一种粒子计数器的标定方法及工作方法与流程

1.本发明属于粒子计数器的技术领域，尤其涉及一种粒子计数器的标定方法及工作方法。


背景技术：

2.粒子计数器，是一种测量洁净环境中单位体积内尘埃粒子数和粒径分布的仪器，广泛应用于各药检所、血液中心、防疫站、疾控中心、质量监督所等权威机构、以及电子行业、制药车间、半导体、光学或精密机械加工、塑胶、喷漆、环保、检验所等生产性企业和科研部门，主要用于检测生产环节或实验环境中的空气洁净程度，从而降低生产、实验过程中受到颗粒物污染的问题。
3.粒子计数器的工作原理是，基于米氏散射原理，粒子的气流穿过光学模组输出的均匀的光场，单个粒子通过米氏散射出来的光被光学收集器收集，然后到光电接收模组的光电二极管上，并通过前置放大电路将能量转化为电压脉冲信号，电压脉冲信号通过不同粒径通道的电压比较分辨出粒子粒径的大小。
4.在粒子计数器的生产环节有一个标定环节，该标定环节决定了粒子计数器的粒径识别精度和数量的准确度。目前，业界常用的标定方法是在生产完成后再人工比对粒子计数器，其以被标定的粒子计数器与标定过的粒子计数器不同粒径计数差异不大为最终标定结果。这种标定方法存在明显的缺陷，标定过程因依赖人工操作，盲目不可控、精度差，粒径识别不全，且人工标定过程缓慢、成本高，不能批量化、自动化生产，最重要的是，也很难实现多台粒子计数器之间的一致性。
5.因此，如何提升粒子计数器标定粒径的准确度、粒子数量的计数精度，以及如何提升产品一致性、达到批量化生产，是本行业亟需解决的一个重要问题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种粒子计数器的标定方法，可提高粒子计数器对粒子分类的准确度和精度，保证不同粒子计数器对同一种粒径粒子分类计数的准确度。
7.本发明提供一种粒子计数器的工作方法，可提高粒子分类的准确度，产品一致性好。
8.本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
9.为达上述之一或部分或全部目的或其他目的，本发明一实施例所提供的粒子计数器的标定方法，包括以下步骤：对光学模组进行标定，所述光学模组包括激光器和给所述激光器供电的电源；对光电接收模组进行标定，所述光电接收模组包括电连接的光电二极管和前置放大电路。
10.其中，所述对光学模组进行标定包括：步骤1.1：对光学模组进行初步标定，包括将所述激光器发出的光投射至激光光斑采集器上，判断激光光斑采集器上呈现的光斑是否符合要求；步骤1.2：对符合要求的光学模组继续进行二次标定，包括对光斑进行切割，得到固
定面积的光斑；接入光功率计，调整所述光学模组的电源供电，使得所述固定面积的光斑的平均光强与标准光强的偏差控制在10%以内。该技术方案的有益效果在于，通过对光学模组的标定，能够提供一致性好、光场分布均匀的高质量光源，提高粒子计数器的计数准确度和精度，保证产品的一致性。
11.所述步骤1.2中对光斑进行切割，包括通过光斑切割夹具在光斑工作区域的起点或/和终点对光斑进行切割。当同时在光斑工作区域的起点和终点对光斑进行切割时，起点和终点的切割孔径保持一致。该技术方案的有益效果在于，通过对光斑进行切割，使光斑符合大小要求。
12.所述步骤1.1中的光斑是否符合要求包括：光斑大小是否符合要求、光斑的光强是否分布均匀。
13.所述光学模组还包括光路整形单元，所述光路整形单元对所述激光器发出的光进行整形。该技术方案的有益效果在于，经过整形后发出的光能量分布均匀、杂散光更少，提高了光学模组输出的光的光学质量。
14.所述对光电接收模组进行标定包括：步骤2.1：提供激光光源，使激光光源的光照完全覆盖照射所述光电二极管；步骤2.2：测量前置放大电路的输出电压，并通过电位计调节所述前置放大电路的输出电压与标准电压保持一致。该技术方案的有益效果在于，通过对光电接收模组的标定，提高粒子计数器的计数精度。
15.所述步骤2.1中的激光光源为平顶光束。
16.所述电位计为机械电位计，通过所述机械电位计调节所述前置放大电路的输出电压。
