激光塵埃粒子計數器的原理應用

激光塵埃粒子計算器的原理
激光塵埃粒子計算器 是用來(lái)測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器,從而為空氣潔凈度的評定提供依據。常見(jiàn)的激光塵埃粒子計算器是光散射式(DAPC)的,測量粒徑范圍0.1-10μm,此外還有凝聚核式的激光塵埃粒子計算器(CNC),可測量尺寸更小的塵埃粒子。
激光塵埃粒子計算器的工作原理激光 塵埃粒子計算器 基本原理是光學(xué)傳感器的探測激光經(jīng)塵埃粒子散射后被光敏元件接收并產(chǎn)生脈沖信號,該脈沖信號被輸出并放大,然后進(jìn)行數字信號處理,通過(guò)與標準粒子信號進(jìn)行比較,將對比結果用不同的參數表示出來(lái)??諝庵械奈⒘T诠獾恼丈湎聲?huì )發(fā)生散射,這種現象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長(cháng)、微粒折射率及微粒對光的吸收特性等因素有關(guān)。但是就散射光強度和微粒大小而言,有一個(gè)基本規律,就是微粒散射光的強度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測定散射光的強度就可推知微粒的大小,實(shí)際上,每個(gè)粒子產(chǎn)生的散射光強度很弱,是一個(gè)很小的光脈沖,需要通過(guò)光電轉換器的放大作用,把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖,然后再經(jīng)過(guò)電子線(xiàn)路的進(jìn)一步放大和甄別,從而完成對大量電脈沖的計算工作。此時(shí),電脈沖數量對應于微粒的個(gè)數,電脈沖的幅度對應于微粒的大小。這就是光散射式 激光塵埃粒子計算器 的基本原理。
光源是 激光塵埃粒子計算器 的關(guān)鍵部件,對儀器的性能影響很大。光源要求穩定性高、壽命長(cháng)、不受干擾。激光塵埃粒子計算器的光源有普通光源和激光光源兩種。普通光源為碘鎢燈,體積大、發(fā)熱量高、壽命短,開(kāi)機后需要預熱。激光光源為激光器,體積小、穩定性高、壽命長(cháng),常與檢測腔及光檢測器做成一體,組成傳感器。常見(jiàn)的激光光源有HeNe激光器、激光二極管。采用普通光源的激光塵埃粒子計算器對0.3μm以下的微粒信號響應很低,其信號幅度與計算器本身的噪聲幅度相差無(wú)幾,信號很難從噪聲中檢測出來(lái)。此類(lèi)儀器雖然標有0.3μm這一通道,但只適于測定大于0.3μm特別是0.5μm以上的微粒。
由于激光的單色性好,光能量集中穩定,所以采用激光光源的激光 塵埃粒子計算器 其傳感器有較高的信噪比,此類(lèi)儀器有些能檢測到0.1μm的微粒。3.2測量腔測量腔是進(jìn)行微粒觀(guān)測的空間,被采集的空氣要從測量腔內穿過(guò)。儀器的光學(xué)系統使光源經(jīng)透鏡、狹縫照射到測量腔中,形成一個(gè)體積約幾個(gè)立方毫米的光敏感區。當空氣中的塵埃通過(guò)光敏感區時(shí),會(huì )散射出一部分光能量,被與入射光成一角度(90度或70度)的集光透鏡收集,再投射到光檢測器上。
光檢測器光檢測器是將散射光能量轉換為電信號的光電轉換器件。 激光塵埃粒子計算器 中常用的光檢測器是光電倍增管和光電二極管。光電倍增管把光電子放大幾萬(wàn)倍后轉換成幾個(gè)毫伏到幾十毫伏的電信號,具有光譜線(xiàn)性好、響應時(shí)間快、暗電流小的優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是體積大。光電倍增管工作時(shí)需加上幾百伏特的負高壓,儀器中有相應的高壓產(chǎn)生電路,在對儀器進(jìn)行調試或校準時(shí)應注意**。光電二極管是一種受到光照后能產(chǎn)生電子的半導體元件,具有體積小、外圍電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn),常與檢測腔做成一體。
流量監控 激光塵埃粒子計算器 的采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min,進(jìn)口儀器常標識為0.1cfm(立方英尺每分鐘)或1cfm,主要是為了便于進(jìn)行符合Fed-Std-209E的潔凈度的計算。大流量的采樣(28.3L/min)更能準確地反映空氣的潔凈狀況,但使大采樣濃度降低。
氣泵及 過(guò)濾器 氣泵位于激光塵埃粒子計算器內部,氣泵使儀器產(chǎn)生采樣流量。氣泵要求噪音低、振動(dòng)小、產(chǎn)生的氣流穩定。過(guò)濾器應能過(guò)濾掉0.3μm以上的微粒,以免從儀器排出的空氣對 潔凈區 產(chǎn)生影響。
電路系統不同粒徑大小的粒子經(jīng)激光塵埃粒子計算器的光電系統轉換后,會(huì )產(chǎn)生不同幅度(電壓)的電脈沖信號,粒徑越大,脈沖電壓越高。信號電壓與粒徑之間的關(guān)系,也叫轉換靈敏度。對于給定的激光塵埃粒子計算器,粒徑大小與脈沖電壓是一一對應的,例如某臺 激光塵埃粒子計算器 的轉換靈敏度為0.3μm對應69mv,0.5μm對應531mv,1.0μm對應701mv等,若激光塵埃粒子計算器檢測到一個(gè)脈沖為100mv,則這個(gè)粒子的大小肯定大于0.3μm而小于0.5μm。激光塵埃粒子計算器是測量大于等于某一粒徑的粒子數量的儀器,其內部電路就是統計大于等于某一電壓值的脈沖數量的電路。對于上段中的例子,測量空氣中大于等于0.3μm粒子的數量,在電路中就是統計大于等于69mv的脈沖的個(gè)數,測量大于等于0.5μm粒子的數量,在電路中就是統計大于等于531mv的脈沖的個(gè)數,依此類(lèi)推。所以?xún)x器對塵埃粒子的測量,主要靠轉換靈敏度這個(gè)參數。另外需要說(shuō)明的是,每臺激光塵埃粒子計算器的轉換靈敏度均不同,在出廠(chǎng)時(shí)及以后須定期用標準粒子進(jìn)行校準,以獲得佳轉換靈敏度值。電路系統就是完成對脈沖信號的放大、甄別、計算的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計算、打印等電路。
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