一种基于全反射棱镜的小型螺旋pm2.5浓度检测装置制造方法
【专利摘要】一种基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置属于环境自动化监测领域；该装置包括激光器，针孔、准直物镜、矩形光栅，成像物镜，图像传感器以及全反射棱镜阵列；激光器发出的激光束经过针孔后形成点光源，再由准直物镜准直后形成平行光，照射到矩形光栅上，矩形光栅经成像物镜成像到图像传感器表面；矩形光栅到图像传感器之间的光束被全反射棱镜阵列转折成俯视方向为矩形螺旋状；激光器斜向上方向配置，全反射棱镜阵列包括四片截面为等腰直角三角形的三棱镜，直角三角形一条直角边与光束位于同一竖直面内，另一条直角边与光束垂直；本发明不仅可以降低仪器成本，而且可以减少计算量，提高监测实时性，同时能够实现检测装置的小型化设计。
【专利说明】 —种基于全反射棱镜的小型螺旋叩2.5浓度检测装置
【技术领域】
[0001]一种基于全反射棱镜的小型螺旋912.5浓度检测装置属于环境自动化监测领域，具体涉及一种912.5浓度检测装置。
【背景技术】
[0002]雾霾与？12丨5颗粒物直接相关，通过检测？12丨5的浓度，可以对雾霾天气进行定量评价。
[0003]传统？12.5检测方法是在多个不同地点分布雾霾监测器，这种方式精度较高，但由于雾霾监测器设备复杂，技术含量高，使得检测成本也相应提高。
[0004]经研究表明，？12.5的浓度与空气能见度成线性关系，因此可以通过空气能见度评价函数来得到912.5的浓度。申请号为201410200873的发明专利《基于无参考图像清晰度评价的912.5浓度检测仪》，提出了一种利用图像信息判断912.5浓度的检测装置与方法，该发明采用了无参考图像的技术方案，通过测量多个目标得到图像的模糊累计概率，再与能见度清晰处图像的模糊累计概率比较，确定最终目标物，激光测距单元测量最终目标物的距离，^12.5浓度显示单元通过能见度与912.5浓度关系计算912.5浓度。
[0005]这种方法可以给予本领域利用图像来监测912.5的技术启示，然而，其缺点在于:由于采用无参考图像的方式，因此需要多个目标以及激光测距仪，不仅检测成本高，而且测试步骤繁琐，计算量大，实时性不理想；此外，由于目标与图像传感器距离较远，因此无法实现仪器的小型化设计。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明公开了一种基于全反射棱镜的小型螺旋？此5浓度检测装置，本发明不仅可以降低仪器成本，而且可以减少计算量，提高监测实时性，同时能够实现检测装置的小型化设计。
[0007]本发明的目的是这样实现的:
一种基于全反射棱镜的小型螺旋912.5浓度检测装置，包括激光器，针孔、准直物镜、矩形光栅，成像物镜，图像传感器以及全反射棱镜阵列；所述的准直物镜的焦点位于针孔位置处，矩形光栅和图像传感器分别位于成像物镜的物面和像面；
激光器发出的激光束经过针孔后形成点光源，再由准直物镜准直后形成平行光，照射到矩形光栅上，矩形光栅经成像物镜成像到图像传感器表面；矩形光栅到图像传感器之间的光束被全反射棱镜阵列转折成螺旋状；
所述的激光器斜向上方向配置，所述的全反射棱镜阵列包括四片截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述直角三角形其中一条直角边与光束位于同一竖直面内，另一条直角边与光束垂直，四片三棱镜将光束转折成俯视方向为矩形的螺旋状。
[0008]上述基于全反射棱镜的小型螺旋912.5浓度检测装置，还包括上下均开口的筒状外壳，所述的外壳内部放置有吹风机，能够使空气上下方向流动。
[0009]有益效果:
第一、由于采用了基于图像的？12丨5浓度监测方法，同传统雾霾监测器的方式相比，降低了检测成本，操作更简单。
[0010]第二、由于采用了矩形光栅作为测试目标，回避了无参考图像的检测方法，因此无需配置多个目标，也无需配置激光测距仪，因此同样可以降低设备成本。
[0011]第三、由于只设置矩形光栅一个测试目标，因此无需对多个目标进行测量和运算，可以减少运算量，提高检测实时性。
[0012]第四、由于采用了全反射棱镜阵列对光路进行转折，因此可以实现在一个小的空间里等效实现大光程，进而实现仪器小型化设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明？12丨5浓度检测装置等效光路图。
[0014]图2是本发明？12丨5浓度检测装置光路正视图。
[0015]图3是本发明912.5浓度检测装置光路俯视图。
[0016]图中:1激光器、2针孔、3准直物镜、4矩形光栅、5成像物镜、6图像传感器、7全反射棱镜阵列。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0018]具体实施例一
