專利名稱：氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光學(xué)測量裝置，尤其是氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置。
背景技術(shù)：
在大氣中，污染物多是附著于空氣中懸浮的固體或液體小顆粒的表面上的，由這些小顆粒構(gòu)成的氣溶膠粒子和人們的生活密切相關(guān)，其尺寸、濃度以及成分在確定人們的生活環(huán)境質(zhì)量方面起著極其重要的作用。要正確地了解氣溶膠粒子在環(huán)境中的作用，就必須對大氣中的顆粒物的粒徑、濃度及分布有一個全面的認(rèn)識，才能在此基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的防治措施，因此需要對氣溶膠粒子的尺寸和濃度分布進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和計數(shù)。人們目前常使用光散射裝置來測量氣溶膠粒子的光學(xué)粒徑。它由激光器和其輸出光路上依次設(shè)置的氣溶膠粒子噴嘴、光探測器構(gòu)成。測量時，由噴嘴噴出的氣溶膠粒子，在途經(jīng)激光器的輸出光路時，將對激光束產(chǎn)生散射，從而在光探測器上反映出氣溶膠粒子的特性。但是，這種裝置存在著不足之處，首先，因其僅依靠探測散射光的強(qiáng)度來獲取氣溶膠粒子的尺寸，故測量的精度不高，難以精確地測定氣溶膠粒子的確切尺寸；其次，受氣溶膠粒子的形狀、尺寸等因素的影響，使其對氣溶膠粒子的測量的精度存在較大的誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、實用，使用方便的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置。
所采用的技術(shù)方案包括激光器和其光路上的噴嘴、光探測器，特別是所說激光器的光路上還依次設(shè)置有1/4波片、方解石、柱面鏡和橢球鏡的一個焦點，所說噴嘴位于所說橢球鏡的該焦點處，且其噴氣方向為穿過平行的兩束光路，所說光探測器位于橢球鏡的另一個焦點處。
作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的激光器與1/4波片間的光路上置有準(zhǔn)直透鏡；所述的1/4波片與方解石間的光路上置有負(fù)球透鏡和正球透鏡；所述的柱面鏡為負(fù)柱面鏡；所述的激光器為二極管激光器；所述的噴嘴的噴氣方向與光路的傳輸方向相垂直設(shè)置；所述的噴嘴后的光路上置有光吸收器。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，激光器輸出光路上依次設(shè)置的1/4波片、方解石和柱面鏡，使激光束經(jīng)其后先由線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光，再由方解石后分成強(qiáng)度相等的兩束，最后這兩束光均在光路與噴嘴噴氣方向相垂直的徑向上被拉伸擴(kuò)展，而形成扁橢圓形的高斯光束，從而保證了噴嘴里噴出的氣溶膠粒子的運動軌跡始終能落在這兩束光路的焦斑中，使本實用新型能根據(jù)氣溶膠粒子穿過這兩束扁橢圓形的高斯光束時的散射光的強(qiáng)度和途經(jīng)時間來既獲得氣溶膠粒子的個數(shù)，又同時因在噴口獲得相同力的不同尺寸的氣溶膠粒子，由于其慣性不同，飛行的時間就有差異，而由此得到氣溶膠粒子的確切尺寸，還可因此而獲知氣溶膠粒子的濃度分布狀況；其二，采用橢球鏡來收集散射光，將探測粒子的雙束激光與氣溶膠粒子的相互作用區(qū)位于橢球鏡的一個焦點，粒子的散射光由橢球鏡會聚在另外一個焦點，并于此焦點處安置光探測器，獲得最佳的光散射信號，大大地提高探測小粒子氣溶膠的靈敏度；其三，準(zhǔn)直透鏡和負(fù)球透鏡、正球透鏡的采用，可使激光束在形成較小的發(fā)散角的基礎(chǔ)上易于聚焦，以利于后續(xù)的分束；其四，使用負(fù)柱面鏡，使得兩束光在水平方向擴(kuò)展形成兩個部分重疊的扁橢圓形高斯光束，扁橢圓形高斯光束的長軸大于進(jìn)樣噴口，長軸以進(jìn)樣噴嘴中心軸為對稱中心，因此這樣就可以避免因氣流的擾動使得相同尺寸的氣溶膠粒子在出射噴口后運動軌跡即使有微小的偏移，仍然能夠測得氣溶膠粒子的飛行時間，避免粒子因氣流的擾動引起的粒子運動軌跡的偏離而產(chǎn)生的誤計數(shù)；其五，選用二極管激光器作為探測光源，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、體積小；其六，噴嘴的噴氣方向與光路的傳輸方向相垂直設(shè)置，提升了探測的效率和降低了誤差率；其七，光路的終端處設(shè)置的光吸收器，根除了無用的激光對光探測器的干擾和對其它光學(xué)元器件的光輻射損傷。