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一种散射光收集测量组件

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本发明涉及粒子计数传感器相关技术领域,更准确的说涉及一种散射光收集测量组件。

背景技术

粒子计数传感器通过其光学组件输出均匀的光场,通过气路组件输送待检测气流穿过光场形成光敏区,待检测气流中的粒子在光敏区中被照射后发出散射光,散射光被设置于光敏区侧部的光电探测器接收后转化为光电流,光电流通过放大处理电路转化为电压脉冲信号,进而可以根据电压脉冲信号判断粒子数量和粒径大小。光电探测器接收到的散射光越多,对粒子分辨的准确性越高。现有粒子计数传感器中的光电探测器仅能接收其所在方向上投射的散射光。为了提高粒子计数传感器的测量精度,需要使光电探测器接收到更多的散射光。现有的方案一般是在光敏区与光电探测器相对的一侧设置半球面镜,通过板球面镜收集反射光并反射至光电探测器。现有的方案中有大量的散射光无法被收集,且由于激光的发散角,光束即使被整形后,光束传播过程中难免会存在影响粒子计数器准确计数和分辨粒子的杂散光,杂散光被光电探测器接收后影响粒子粒径分辨以及粒子的准确计数。

综上,本领域需要对粒子计数传感器中与收集粒子散射光相关的结构进行改进,使光电探测器能够接收到更多的散射光,并减少杂散光对光电探测器的影响,以提高粒子计数传感器的检测精度。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种散射光收集测量组件,包括全反射集光体和光电探测器,全反射集光体包围光敏区设置,具有供光束穿过的开口、安装气路组件的开口以及设置光电探测器的开口,光敏区的粒子散射光在全反射集光体中反射后到达光电探测器的光感测面,以增加光电探测器的散射光接收量,同时防止全反射集光体尾部杂散光到达光电探测器的光感测面。

为了达到上述目的,本发明提供一种散射光收集测量组件,应用于粒子计数传感器中,所述粒子计数传感器包括外壳,与外壳结合设置的发射、回收光束的光路组件,含粒子的待测气体气流流通的气路组件,散射光收集测量组件;光束与气流交叠区域形成光敏区,粒子在光敏区散射形成散射光,所述散射光收集测量组件包括全反射集光体以及与全反射集光体结合设置的光电探测器,所述全反射集光体包围所述光敏区设置,所述全反射集光体内部具有反射面,用于收集散射光并将散射光引导至光电探测器,所述反射面围绕所述光敏区形成反射腔,且所述全反射集光体上具有对应用于光束传播、气流流通及光电探测器安装的多个开口,穿越所述开口的光束及气流与所述开口的周缘无接触。

优选地,所述多个开口包括共轴的入光口和出光口,用于光束传播,所述光束通过所述入光口进入所述反射腔,通过所述出光口出射所述反射腔。

优选地,所述多个开口包括探测口,所述光电探测器通过所述探测口与所述反射腔结合设置,所述探测口与剩余所述多个开口之间均具有所述反射面区域作为间隙。

优选地,所述所述多个开口包括共轴的入气口和出气口,用于气流流通,所述气路组件通过所述入气口及所述出气口与所述全反射集光体结合设置。

优选地,所述入光口和所述出光口的轴线与所述入气口和所述出气口的轴线共平面。

优选地,所述外壳具有光束传播的通道,所述通道、所述入光口和所述出光口共轴。

优选地,所述反射面朝向光电探测器区域为平滑的凹面曲面。

优选地,所述反射面的光反射率≥99%。

优选地,所述全反射集光体外部具有外表面,所述外表面至少部分区域为光吸收面。

与现有技术相比,本发明公开的一种散射光收集测量组件的优点在于:采用所述散射光收集测量组件,几乎所有光敏区的粒子散射光都会直接或间接被光电探测器接收,能够保证光电探测器的散射光接收量,从而有效提高粒子计数传感器的检测精度;所述散射光收集测量组件能够有效防止杂散光进入其内部,降低粒子散射光中引入杂散光的几率,提高粒子计数传感器的检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示为本发明一种散射光收集测量组件设置在粒子计数传感器中的结构示意图。

如图2所示为粒子计数传感器的气路组件与所述散射光收集测量组件结合设置的结构示意图

如图3所示为所述全反射集光体的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示,为本申请的一种散射光收集测量组件,应用于粒子计数传感器中,粒子计数传感器包括外壳(未示出),与外壳结合设置的发射、回收光束的光路组件,与外壳结合设置的含粒子的待测气体气流流通的气路组件,与外壳结合设置的散射光收集测量组件;光束与气流交叠区域形成光敏区,粒子在光敏区散射形成散射光,其中光路组件包括依次设置的光源1、光整形组件2、光陷阱4、气路组件包括进气件71和排气件72,含粒子的待测气体气流70流经进气件71和排气件72形成气路,光源1发出光束10,光束10经光整形组件2后与气路交汇形成光敏区3,光束10经光敏区3后到达光陷阱4被其接收。即粒子计数传感器包括光敏区3,光敏区3由光源1发射光束10形成。进气件71具有朝向光敏区3的进光口711,排气件72具有朝向光敏区3的排气口721,非光束21的传播路径上,进气口711和排气口721分别位于光敏区3两侧且相对设置,待测气体气流70经进气口711流至排气口721,光束10与待测气体气流70互相垂直的交汇,待测气体气流70中的粒子与光敏区3的光相互作用发出散射光。