本实施例的基于全反射棱镜的小型螺旋912.5浓度检测装置，包括激光器1，针孔2、准直物镜3、矩形光栅4，成像物镜5，图像传感器6以及全反射棱镜阵列7 ；所述的准直物镜3的焦点位于针孔2位置处，矩形光栅4和图像传感器6分别位于成像物镜5的物面和像面；激光器1发出的激光束经过针孔2后形成点光源，再由准直物镜3准直后形成平行光，照射到矩形光栅4上，矩形光栅4经成像物镜5成像到图像传感器6表面；矩形光栅4到图像传感器6之间的光束被全反射棱镜阵列7转折成俯视图为矩形的螺旋状。螺旋状光路的主视图如图1所示(全反射棱镜阵列7用粗实线表示),俯视图如图2所示。
[0019]在不考虑全反射棱镜阵列7对于光束的转折作用，本实施例的基于全反射棱镜的小型螺旋912.5浓度检测装置光路图如图3所示。
[0020]实际上，所述的激光器1斜向上方向配置，所述的全反射棱镜阵列7包括四片截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述直角三角形其中一条直角边与光束位于同一竖直面内，另一条直角边与光束垂直，四片三棱镜将光束转折成俯视方向为矩形的螺旋状。利用玻璃折射率1.5，可知当入射角超过42。就可以发生全反射，而本实施例中的入射角为45。，达到了发生全反射的条件，使光线可以无损失地反射。
[0021]这里需要说明的是，本申请与本公司同日申请的发明专利《一种基于调制传递函数的小型螺旋？12丨5浓度检测装置》相比，将平面反射镜阵列替换为全反射镜阵列7，效果上各有千秋。
[0022]首先说本申请不如另一项发明的地方，
第一、全反射棱镜的价格更加昂贵； 第二、全发射棱镜的入射角必须大于42。，所以使得光路的一个螺旋至少放置4个三棱镜，不如平面反射镜灵活(平面反射镜可以放置3个)；
第三、由于一个螺旋至少放置4个三棱镜，因此不如平面反射镜容易实现装置的小型化设计；
再说本申请强于另一项发明的地方，
第一、全反射棱镜没有平面反射镜镀银层吸收能量；
第二、全反射棱镜没有平面反射镜上下表面多次反射的现象；
这两个效果使得全反射棱镜相比平面反射镜不会造成图像的退化，使得本发明图像的退化完全来自912.5，进而使测量结果更加精确。
[0023]具体实施例二
本实施例的基于全反射棱镜的小型螺旋912.5浓度检测装置，在具体实施例一的基础上进一步限定还包括上下均开口的筒状外壳，所述的外壳内部放置有吹风机，能够使空气上下方向流动。使空气流动，一是防止固体颗粒附着在平面反射镜上影响图像清晰度，从而影响912.5浓度的检测精度，二是使空气更均匀，用单次测量即可等效为多次测量取平均值。
[0024]本发明基于全反射棱镜的小型螺旋912.5浓度检测装置，可以在图像传感器端检测图像的对比度，结合物方对比度，得到调制传递函数，利用调制传递函数与？12.5的浓度关系，检测？12丨5的浓度。具体原理在同日申请的发明专利《一种基于调制传递函数的^12.5监测方法》中有记载，本领域技术人员可以通过查找该专利，获得本发明装置的使用方法，在本申请中不再重复论述。
[0025]本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置，其特征在于，包括激光器(1)，针孔(2)、准直物镜(3)、矩形光栅(4)，成像物镜(5)，图像传感器(6)以及全反射棱镜阵列(7);所述的准直物镜(3)的焦点位于针孔(2)位置处，矩形光栅(4)和图像传感器(6)分别位于成像物镜(5)的物面和像面； 激光器(I)发出的激光束经过针孔(2 )后形成点光源，再由准直物镜(3 )准直后形成平行光，照射到矩形光栅(4)上，矩形光栅(4)经成像物镜(5)成像到图像传感器(6)表面；矩形光栅(4)到图像传感器(6)之间的光束被全反射棱镜阵列(7)转折成螺旋状； 所述的激光器(I)斜向上方向配置，所述的全反射棱镜阵列(7)包括四片截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述直角三角形其中一条直角边与光束位于同一竖直面内，另一条直角边与光束垂直，四片三棱镜将光束转折成俯视方向为矩形的螺旋状。
2.根据权利要求1所述的基于全反射棱镜的小型螺旋PM2.5浓度检测装置，其特征在于，还包括上下均开口的筒状外壳，所述的外壳内部放置有吹风机，能够使空气上下方向流动。
【文档编号】G01N15/06GK104359809SQ201410596458
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】宁凯 申请人:哈尔滨幻石科技发展有限公司