CN204514760U - 一种高精度激光颗粒传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高精度激光颗粒传感器，所述传感器包括一散射光收集装置、一控制装置和一激光驱动，其中，所述激光驱动的一端与所述散射光收集装置相连，另一端与所述控制装置相连，所述激光驱动用开启所述散射光收集装置中的激光器，使所述激光器发射激光；所述散射光收集装置用以发射激光并收集散射光信号，并将所述散射光信号转换成电压脉冲信号；所述控制装置用以控制所述激光驱动，进而调节激光的功率。本实用新型中所述的高精度激光颗粒传感器不仅可以根据所述激光功率来确定空气中所述悬浮颗粒的粒径与个数，而且还可以调节激光的功率，提高了所述传感器的检测精度和效率，提供了更精确的实验数据。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种高精度激光颗粒传感器。
背景技术
激光颗粒传感器采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随悬浮颗粒物变化的脉冲。微处理器采集数据后，通过傅立叶变换得到时域与频域间的关系，随后经过一系列复杂算法得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物个数。
但是现有的激光颗粒传感器不能调节激光的功率。
鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种高精度激光颗粒传感器，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种高精度激光颗粒传感器，所述传感器包括一散射光收集装置、一控制装置和一激光驱动，其中，所述激光驱动的一端与所述散射光收集装置相连，另一端与所述控制装置相连，所述激光驱动用开启所述散射光收集装置中的激光器，使所述激光器发射激光；所述散射光收集装置用以发射激光并收集散射光信号，并将所述散射光信号转换成电压脉冲信号；所述控制装置用以控制所述激光驱动，进而调节激光的功率。
本实用新型中所述的高精度激光颗粒传感器不仅可以通过所述激光光强得到悬浮颗粒产生的散射光强，把所述散射光信号转化为所述电压脉冲信号，再根据所述电压脉冲信号的幅度以及所述幅度对应的脉冲个数来判断所述悬浮颗粒的粒径与个数,而且还可以调节所述激光的功率，以调节采集回来的散射光强度和传感器的信噪比,形成一个检测循环***，提高了所述传感器的检测精度和效率，提供了更精确的实验数据。
较佳的，所述传感器还包括一换气风扇，所述换气风扇与所述控制装置相连，使得检测区域中的空气流动处于一个相对平稳的状态，所述控制装置通过控制所述换气风扇的转速，进而控制所述检测区域中的空气流动速度。
本实用新型中所述的换气风扇使得采样气流中的各颗粒以一个稳定速度直线穿越检测区域提高测量的精确度。
较佳的，所述传感器还包括一前置放大器和一AD转换器，所述前置放大器与所述散射光收集装置，用以放大所述散射光的电压脉冲信号，所述AD转换器与所述前置放大器相连，将所述放大后的信号进行模数转换，使得转换后的信号被所述控制装置所识别。
本实用新型中所述的前置放大器与所述AD转换器，把所述散射光信号放大后，能够更加充分的测量出悬浮颗粒的粒径与个数，使得数据更加的精确。
较佳的，所述散射光收集装置包括一激光器、一凸透镜、一准直镜片、一光电二极管和一光陷阱；其中，所述激光器与所述激光驱动相连，用以发射激光；所述凸透镜与所述激光器相连，使得激光光束压缩到一个较小的焦斑；所述准直镜片与所述凸透镜相连，用以维持所述激光光束的准直性；所述光电二极管位于激光光束产生的焦点位置的正下方，用以检测颗粒经过所述激光光束时产生的电压脉冲信号；所述光陷阱位于所述激光光束的前进方向，用以吸收所述激光光束，阻止其进入散射光收集***，来满足背景光噪声的要求。
