双波长多角度透射式空气颗粒测量装置的制作方法

本实用新型涉及双波长多角度透射式空气颗粒测量装置，属于光学检测领域。

背景技术：

光全散射法是一种基于Mie散射理论，近似地实现对待测物精确测量的方法，具有测量范围大、数据处理简单的优点。现有的光全散射法中，由于待测物的分布不规则导致散射光方向不固定，存在接收复杂的问题。这些方法多数只接收一个方向的散射法光进行计算和重构，因此就会存在待测物散射信息不全面，测量误差大的问题。光栅分光相比棱镜分光具有谱线分离角度固定、分离程度大、分辨率高、分散能量大的优点，同时经过透射光栅得到的光角度固定，在测量中操作简单又获得了散射光的多维信息。

光散射测量技术是利用光波遇到待测物时会与其发生相互作用，从而改变了入射光信息，通过接收散射光的信息而获得待测物信息的一种光学测量方法。光散射法因其具有非接触、测量范围宽（从几十微米到几纳米）、测量速度快、准确性高，重复性好、能够在线测量等优点而被广泛应用于物体的表面检测、颗粒物的浓度测量，如半导体晶圆表面的多参量测量、空气中悬浮物浓度的测量等。现有的光散射测量方法根据使用的光源类型、信道、接收装置的不同而层出不穷。

技术实现要素：

上述检测方法是基于单波长的光全散射法的数据处理方法，与单波长的数据处理类似，双波长光全散射法是利用不同波长的两束光对同一颗粒群进行测量。

本实用新型目的是解决目前对颗粒浓度测量存在测量误差大、接收的散射信息不全面的问题，提供了双波长多角度透射式空气颗粒测量装置。

双波长多角度透射式空气颗粒测量装置，该测量装置包括：绿光激光光源（1-1）、红光激光光源（1-2）、第一衰减器（2-1）、第二衰减器（2-2）、第一反射镜（3-1）、第二反射镜（3-2）、第一透镜（4-1）、第二透镜（4-2）、光阑（5）、分光棱镜（6）、第一会聚透镜（7-1）、第二会聚透镜（7-2）、样品（8）、偏振片（9）、光栅（10）、CMOS图像传感器（11.1~11.5）。

所述的激光光源，本装置采用532nm的半导体激光器和632.8nm的He-Ne激光器，这两种光源都是常见的而且被广泛应用于激光检测中；

所述的衰减器，由激光器发出的光强太大以至于无法分辨散射光强的大小，必须经过衰减器才能达到测量要求。

所述的反射镜，主要改变由红光激光器发出光的路径，使其与进入检测光路。

所述的第一透镜和第二透镜，上述两透镜共同组成准直扩束部分。

所述的分光棱镜，由于本装置要测量入射光强和透射光强，需要分光棱镜将激光光源的光束分成两束光。

所述的偏振片，滤除杂散光。

所述的光阑，经扩束后的光斑太大，且高阶模不稳定，一般只采用基模进行研究。

所述的光栅，起分光效果，以实现多角度测量；本装置采用50线对的透射式光栅进行分光。

所述的CMOS，采集光强图像。相比于功率计，CMOS采集的图像经过处理可以得到连续的光强值。

本装置采用双波长入射的方法，分别用不同波长的光入射，测量无样本、有样本的多角度散射图像。激光器发出的光经衰减器后进入准直扩束系统，经光阑滤掉高阶模，光束到达分光棱镜分成两束光，分别测量入射光强和经过样本的并且由光栅分光的多角度透射光强。

本实用新型的优点：本实用新型为了解决现有光散射测量装置存在误差大、速度慢的问题。设计双波长多角度，利用透射光栅分出固定的多个角度散射光，得到待测物在多个角度下的散射情况。建立了一种非接触性、快速简便、测量精度高、误差小的空气中颗粒浓度的测量装置，提高了实际测量时的速度，减小了测量误差，降低了发生一次测量结果错误的可能，这种实用化的测量空气中颗粒浓度装置具有相当大的市场优势，而且能够在一定程度上弥补了国内现有颗粒浓度测量系统的不足。

附图说明

图1是本实用新型所述双波长多角度透射式空气颗粒测量装置结构示意图。

图中：1-1.绿光激光光源、1-2.红光激光光源、2-1.第一衰减器、2-2.第二衰减器、3-1.第一反射镜、3-2.第二反射镜、4-1.第一透镜、4-2.第二透镜、5.光阑、6.分光棱镜、7-1.第一会聚透镜、7-2.第二会聚透镜、8.样品、9.偏振片、10.光栅、11.1~11.5 CMOS图像传感器。

具体实施方式

下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述双波长多角度透射式空气颗粒测量装置。

当选用绿光激光光源（1-1）采取数据时，从绿光激光光源（1-1）出射的激光入射至第一衰减器（2-1），通过第一衰减器（2-1）将强光衰减至实验光强，进入第一透镜（4-1）扩束，扩束的光入射至第二透镜（4-2），通过第二透镜（4-2）准直后的光入射至光阑（5），经光阑选取过得光后，入射到分光棱镜（6），通过分光棱镜（6）分为水平光和垂直光。

通过分光棱镜（6）分光的水平光入射至样品（8），样品（8）出射的光入射至偏振片（9）变为线性偏振光，通过偏振片（9）散射光入射至光栅（10），通过光栅（10）的光以多个角度分别入射至第二CMOS图像传感器（11-2）、第三CMOS图像传感器（11-3）、第四CMOS图像传感器（11-4）；同时经过光栅（10）产生的后射光强，通过第二会聚透镜（7-2）入射至第一CMOS图像传感器（11-1）。

通过分光棱镜（6）分光的垂直光入射至第一会聚透镜（7-1），入射至第五CMOS图像传感器（11-5）。

当选用红光激光光源（1-2）采取数据时，从红光激光光源（1-2）出射的激光入射至第二衰减器（2-2），通过第二衰减器（2-2）将强光衰减至实验光强，经由第二反射镜（3-2）和第一反射镜（3-1）将其光反射至检测主光路上，进入第一透镜（4-1）扩束，扩束的光入射至第二透镜（4-2），通过第二透镜（4-2）准直后的光入射至光阑（5），经光阑选取过得光后，入射到分光棱镜（6），通过分光棱镜（6）分为水平光和垂直光。

通过分光棱镜（6）分光的水平光入射至样品（8），样品（8）出射的光入射至偏振片（9）变为线性偏振光，通过偏振片（9）散射光入射至光栅（10），通过光栅（10）的光以多个角度分别入射至第二CMOS图像传感器（11-2）、第三CMOS图像传感器（11-3）、第四CMOS图像传感器（11-4）；同时经过光栅（10）产生的后射光强，通过第二会聚透镜（7-2）入射至第一CMOS图像传感器（11-1）。

通过分光棱镜（6）分光的垂直光入射至第一会聚透镜（7-1），入射至第五CMOS图像传感器（11-5）。

所述绿光激光光源（1-1）、红光激光光源（1-2）检测光路所通过的结构完全相同，使得两次使用不同波长的激光光源检测时，无需改变光路，直接换用光源即可实验测量数据。降低测量误差、提高测量精度。

以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围内。