粒子计数器的构造技术是什么?

2015-02-16 16:09:03 admin

粒子计数器的构造技术是什么?

在传感器的出口处有一个真空装置，把空气经过传感器抽走。而空气中的粒子则将激光散射。散射光又会被后面的聚光镜聚焦到光学探测器上，随后把光转换成电压信号，并且进行放大和滤波。此后，这个信号从模拟的转换成数字信号，并且由微处理器对它进行分类。微处理器也会通过接口将计数器连接到控制数据收集系统上。
　　
　　激光
　　
　　气体激光器发明于1960年，而半导体激光器发明于1962年。开始时这些激光器很贵，但是随着它们变成具有经济效益时，在粒子计数器中，就用气体激光取代了白光。而到了20世纪80年代末，在绝大多数场合下，更便宜的半导体激光器又取代了气体激光器。
　　
　　用于粒子计数的激光器有两种：一种是气体激光器，如氦氖（HeNe）激光器和氩离子（argon-ion）激光器；另外就是半导体激光器[5]。气体激光器能够生产强烈的单色光，有时甚至是偏振光。气体激光器产生准直高斯光束，而半导体激光器则产生出一个小的发散点光源，通常发散光有两个不同的轴，并且总是出现多种模式。由于发散光具有多轴性，半导体激光器通常都有一个椭圆形的输出，这带来了一定的挑战，也带来了一定的优势。不同轴的散射光意味着要么勉强接受这一椭圆形的输出，要么设计一套复杂而昂贵的光学镜来做补偿。另一方面，椭圆光束很适合用于某些应用，利用长轴，可以得到更好的覆盖范围。
　　
　　总之，氦氖激光器的输出“直接可用”，无需增加任何光学元件。要想产生类似于氦氖激光器的光束，从半导体激光器出来的光必须经过透镜聚焦，这会导致光能的损耗。但是，半导体激光器的成本低、体积小、工作电压低、功耗小，成为粒子计数器的最佳选择。
　　
　　在要求高灵敏度的应用中，氦氖激光器可以用于开式腔模式[6]，产生很大的功率。因为样本要通过光学空腔谐振器，当粒子浓度较高时，激光会中断（无法维持“Q”因子），所以此时这种类型的激光不适用。
　　
　　入口喷嘴
　　
　　进入粒子计数器的入口样本对计数器的分辨率起着至关重要的作用。入口有两种类形：一种是扁平的（宽10mm，高0.1mm），另一种是内径为2-3mm的圆形。入口喷嘴为扁平的时，通常激光束是一条与喷嘴同轴的窄线。
　　
　　而入口喷嘴为圆形时，激光束则通常与入射口的轴线大致成直角。粒子会通过一个非常狭窄，强度很高的激光面。
　　
　　每种类型的喷嘴各有优缺点。扁平喷嘴出来的气流速度相当均匀，它通过激光束中最强而且最均匀的部分，因此精度最高。
　　
　　但是，扁平喷嘴的横截面小，意味着要求真空度高于圆形喷嘴，这样会增加能耗（这点非常重要，特别是在采用电池供电时）。扁平喷嘴的制造比较复杂，价格也较高，而且它和激光之间的配合也是一个问题。
　　
　　圆形喷嘴比较简单，因为它的横截面较大，对于速度相同的气流，对真空度的要求也较低，所以当空气吸入时，能耗也较小。相对于扁平喷嘴，气流速度较低意味着每个粒子散射的光也更多。圆形喷嘴的缺点在于它会降低气流的均匀性，而且激光束的功率不是均匀的；光束会变粗，因而精度较低。