与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：本实用新型中所述的高精度激光颗粒传感器不仅可以通过所述激光光强得到悬浮颗粒产生的散射光强，把所述散射光信号转化为所述电压脉冲信号，再根据所述电压脉冲信号的幅度以及所述幅度对应的脉冲个数来判断所述悬浮颗粒的粒径与个数,而且还可以调节所述激光的功率，以调节采集回来的散射光强度和传感器的信噪比,形成一个检测循环***，提高了所述传感器的检测精度和效率，提供了更精确的实验数据；本实用新型中所述的换气风扇使得采样气流中的各颗粒以一个稳定速度直线穿越检测区域提高测量的精确度；本实用新型中所述的前置放大器与所述AD转换器，把所述散射光信号放大后，能够更加充分的测量出悬浮颗粒的粒径和个数，使得数据更加的精确。
附图说明
图1为本实用新型高精度激光颗粒传感器的工作原理图；
图2为本实用新型中散射光收集装置的结构图；
图3为本实用新型中实施例一的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，其为本实用新型高精度激光颗粒传感器的工作原理图；所述传感器包括一散射光收集装置1、一前置放大器2，一AD转换器3、一控制装置4、一换气风扇5和一激光驱动6，其中，所述散射光收集装置1发射激光照射到空气上，发生散射效应，同时在某一角度收集散射光信号，并将所述散射光信号转化为电压脉冲信号；所述前置放大器2与所述散射光收集装置1相连，用以接收所述电压脉冲信号，并对所述电压脉冲信号进行信号放大处理；所述AD转换器3与所述前置放大器2相连，对放大后所述电压脉冲信号实现模数转换，并输入到所述控制装置4中，测得所述电压脉冲信号中脉冲的幅度及其个数；所述换气风扇5与所述激光驱动6分别与所述控制装置4相连，所述控制装置4根据检测到的悬浮颗粒个数的多少来调节所述换气风扇5的风速，同时通过所述激光驱动6来调节激光功率。
所述前置放大器2对于所述放大处理后的电压脉冲信号进行筛选，如果放大后的所述电压脉冲信号幅度均大于所设定的所述悬浮颗粒的直径，则所述电压脉冲信号就会被计数，否则所述信号将不被记录。
改变所述换气风扇5的风速是用以调整采样空气的流速，在浓度计算中用来校准。改变激光功率，用以提高悬浮颗粒的散射光强度，提高所述传感器的信噪比。
开动所述换气风扇5，使空气通过进气口被所述传感器所感知，所述散射光收集装置1发射激光照射到空气上，发生散射效应，同时在某一角度收集到散射光信号，并将所述散射光信号转化为电压脉冲信号，然后所述电压脉冲信号通过所述前置放大器2进行信号放大处理，再通过所述AD转换把模拟信号转换成数字信号，输入到所述控制装置4中，根据所述电压脉冲信号中具有相同幅度的脉冲个数确定空气中所含对应粒径悬浮颗粒的个数，同时调节所述换气风扇5的风速和所述激光驱动6的激光功率。
光的散射是原子或分子体系从入射光波中获得能量后，改变其传播方向和相位、甚至频率的再辐射(二次辐射理论)。根据Mie散射基本理论，散射光角度分布不仅依赖于散射颗粒的粒径的大小，还和颗粒的折射率和照明光波波长有关。
本实用新型中所述的高精度激光颗粒传感器不仅可以通过所述激光光强得到悬浮颗粒产生的散射光强，把所述散射光信号转化为所述电压脉冲信号，再根据所述电压脉冲信号的幅度以及所述幅度对应的脉冲个数来判断所述悬浮颗粒的粒径与个数，而且还可以调节所述换气风扇5的风速和所述激光驱动6的激光功率，形成一个检测循环***，提高了所述传感器的检测精度和效率，提供了更精确的实验数据。
所述检测循环***包括两个***，一个循环***是从所述激光驱动6到所述散射光收集装置1，然后到所述前置放大器2，再到所述AD转换器3，所述控制装置4，最后回到所述激光驱动6，不断地调节所述激光功率，从而精确的测量出空气中悬浮颗粒的粒径与个数；另一个循环***是从所述换气风扇5到所述散射光收集装置1，然后到所述前置放大器2，再到所述AD转换器3，所述控制装置4，最后回到所述换气风扇5，使得经过检测区域的空气流量稳定在一个相对平衡的状态，提高测量的精确度。
