激光塵埃粒子計數器的原理
更新時(shí)間：2016-12-30 點(diǎn)擊次數：3039
目前激光塵埃粒子計數器的用戶(hù)越來(lái)越多，激光塵埃粒子計數器廣泛應用于醫藥、電子、精密機械、彩管制造、微生物等行業(yè)中，實(shí)現對各種潔凈等級的工作臺、凈化室、凈化車(chē)間的凈化效果、潔凈級別進(jìn)行監控，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。激光塵埃粒子計數器是用來(lái)測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔凈度的評定提供依據。常見(jiàn)的激光塵埃粒子計數器是光散射式(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器。
2.激光塵埃粒子計數器的工作原理激光塵埃粒子計數器基本原理是光學(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)行數字信號處理，通過(guò)與標準粒子信號進(jìn)行比較，將對比結果用不同的參數表示出來(lái)?？諝庵械奈⒘Ｔ诠獾恼丈湎聲?huì )發(fā)生散射，這種現象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長(cháng)、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(gè)基本規律，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(shí)際上，每個(gè)粒子產(chǎn)生的散射光強度很弱，是一個(gè)很小的光脈沖，需要通過(guò)光電轉換器的放大作用，把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖，然后再經(jīng)過(guò)電子線(xiàn)路的進(jìn)一步放大和甄別，從而完成對大量電脈沖的計數工作。
此時(shí)，電脈沖數量對應于微粒的個(gè)數，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器的基本原理。3.1光源光源是激光塵埃粒子計數器的關(guān)鍵部件，對儀器的性能影響很大。光源要求穩定性高、壽命長(cháng)、不受干擾。激光塵埃粒子計數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)機后需要預熱。激光光源為激光器，體積小、穩定性高、壽命長(cháng)，常與檢測腔及光檢測器做成一體，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數器對0.3μm以下的微粒信號響應很低，其信號幅度與計數器本身的噪聲幅度相差無(wú)幾，信號很難從噪聲中檢測出來(lái)。
此類(lèi)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，光能量集中穩定，所以采用激光光源的激光塵埃粒子計數器其傳感器有較高的信噪比，此類(lèi)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(guān)測的空間，被采集的空氣要從測量腔內穿過(guò)。儀器的光學(xué)系統使光源經(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。當空氣中的塵埃通過(guò)光敏感區時(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換為電信號的光電轉換器件。激光塵埃粒子計數器中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(wàn)倍后轉換成幾個(gè)毫伏到幾十毫伏的電信號，具有光譜線(xiàn)性好、響應時(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高壓，儀器中有相應的高壓產(chǎn)生電路，在對儀器進(jìn)行調試或校準時(shí)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(jiǎn)單的特點(diǎn)，常與檢測腔做成一體。
激光塵埃粒子計數器的采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min，進(jìn)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(jìn)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zui大采樣濃度降低。3.5氣泵及過(guò)濾器氣泵位于激光塵埃粒子計數器內部，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)生的氣流穩定。過(guò)濾器應能過(guò)濾掉0.3μm以上的微粒，以免從儀器排出的空氣對潔凈區產(chǎn)生影響。3.6電路系統不同粒徑大小的粒子經(jīng)激光塵埃粒子計數器的光電系統轉換后，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，也叫轉換靈敏度。對于給定的激光塵埃粒子計數器，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器的轉換靈敏度為0.3μm對應69mv，0.5μm對應531mv，1.0μm對應701mv等，若激光塵埃粒子計數器檢測到一個(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。激光塵埃粒子計數器是測量大于等于某一粒徑的粒子數量的儀器，其內部電路就是統計大于等于某一電壓值的脈沖數量的電路。對于上段中的例子，測量空氣中大于等于0.3μm粒子的數量，在電路中就是統計大于等于69mv的脈沖的個(gè)數，測量大于等于0.5μm粒子的數量，在電路中就是統計大于等于531mv的脈沖的個(gè)數，依此類(lèi)推。所以?xún)x器對塵埃粒子的測量，主要靠轉換靈敏度這個(gè)參數。另外需要說(shuō)明的是，每臺激光塵埃粒子計數器的轉換靈敏度均不同，在出廠(chǎng)時(shí)及以后須定期用標準粒子進(jìn)行校準，以獲得*轉換靈敏度值。電路系統就是完成對脈沖信號的放大、甄別、計數的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計算、打印等電路。
二、使用激光塵埃粒子計數器的注意事項.
1、當入口管被蓋住或被堵塞，不要啟動(dòng)計數儀
2、激光塵埃粒子計數器應該在潔凈環(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)生反應的混合氣體(如氫氣和氧氣)。這此氣體也可能在計數器內產(chǎn)生爆炸。測這些氣體需與廠(chǎng)家為取得更多的信息。
4、沒(méi)有高壓減壓設備(如高壓擴散器)不要取樣壓縮空氣，所有的顆粒計數儀被設計用于在一個(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、顆粒計數儀主要用來(lái)測試凈化車(chē)間干凈的環(huán)境，當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。以免以上的顆粒及液體污染傳感器及管路。
7、取樣時(shí)，僻免取樣從計數器本身排出來(lái)的或被計數器出來(lái)的氣體所污染的氣體。
8、在連接外置打印機或連接外接溫濕度傳感器時(shí)，需先關(guān)掉計數器；當執行打印操作時(shí)，打印機上須有打印紙，否則會(huì )損傷打印頭。Leon Spring是Lighthouse Worldwide Solutions公司業(yè)務(wù)部主管。他負責該公司在中國市場(chǎng)的行銷(xiāo)并負責多項大型工程。
