激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的原理應(yīng)用
激光塵埃粒子計(jì)算器的原理
激光塵埃粒子計(jì)算器 是用來(lái)測(cè)量空氣中塵埃微粒的數(shù)量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔凈度的評(píng)定提供依據(jù)。常見(jiàn)的激光塵埃粒子計(jì)算器是光散射式(DAPC)的，測(cè)量粒徑范圍0.1-10μm，此外還有凝聚核式的激光塵埃粒子計(jì)算器(CNC)，可測(cè)量尺寸更小的塵埃粒子。
激光塵埃粒子計(jì)算器的工作原理激光 塵埃粒子計(jì)算器 基本原理是光學(xué)傳感器的探測(cè)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(hào)，該脈沖信號(hào)被輸出并放大，然后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)粒子信號(hào)進(jìn)行比較，將對(duì)比結(jié)果用不同的參數(shù)表示出來(lái)。空氣中的微粒在光的照射下會(huì)發(fā)生散射，這種現(xiàn)象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長(zhǎng)、微粒折射率及微粒對(duì)光的吸收特性等因素有關(guān)。但是就散射光強(qiáng)度和微粒大小而言，有一個(gè)基本規(guī)律，就是微粒散射光的強(qiáng)度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測(cè)定散射光的強(qiáng)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(qiáng)度很弱，是一個(gè)很小的光脈沖，需要通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器的放大作用，把光脈沖轉(zhuǎn)化為信號(hào)幅度較大的電脈沖，然后再經(jīng)過(guò)電子線路的進(jìn)一步放大和甄別，從而完成對(duì)大量電脈沖的計(jì)算工作。此時(shí)，電脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于微粒的個(gè)數(shù)，電脈沖的幅度對(duì)應(yīng)于微粒的大小。這就是光散射式 激光塵埃粒子計(jì)算器 的基本原理。
光源是 激光塵埃粒子計(jì)算器 的關(guān)鍵部件，對(duì)儀器的性能影響很大。光源要求穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)、不受干擾。激光塵埃粒子計(jì)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(jī)后需要預(yù)熱。激光光源為激光器，體積小、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)，常與檢測(cè)腔及光檢測(cè)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(jì)算器對(duì)0.3μm以下的微粒信號(hào)響應(yīng)很低，其信號(hào)幅度與計(jì)算器本身的噪聲幅度相差無(wú)幾，信號(hào)很難從噪聲中檢測(cè)出來(lái)。此類(lèi)儀器雖然標(biāo)有0.3μm這一通道，但只適于測(cè)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(wěn)定，所以采用激光光源的激光 塵埃粒子計(jì)算器 其傳感器有較高的信噪比，此類(lèi)儀器有些能檢測(cè)到0.1μm的微粒。3.2測(cè)量腔測(cè)量腔是進(jìn)行微粒觀測(cè)的空間，被采集的空氣要從測(cè)量腔內(nèi)穿過(guò)。儀器的光學(xué)系統(tǒng)使光源經(jīng)透鏡、狹縫照射到測(cè)量腔中，形成一個(gè)體積約幾個(gè)立方毫米的光敏感區(qū)。當(dāng)空氣中的塵埃通過(guò)光敏感區(qū)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(cè)器上。
光檢測(cè)器光檢測(cè)器是將散射光能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器件。 激光塵埃粒子計(jì)算器 中常用的光檢測(cè)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(zhuǎn)換成幾個(gè)毫伏到幾十毫伏的電信號(hào)，具有光譜線性好、響應(yīng)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(fù)高壓，儀器中有相應(yīng)的高壓產(chǎn)生電路，在對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)試或校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意**。光電二極管是一種受到光照后能產(chǎn)生電子的半導(dǎo)體元件，具有體積小、外圍電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，常與檢測(cè)腔做成一體。
流量監(jiān)控 激光塵埃粒子計(jì)算器 的采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min，進(jìn)口儀器常標(biāo)識(shí)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(jì)算。大流量的采樣(28.3L/min)更能準(zhǔn)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(jì)算器內(nèi)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(wěn)定。過(guò)濾器應(yīng)能過(guò)濾掉0.3μm以上的微粒，以免從儀器排出的空氣對(duì) 潔凈區(qū) 產(chǎn)生影響。
電路系統(tǒng)不同粒徑大小的粒子經(jīng)激光塵埃粒子計(jì)算器的光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后，會(huì)產(chǎn)生不同幅度(電壓)的電脈沖信號(hào)，粒徑越大，脈沖電壓越高。信號(hào)電壓與粒徑之間的關(guān)系，也叫轉(zhuǎn)換靈敏度。對(duì)于給定的激光塵埃粒子計(jì)算器，粒徑大小與脈沖電壓是一一對(duì)應(yīng)的，例如某臺(tái) 激光塵埃粒子計(jì)算器 的轉(zhuǎn)換靈敏度為0.3μm對(duì)應(yīng)69mv，0.5μm對(duì)應(yīng)531mv，1.0μm對(duì)應(yīng)701mv等，若激光塵埃粒子計(jì)算器檢測(cè)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(jì)算器是測(cè)量大于等于某一粒徑的粒子數(shù)量的儀器，其內(nèi)部電路就是統(tǒng)計(jì)大于等于某一電壓值的脈沖數(shù)量的電路。對(duì)于上段中的例子，測(cè)量空氣中大于等于0.3μm粒子的數(shù)量，在電路中就是統(tǒng)計(jì)大于等于69mv的脈沖的個(gè)數(shù)，測(cè)量大于等于0.5μm粒子的數(shù)量，在電路中就是統(tǒng)計(jì)大于等于531mv的脈沖的個(gè)數(shù)，依此類(lèi)推。所以儀器對(duì)塵埃粒子的測(cè)量，主要靠轉(zhuǎn)換靈敏度這個(gè)參數(shù)。另外需要說(shuō)明的是，每臺(tái)激光塵埃粒子計(jì)算器的轉(zhuǎn)換靈敏度均不同，在出廠時(shí)及以后須定期用標(biāo)準(zhǔn)粒子進(jìn)行校準(zhǔn)，以獲得佳轉(zhuǎn)換靈敏度值。電路系統(tǒng)就是完成對(duì)脈沖信號(hào)的放大、甄別、計(jì)算的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計(jì)算、打印等電路。
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