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)的激光塵埃粒子計數(shù)器,測量粒徑范圍 0.1-10μm激光塵埃粒子計數(shù)器,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。
激光塵埃粒子計數(shù)器的工作原理
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)生散射乙炔檢測儀,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。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)量對應于微粒的個數(shù),電脈沖的幅度對應于微粒的大小。這就是光散射式激光塵埃粒子計數(shù)器的基本原理。
激光塵埃粒子計數(shù)器的組成結(jié)構(gòu)
光源
光源是激光塵埃粒子計數(shù)器的關鍵部件,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。
測量腔
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。
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。激光塵埃粒子計數(shù)器中最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)換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號激光塵埃粒子計數(shù)器,具有光譜線性好、響應時間快、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,儀器中有相應的高壓產(chǎn)生電路,在對儀器進行調(diào)試或校準時應注意安全。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。
流量監(jiān)控
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。
氣泵及過濾器
氣泵位于激光塵埃粒子計數(shù)器內(nèi)部,氣泵使儀器產(chǎn)生采樣流量。氣泵要求噪音低、振動小、產(chǎn)生的氣流穩(wěn)定。過濾器應能過濾掉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。
電路系統(tǒng)
不同粒徑大小的粒子經(jīng)激光塵埃粒子計數(shù)器的光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后,會產(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系,也叫轉(zhuǎn)換靈敏度。對于給定的激光塵埃粒子計數(shù)器,粒徑大小與脈沖電壓是一一對應的,例如某臺激光塵埃粒子計數(shù)器的轉(zhuǎn)換靈敏度為0.3μm對應69mv,0.5μm對應 531mv酒精報警器,1.0μm 對應701mv 等,若激光塵埃粒子計數(shù)器檢測到一個脈沖為100mv,則這個粒子的大小肯定大于0.3μm 而小于0.5μm。激光塵埃粒子計數(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)計大于等于69mv 的脈沖的個數(shù),測量大于等于0.5μm 粒子的數(shù)量,在電路中就是統(tǒng)計大于等于531mv 的脈沖的個數(shù),依此類推。所以儀器對塵埃粒子的測量,主要靠轉(zhuǎn)換靈敏度這個參數(shù)。
另外需要說明的是,每臺激光塵埃粒子計數(shù)器的轉(zhuǎn)換靈敏度均不同,在出廠時及以后須定期用標準粒子進行校準,以獲得最佳轉(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、計數(shù)的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計算、打印等電路。
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