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是本實用新型的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見圖1，外殼13中置有作為激光器1的二極管激光器，在該二極管激光器的光路12上依次置有準(zhǔn)直透鏡2、1/4波片3、負(fù)球透鏡4、正球透鏡5、方解石6、作為柱面鏡7的負(fù)柱面鏡、橢球鏡11的一個焦點和光吸收器9；在該橢球鏡11的焦點處置有其噴氣方向為穿過平行的兩束光路12、且與光路12的傳輸方向相垂直的噴嘴10，橢球鏡11的另一個焦點處安置有光探測器8。
使用時，二極管激光器發(fā)射出的線偏振激光束沿著光路12先經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2后，形成發(fā)散角較小的均勻光束；此光束再經(jīng)1/4波片3被變換成圓偏振光。之后，該圓偏振光先經(jīng)負(fù)球透鏡4和正球透鏡5聚焦；再經(jīng)方解石6將其分成焦斑直徑均為60μm、間距為80μm的兩束平行光；后由負(fù)柱面鏡將這兩束平行光均在其光軸的與噴嘴噴氣方向相垂直的徑向上被拉伸擴(kuò)展，而形成橫截面為長軸1mm、短軸60μm的扁橢圓形的高斯光束。該兩束平行的扁橢圓形高斯光束在射向光吸收器9的途中經(jīng)過橢球鏡11的一個焦點，并與置于此焦點處的噴嘴10中噴出的氣溶膠粒子相遇，由氣溶膠粒子將其散射；位于橢球鏡11另一焦點處的光探測器8將會先后兩次收集到每個氣溶膠粒子的散射光，并交由后續(xù)部件根據(jù)其輸出信號的強(qiáng)弱和兩次相同強(qiáng)度信號間的時差來獲得該氣溶膠粒子的確切尺寸以及全部氣溶膠粒子的個數(shù)和濃度分布狀況。最后兩束扁橢圓形高斯光束將由光吸收器9吸收。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置，包括激光器(1)和其光路(12)上的噴嘴(10)、光探測器(8)，其特征在于所說激光器(1)的光路(12)上還依次設(shè)置有1/4波片(3)、方解石(6)、柱面鏡(7)和橢球鏡(11)的一個焦點，所說噴嘴(10)位于所說橢球鏡(11)的該焦點處，且其噴氣方向為穿過平行的兩束光路(12)，所說光探測器(8)位于橢球鏡(11)的另一個焦點處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置，其特征是激光器(1)與1/4波片(3)間的光路(12)上置有準(zhǔn)直透鏡(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置，其特征是1/4波片(3)與方解石(6)間的光路(12)上置有負(fù)球透鏡(4)和正球透鏡(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置，其特征是柱面鏡(7)為負(fù)柱面鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置，其特征是激光器(1)為二極管激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置，其特征是噴嘴(10)的噴氣方向與光路(12)的傳輸方向相垂直設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置，其特征是噴嘴(10)后的光路(12)上置有光吸收器(9)。
專利摘要本實用新型公開了一種氣溶膠粒子空氣動力學(xué)直徑的光學(xué)測量裝置。它包括激光器(1)和其光路(12)上的噴嘴(10)、光探測器(8)，特別是激光器(1)的光路(12)上置有1/4波片(3)、方解石(6)、柱面鏡(7)和橢球鏡(11)的一個焦點，噴嘴(10)位于橢球鏡(11)的該焦點處，且其噴氣方向為穿過平行的兩束光路(12)，光探測器(8)位于橢球鏡(11)的另一個焦點處；所述的激光器(1)與1/4波片(3)間的光路(12)上置有準(zhǔn)直透鏡(2)，所述的1/4波片(3)與方解石(6)間的光路(12)上置有負(fù)球透鏡(4)和正球透鏡(5)，所述的柱面鏡(7)為負(fù)柱面鏡。它能對氣溶膠粒子的個數(shù)和尺寸以及濃度分布狀況進(jìn)行精確的計數(shù)和測量。
文檔編號G01N21/00GK2769849SQ20052006826
公開日2006年4月5日 申請日期2005年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者高曉明, 雷麗巧, 崔芬萍, 黃偉, 周士康, 張為俊 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所