激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的原理
閱讀：3312 發(fā)布時(shí)間：2016-10-21
目前激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的用戶越來越多，激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥,、電子,、精密機(jī)械、彩管制造,、微生物等行業(yè)中,，實(shí)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(jìn)行監(jiān)控，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量,。激光塵埃粒子計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)數(shù)器,。
2.激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的工作原理激光塵埃粒子計(jì)數(shù)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(shù)字信號處理,，通過與標(biāo)準(zhǔn)粒子信號進(jìn)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(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,、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(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(jìn)一步放大和甄別,，從而完成對大量電脈沖的計(jì)數(shù)工作。
此時(shí),，電脈沖數(shù)量對應(yīng)于微粒的個(gè)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(jì)數(shù)器的基本原理,。3.1光源光源是激光塵埃粒子計(jì)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(jì)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(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,，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(jì)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(jì)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(biāo)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(jì)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,。3.2測量腔測量腔是進(jìn)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(xué)系統(tǒng)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(qū)。當(dāng)空氣中的塵埃通過光敏感區(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，再投射到光檢測器上,。3.3光檢測器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(jì)數(shù)器中zui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倍后轉(zhuǎn)換成幾個(gè)毫伏到幾十毫伏的電信號,，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,，在對儀器進(jìn)行調(diào)試或校準(zhǔn)時(shí)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(diǎn),，常與檢測腔做成一體。
激光塵埃粒子計(jì)數(shù)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zui大采樣濃度降低,。3.5氣泵及過濾器氣泵位于激光塵埃粒子計(jì)數(shù)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,。過濾器應(yīng)能過濾掉0.3μm以上的微粒,，以免從儀器排出的空氣對潔凈區(qū)產(chǎn)生影響,。3.6電路系統(tǒng)不同粒徑大小的粒子經(jīng)激光塵埃粒子計(jì)數(shù)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，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(zhuǎn)換靈敏度。對于給定的激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器,，粒徑大小與脈沖電壓是一一對應(yīng)的,，例如某臺激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換靈敏度為0.3μm對應(yīng)69mv，0.5μm對應(yīng)531mv,，1.0μm對應(yīng)701mv等，若激光塵埃粒子計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器是測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。對于上段中的例子,，測量空氣中大于等于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),，依此類推。所以儀器對塵埃粒子的測量,，主要靠轉(zhuǎn)換靈敏度這個(gè)參數(shù),。另外需要說明的是，每臺激光塵埃粒子計(jì)數(shù)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*轉(zhuǎn)換靈敏度值。電路系統(tǒng)就是完成對脈沖信號的放大,、甄別,、計(jì)數(shù)的電路。此外還包括電源,、控制,、顯示、計(jì)算,、打印等電路,。
二、使用激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的注意事項(xiàng).
1,、當(dāng)入口管被蓋住或被堵塞,，不要啟動(dòng)計(jì)數(shù)儀
2、激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器應(yīng)該在潔凈環(huán)境下使用,，以防止對激光傳感器的損傷
3,、不要測有可能產(chǎn)生反應(yīng)的混合氣體(如氫氣和氧氣)。這此氣體也可能在計(jì)數(shù)器內(nèi)產(chǎn)生爆炸。測這些氣體需與廠家為取得更多的信息,。
4,、沒有高壓減壓設(shè)備(如高壓擴(kuò)散器)不要取樣壓縮空氣，所有的顆粒計(jì)數(shù)儀被設(shè)計(jì)用于在一個(gè)大氣壓下操作,。
5,、水，溶液或其它液體都不能從入口管進(jìn)入傳感器,。
6,、顆粒計(jì)數(shù)儀主要用來測試凈化車間干凈的環(huán)境，當(dāng)測的地方有松散顆粒的材質(zhì),，灰塵源,，噴霧處時(shí)，須zui少保持距進(jìn)口管至少十二英寸遠(yuǎn),。以免以上的顆粒及液體污染傳感器及管路,。
7、取樣時(shí),，僻免取樣從計(jì)數(shù)器本身排出來的或被計(jì)數(shù)器出來的氣體所污染的氣體,。
8、在連接外置打印機(jī)或連接外接溫濕度傳感器時(shí),，需先關(guān)掉計(jì)數(shù)器,；當(dāng)執(zhí)行打印操作時(shí)，打印機(jī)上須有打印紙,，否則會(huì)損傷打印頭,。Leon Spring是Lighthouse Worldwide Solutions公司業(yè)務(wù)部主管。他負(fù)責(zé)該公司在中國市場的行銷并負(fù)責(zé)多項(xiàng)大型工程,。
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