1 引言
>={?H?C 目前激光
塵埃粒子計數(shù)器的用戶越來越多,激光塵埃粒子計數(shù)器廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、精密機械、彩管制造、微生物等行業(yè)中,實現(xiàn)對各種潔凈等級的工作臺、凈化室、凈化車間的凈化效果、潔凈級別進行監(jiān)控,以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。激光塵埃粒子計數(shù)器是用來測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定提供依據(jù)。常見的激光塵埃粒子計數(shù)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數(shù)器(CNC),可測量尺寸更小的塵埃粒子。本文將介紹光散射式激光塵埃粒子計數(shù)器。
Y%eFXYk. QT)D|]bH 2.激光塵埃粒子計數(shù)器的工作原理
?"-%>y@w 激光塵埃粒子計數(shù)器基本原理是
光學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,然后進行數(shù)字信號處理,通過與標準粒子信號進行比較,將對比結(jié)果用不同的參數(shù)表示出來。空氣中的微粒在光的照射下會發(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、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,有一個基本規(guī)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,實際上,每個粒子產(chǎn)生的散射光強度很弱,是一個很小的光脈沖,需要通過光電轉(zhuǎn)換器的放大作用,把光脈沖轉(zhuǎn)化為信號幅度較大的電脈沖,然后再經(jīng)過電子線路的進一步放大和甄別,從而完成對大量電脈沖的計數(shù)工作。此時,電脈沖數(shù)量對應(yīng)于微粒的個數(shù),電脈沖的幅度對應(yīng)于微粒的大小。這就是光散射式激光塵埃粒子計數(shù)器的基本原理。
v0Ww~4|], Qa-]IKOs 3.1光源
s~(!m. R 光源是激光塵埃粒子計數(shù)器的關(guān)鍵部件,對儀器的性能影響很大。光源要求穩(wěn)定性高、壽命長、不受干擾。激光塵埃粒子計數(shù)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,開機后需要預(yù)熱。激光光源為
激光器,體積小、穩(wěn)定性高、壽命長,常與檢測腔及光檢測器做成一體,組成傳感器。常見的激光光源有HeNe激光器、激光二極管。采用普通光源的激光塵埃粒子計數(shù)器對0.3μm以下的微粒信號響應(yīng)很低,其信號幅度與計數(shù)器本身的噪聲幅度相差無幾,信號很難從噪聲中檢測出來。此類儀器雖然標有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(wěn)定,所以采用激光光源的激光塵埃粒子計數(shù)器其傳感器有較高的信噪比,此類儀器有些能檢測到0.1μm的微粒。
U-!+Cxjs 4JV/Ci5 3.2 測量腔
T:k-`t0":N 測量腔是進行微粒觀測的空間,被采集的空氣要從測量腔內(nèi)穿過。儀器的
光學系統(tǒng)使光源經(jīng)
透鏡、狹縫照射到測量腔中,形成一個體積約幾個立方毫米的光敏感區(qū)。當空氣中的塵埃通過光敏感區(qū)時,會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。
iG*@( WxO2 3.3 光檢測器
2IDN?Mw 光檢測器是將散射光能量轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換器件。激光塵埃粒子計數(shù)器中最常用的光檢測器是光電倍增管和光電二極管。
6?GR+;/ 光電倍增管把光電子放大幾萬倍后轉(zhuǎn)換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號,具有
光譜線性好、響應(yīng)時間快、暗電流小的優(yōu)點,缺點是體積大。光電倍增管工作時需加上幾百伏特的負高壓,儀器中有相應(yīng)的高壓產(chǎn)生電路,在對儀器進行調(diào)試或校準時應(yīng)注意安全。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、外圍電路簡單的特點,常與檢測腔做成一體。
hr9rI m?wPZ^u 3.4流量監(jiān)控
cXP*?N4Cf 激光塵埃粒子計數(shù)器的采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min,進口儀器常標識為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,但使最大采樣濃度降低。
I2"F2(>8K K`}8fU 3.5氣泵及過濾器
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