17.为达上述之一或部分或全部目的或其他目的，本发明一实施例所提供的粒子计数器的工作方法包括如下步骤：对粒子计数器的光学模组或/和光电接收模组通过如上所述的标定方法进行标定；标定不同粒径的粒子的门槛电压，包括在所述光学模组输出的光场中通入不同粒径的粒子气流，采集所述光电接收模组中前置放大电路输出的波形，标记出每种粒径的粒子的门槛电压；根据每种粒径设置不同的通道dac输出的电压值；在所述光学模组输出的光场中通入待检测的粒子气流，通过输出电压比较分辨出每种粒径的粒子数。该技术方案的有益效果在于，因对光学模组或/和光电接收模组的标定，提高了粒子计数器的产品一致性，避免不同的粒子计数器对同一束粒子气流的分类计数结果不同，保证了粒子计数器的准确度和精度。
18.所述步骤二中通过labview采集前置放大电路输出的波形。该技术方案的有益效果在于，采用labview采集，操作便捷快速，可视化，读取数据方便。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果：1、通过对光学模组的标定，能够提供一致性好、光场分布均匀的高质量光源，提高粒子计数器的计数准确度和精度，保证产品的一致性。
20.2、通过对光电接收模组的标定，保证不同粒子计数器的前置放大电路对同一粒径粒子的门槛电压相同，从而提高了粒子计数器的计数精度。
21.3、因对光学模组或/和光电接收模组的标定，提高了粒子计数器的产品一致性，避免不同的粒子计数器对同一束粒子气流的分类计数结果不同，保证了粒子计数器的准确度和精度。
22.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
23.图1为本发明实施例一的光学模组的标定方法的示意图。
24.图2为本发明实施例一的光电接收模组的标定方法的示意图。
25.图3为本发明实施例二的粒子计数器的结构示意图。
26.图4为本发明实施例二的粒子计数器的工作方法的示意图。
具体实施方式
27.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
28.对于本发明可能涉及的一些名词或原理，进行示例性而非限定的说明如下：米氏散射（mie scattering），是一种光学现象，属于散射的一种情况。当粒子的大小接近于或者大于入射光线的波长λ的时候，大部分的入射光线会沿着前进的方向进行散射，这种现象被称为米氏散射。
29.粒径(particle size)：空气中某种散射粒子的直径，是与散射光的强度相对应的粒子的直径，单位μm。
30.本发明实施例一提供一种粒子计数器的标定方法，包括以下步骤：对光学模组进行标定；对光电接收模组进行标定。本实施例中上述两步均进行，且不分先后顺序，当然，在其他实施例中，可以仅对光学模组或光电接收模组进行标定，本实施例仅以最优实施例来说明，本发明并不以此为限。
31.其中，本实施例的粒子计数器的光学模组例如包括激光器、给激光器供电的电源、以及光路整形单元，当然，在其他实施例中也可以不包括光路整形单元，本发明不对此进行限制。标定时，电源给激光器供电，激光器发出的激光经光路整形单元整形后输出，光路整形单元主要是为了获得高质量的平顶光斑，保证光学模组输出的光的光学质量，以便后续使用。
32.激光器发出的光经光路整形单元整形后输出高质量的平顶光斑，通过对该平顶光斑的操作来实现光学模组的标定。具体的，请参考图1，在本实施例中，对光学模组的标定工作具体包括以下步骤：步骤1.1：初步标定，具体包括将光学模组输出的平顶光斑投射至激光光斑采集器例如ccd相机上，判断ccd相机呈现的光斑是否符合要求。本实施例中采用较为方便的ccd相机进行采集，当然，在其他实施例中激光光斑采集器还可以利用小面元apd或pin探测器搭建一个三维扫描检测设备，本发明对此不作具体限定。要求标准主要包括光斑大小是否符合要求、光斑光强是否分布均匀，当然，在实际标定过程中还可以根据实际需要制定其他要求标准。本实施例中的初步标定通过人工检查，剔除不符合要求的不良品，当然，在其他实施例中，也可以通过自动化机器标定，本发明对此不做具体限定。
