腔气溶胶粒径谱仪 PCASP-X2中同样采用了半内腔式He-Ne激光器照射方案。在超高分辨率气溶胶粒径谱仪UHSAS中为了测量更小粒子，进一步提高照射功率，使用了1054nm波长的半内腔式Nd3+:YLiF4固体激光器，照射激光功率密度超过 1kW/cm²。采用半内腔激光器具有照射功率密度大，同时较少的增加仪器成本的优点，但是半内腔激光器存在调试难度大、工程应用不便的问题。

实用新型内容

针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，提高探测仪的气溶胶粒径测量分辨率。

为实现上述目的，本实用新型提供一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，包括：高功率光纤激光器、光纤准直器、鲍威尔棱镜、平凸柱面透镜、非球面聚焦镜、曼金镜、第一光电探测器、第二光电探测器和信号处理模块；

所述高功率光纤激光器的输出单模光纤与所述光纤准直器的输入端连接，所述光纤准直器的输出端输出准直激光束，准直激光束射入所述鲍威尔棱镜后发散产生一条笔直、均匀的激光线，激光线射入所述平凸柱面透镜后在发散维度上准直，准直、均匀的激光线经所述非球面聚焦镜汇聚为扁平的、均匀的聚焦光斑，聚焦光斑位于并排放置的两个曼金镜中间，待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射效应，激光被气溶胶粒子散射，散射光分别进入两个曼金镜中，各个角度的散射光被所述两个曼金镜分别汇聚到所述第一光电探测器和所述第二光电探测器中，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器将探测到的散射光光强产生的电脉冲信号分别送入所述信号处理模块中处理，计算出气溶胶粒径的大小。

作为本实用新型进一步改进，所述高功率光纤激光器的波长为1.0微米波段，输出连续激光，单模光纤输出，光束质量因子优于1.1，输出光功率不低于2W。

作为本实用新型进一步改进，所述鲍威尔棱镜输出的扇形光束角度不小于10°，产生的激光线中心部分光强度变化小于30％。

作为本实用新型进一步改进，所述光纤准直器为非球面凸透镜。