参阅图2所示，其为本实用新型中散射光收集装置1的结构图；所述散射光收集装置1包括一激光器11、一凸透镜12、一准直镜片13、一光电二极管14和一光陷阱15；其中，所述激光器11与所述激光驱动6相连，用以发射激光；所述凸透镜12与所述激光器11相连，使得所述激光光束压缩到一个较小的焦斑，所述准直镜片13与所述凸透镜12相连，用以维持所述激光光束的准直性；所述光电二极管14与所述准直镜片13相连，用以检测所述激光的光信号；所述光陷阱15位于所述激光光束的前进方向，用以吸收所述激光光束，阻止其进入所述散射光收集装置，来满足背景光噪声的要求。
开启所述激光驱动6，使得所述激光器11发射激光，通过所述凸透镜12，使得激光光束压缩到一个较小的焦斑，并投射到所述准直镜片13上，然后再通过所述准直镜片13，使得所述激光发生聚焦现象，所述激光光束的焦点位于所述光电二极管14的上方，经过所述光电二极管14上方的所述激光发生散射现象，射入所述光陷阱15中，且所述散射范围不超过所述光陷阱15的可控范围。
首先以一定的采样流量从待测空气中采样，当待测空气中的颗粒通过所述散射光收集装置中的所述激光器照射，产生散射光，然后所述散射光通过所述光电二极管转换为电压脉冲信号，所述电压脉冲信号再经所述前置放大器放大，若放大后的所述电压脉冲信号幅度均大于所设定的所述悬浮颗粒的直径，则所述电压脉冲信号就会被计数，否则该信号将不被记录，因此测量到的电压脉冲个数即为所述悬浮颗粒的个数，单个电压脉冲幅度为单个所述悬浮颗粒的直径。由所述悬浮颗粒所产生的电压脉冲数目与电压脉冲幅度之间的关系称为所述悬浮颗粒的电压脉冲信号幅度分布，由该分布可以反演得到所述悬浮颗粒的粒径分布。
实施例一
如上述所述的传感器，本实施例与其不同之处在于，参阅图3所示，其为本实用新型中实施例一的结构框图；所述传感器还包括一显示屏7，所述显示屏与所述控制装置相连，用以显示所检测区域中所述悬浮颗粒的粒径与个数，并显示出所述激光功率随悬浮颗粒变化的脉冲幅度。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种高精度激光颗粒传感器，其特征在于，所述传感器包括一散射光收集装置、一控制装置和一激光驱动，其中，所述激光驱动的一端与所述散射光收集装置相连，另一端与所述控制装置相连，所述激光驱动用以开启所述散射光收集装置中的激光器，使所述激光器发射激光；所述散射光收集装置用以发射激光并收集散射光信号，并将所述散射光信号转换成电压脉冲信号；所述控制装置用以控制所述激光驱动，进而调节激光的功率。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括一换气风扇，所述换气风扇与所述控制装置相连，使检测区域中的空气流动处于平稳状态，所述控制装置通过控制所述换气风扇的转速，进而控制所述检测区域中的空气流动速度。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括一前置放大器和一AD转换器，所述前置放大器与所述散射光收集装置相连，用以放大所述电压脉冲信号，所述AD转换器与所述前置放大器相连，将放大后的所述电压脉冲信号进行模数转换，使得转换后的信号被所述控制装置所识别。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述散射光收集装置还包括一凸透镜、一准直镜片、一光电二极管和一光陷阱；其中，所述激光器与所述激光驱动相连，用以发射激光；所述凸透镜与所述激光器相连，使得激光光束压缩到一个较小的焦斑；所述准直镜片与所述凸透镜相连，用以维持所述激光光束的准直性；所述光电二极管位于所述激光光束产生的焦点位置的正下方，用以检测颗粒经过所述激光光束时产生的所述电压脉冲信号；所述光陷阱位于所述激光光束的前进方向，用以吸收所述激光光束，阻止其进入所述散射光收集装置，以满足背景光噪声的要求。
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