粒子計數(shù)器的構(gòu)造技術(shù)是什么?

2015-02-16 16:09:03 admin

粒子計數(shù)器的構(gòu)造技術(shù)是什么?

在傳感器的出口處有一個真空裝置，把空氣經(jīng)過傳感器抽走。而空氣中的粒子則將激光散射。散射光又會被后面的聚光鏡聚焦到光學(xué)探測器上，隨后把光轉(zhuǎn)換成電壓信號，并且進行放大和濾波。此后，這個信號從模擬的轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且由微處理器對它進行分類。微處理器也會通過接口將計數(shù)器連接到控制數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)上。
　　
　　激光
　　
　　氣體激光器發(fā)明于1960年，而半導(dǎo)體激光器發(fā)明于1962年。開始時這些激光器很貴，但是隨著它們變成具有經(jīng)濟效益時，在粒子計數(shù)器中，就用氣體激光取代了白光。而到了20世紀(jì)80年代末，在絕大多數(shù)場合下，更便宜的半導(dǎo)體激光器又取代了氣體激光器。
　　
　　用于粒子計數(shù)的激光器有兩種：一種是氣體激光器，如氦氖（HeNe）激光器和氬離子（argon-ion）激光器；另外就是半導(dǎo)體激光器[5]。氣體激光器能夠生產(chǎn)強烈的單色光，有時甚至是偏振光。氣體激光器產(chǎn)生準(zhǔn)直高斯光束，而半導(dǎo)體激光器則產(chǎn)生出一個小的發(fā)散點光源，通常發(fā)散光有兩個不同的軸，并且總是出現(xiàn)多種模式。由于發(fā)散光具有多軸性，半導(dǎo)體激光器通常都有一個橢圓形的輸出，這帶來了一定的挑戰(zhàn)，也帶來了一定的優(yōu)勢。不同軸的散射光意味著要么勉強接受這一橢圓形的輸出，要么設(shè)計一套復(fù)雜而昂貴的光學(xué)鏡來做補償。另一方面，橢圓光束很適合用于某些應(yīng)用，利用長軸，可以得到更好的覆蓋范圍。
　　
　　總之，氦氖激光器的輸出“直接可用”，無需增加任何光學(xué)元件。要想產(chǎn)生類似于氦氖激光器的光束，從半導(dǎo)體激光器出來的光必須經(jīng)過透鏡聚焦，這會導(dǎo)致光能的損耗。但是，半導(dǎo)體激光器的成本低、體積小、工作電壓低、功耗小，成為粒子計數(shù)器的最佳選擇。
　　
　　在要求高靈敏度的應(yīng)用中，氦氖激光器可以用于開式腔模式[6]，產(chǎn)生很大的功率。因為樣本要通過光學(xué)空腔諧振器，當(dāng)粒子濃度較高時，激光會中斷（無法維持“Q”因子），所以此時這種類型的激光不適用。
　　
　　入口噴嘴
　　
　　進入粒子計數(shù)器的入口樣本對計數(shù)器的分辨率起著至關(guān)重要的作用。入口有兩種類形：一種是扁平的（寬10mm，高0.1mm），另一種是內(nèi)徑為2-3mm的圓形。入口噴嘴為扁平的時，通常激光束是一條與噴嘴同軸的窄線。
　　
　　而入口噴嘴為圓形時，激光束則通常與入射口的軸線大致成直角。粒子會通過一個非常狹窄，強度很高的激光面。
　　
　　每種類型的噴嘴各有優(yōu)缺點。扁平噴嘴出來的氣流速度相當(dāng)均勻，它通過激光束中最強而且最均勻的部分，因此精度最高。
　　
　　但是，扁平噴嘴的橫截面小，意味著要求真空度高于圓形噴嘴，這樣會增加能耗（這點非常重要，特別是在采用電池供電時）。扁平噴嘴的制造比較復(fù)雜，價格也較高，而且它和激光之間的配合也是一個問題。
　　
　　圓形噴嘴比較簡單，因為它的橫截面較大，對于速度相同的氣流，對真空度的要求也較低，所以當(dāng)空氣吸入時，能耗也較小。相對于扁平噴嘴，氣流速度較低意味著每個粒子散射的光也更多。圓形噴嘴的缺點在于它會降低氣流的均勻性，而且激光束的功率不是均勻的；光束會變粗，因而精度較低。