33.初步标定完成后，对初步标定合格的光学模组进行步骤1.2的二次标定，包括对光学模组输出的平顶光斑进行切割，得到固定面积的光斑；接入功率计，调整所述光学模组的电源供电，使得所述固定面积的光斑的平均光强与标准光强的偏差控制在10%以内。
34.为获得高质量的光斑，本实施例中同时在光斑工作区域的起点和终点进行切割。具体为，通过在光学模组的输出光斑的工作区域起点以及终点设置两个光斑切割夹具，切割出一定面积的光斑，然后接入光功率计，计算光斑的总功率，通过总功率与光斑的面积比来计算出平均光强，若平均光强与标准光强不同，则调整激光器的供电电源，使平均光强与标准光强的偏差在10%以内，则表明光学模组的输出光斑调整完成。本实施例中的两个光斑切割夹具的孔径相同，从而保证投射到光功率计上的光斑大小一致。需要说明的是，本实施例中通过两个光斑切割夹具在光斑工作区域的起点和终点进行切割，能够更好地对光斑进行标定校准，提高光斑的质量，当然，在其他实施例中，也可以仅在起点或终点进行切割，本发明不以本实施例为限定。
35.此外，本实施例中，对光学模组的标定包括了初步标定和二次标定，在其他实施例中，出于成本或其他考虑，也可以仅做初步标定或二次标定，本实施例仅选取了最优实施例来说明，但本发明并不以此为限。
36.请参见图2，本实施例的光电接收模组包括电连接的光电二极管和前置放大电路。对光电接收模组进行标定包括步骤2.1：提供激光光源，使激光光源的光照完全覆盖照射所述光电二极管；步骤2.2：测量前置放大电路的输出电压，并通过电位计调节所述前置放大电路的输出电压与标准电压保持一致。标准输出电压为通过光电转换器的光电转换系数以及前置放大电路的增益阻抗理论计算得到的电压值。
37.其中，步骤2.1中的激光光源选用外部参考光源进行工装，以给光电二极管提供光照，且该外部参考光源选用平顶光束激光光源。标定时，使激光光源的光照完全覆盖照射光电二极管，通过万用表测量前置放大电路的输出电压，本实施例的前置方法电路部分的电位计为机械电位计，通过调整该机械电位计使得标定的光电二极管和前置放大电路的输出电压与标准电压相同，从而实现光电接收模组的标定工作。
38.图3为本发明具体实施例二提供的一种粒子计数器。请参见图3，本实施例的粒子计数器包括依次设置的光学模组、光工作区域、光电接收模组及数据处理和比较模组。其中，光学模组和光电接收模组采用具体实施例一中的结构和标定方法，光工作区域包括光敏工作区和光学收集器如米氏散射收集器，数据处理和比较模组包括比较器电路、处理器和数字模拟转换器（以下简称dac）。
39.图4为本发明具体实施例二提供的粒子计数器的工作方法。请参见图4，本实施例的粒子计数器的工作方法包括以下步骤，步骤一：对光学模组或/和光电接收模组进行标定，标定方法参考具体实施例一中的标定方法。
40.步骤二：标定不同粒径的粒子的门槛电压，具体操作为光学模组输出光斑，光斑进入光敏工作区，在该光敏工作区中通入不同粒径的粒子气流，粒子通过米氏散射出来的光被米氏散射收集器收集，照射到光电二极管上，并通过前置放大电路将光能转换为电压脉冲信号，通过输出的电压脉冲波形，记录每个波形的峰值，然后标记出每种粒径的粒子的门槛电压。示例性的，例如在光敏工作区通入0.3μm的粒子，然后通过虚拟示波器例如labview采集前置放大电路输出的波形，统计分析0.3μm粒子的每个波形峰值，并标记出其门槛电压
为多少，同理标记出例如粒径为0.5μm、1.0μm的粒子的门槛电压，标记完成后，执行步骤三。需要说明的是，在其他实施例中标定的粒子粒径可自由随选，也数量不定，本实施例仅示例性举出个例，本发明不以此为限。
41.步骤三：根据每种粒径设置不同的通道dac输出的电压值；具体的，本实施例中可以根据标记的0.3μm、0.5μm以及1.0μm三种类型粒子的门槛电压，来设置该三个通道的dac输出的电压值，设置完成后，执行步骤四进行实际工作。
42.步骤四：在光学模组输出的光场即光敏工作区中通入待检测的粒子气流，通过输出电压比较分辨出每种粒径的粒子数，实现粒子分类计数。
43.以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。