光整形组件2用于实现光束10的准直、压缩、聚焦,其组成包括选自球面镜、非球面镜、柱面镜中的一种或多种,还可以包括用于限制光束截面尺寸的光阑、通孔等尺寸限制结构,这里不做特异性限制。经光整形组件2整形后的光束10在传播路径上经光敏区3后到达光陷阱4被其接收,全反射集光体5不影响光束10的传播路径,且全反射集光体5不影响待测气体气流70的流动路径。

结合图3可见,散射光收集测量组件包括全反射集光体5以及与全反射集光体结合设置的光电探测器6,全反射集光体5包围光敏区3设置,全反射集光体5内部具有反射面,用于收集散射光并将散射光引导至光电探测器,反射面围绕光敏区形成反射腔50,即作为一个空间的反射腔50,空间的壁为反射面,且全反射集光体5上具有对应用于光束传播、气流流通及光电探测器安装的多个开口,穿越开口的光束及气流与对应开口的周缘无接触,光敏区5位于反射腔50中,光束10通过多个开口中的两个开口横穿全反射集光体5,气路组件通过多个开口中的两个开口在反射腔50内部输送气流,这里的光束及气流与对应开口的周缘无接触针对的是可测量意义上的光束截面和气流截面的周缘与开口的周缘无接触,不包括极少量的散射光等,优选穿越开口的光束及气流的周缘与对应开口的周缘贴近而不接触,光电探测器6的光接收面通过一个开口暴露至反射腔50。光敏区3产生的部分散射光11直接被光电探测器6的光接收面接收,部分散射光12在反射腔50内经过一次或多次反射后被光电探测器6的光接收面接收。优选反射面的光反射率≥99%。反射面可通过反射镜、反射涂层获取,光电探测器选自光电二极管、光电倍增管等用于将光转换为电的器件,这里不做特异性限制。

通过设置全反射集光体5,光敏区5产生的绝大多数散射光均会被光电探测器6的光接收面接收。此外,由于光速的特性,多次反射不会对光电探测器获取同一粒子散射光的信号时间产生影响。全反射集光体5还能够防止外部的杂散光进入反射腔50内部,降低粒子散射光中引入杂散光的几率。

具体的,多个开口包括共轴的入光口51和出光口52,用于光束传播,光束10通过入光口51进入反射腔50,通过出光口52出射反射腔50。由于入光口51和出光口52共轴且光束不接触开口的周缘,光束10不会入射到反射面,在全反射集光体5中发生反射。

反射腔50的形态无特别限制,例如正多面体、椭球型、球形及曲面与平面组合体等,优选反射面朝向光电探测器区域为平滑的凹面曲面,即与光电探测器相对的反射面区域为平滑的凹面曲面;优选光电探测器设置于上述凹面曲面的反射焦点或近反射焦点区域,利于散射光的接收。

多个开口包括共轴的入气口54和出气口55,用于气流流通,气路组件通过入气口及出气口与全反射集光体结合设置。进气件71与入气口54对接,进气口711可位于反射腔50内部,进气口711可与入气口54平齐,进气口711还可位于反射腔50外部。排气件72与出气口55对接,排气口721可位于反射腔50内部,排气口721可与出气口55平齐,排气口721还可位于反射腔50外部,优选进气件71、排气件72部分伸入反射腔50内部且未至光敏区。作为优选的,进气件71、排气件72伸入反射腔50内部的部分的外表面能够对光进行反射。

多个开口包括探测口53,光电探测器6通过探测口53与反射腔50结合设置,光电探测器6的光接收面通过探测口53暴露至反射腔50,探测口53与剩余多个开口之间均具有反射面区域作为间隙,即探测口53与入光口51、出光口52、入气口54及出气口55之间均具有反射面区域作为间隙,防止光束10入射光电探测器6的光接收面,保证检测的精确度。

入光口和出光口的轴线与入气口和出气口的轴线共平面。

外壳具有光束传播的通道,通道、入光口和出光口共轴。

全反射集光体5外部具有外表面,外表面至少部分区域为光吸收面。吸收面可通过涂设能够吸收光的涂层形成,还可以通过发黑处理等方式形成,吸光率大于99%。优选吸收面环绕各开口设置。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术分类

06120114724955