一种光学颗粒计数器

1.本发明涉及光学计数领域，特别是涉及一种光学颗粒计数器。


背景技术：

2.在光学颗粒计数器中，颗粒随气流通路流动，理想的气流通路是从颗粒进口到颗粒出口的一条直线通路。但是在实际的运行中，很难保证气流通路的直线性，这样，颗粒出口处就会有许多颗粒因无法顺利排出而短暂滞留，甚至随湍流在计数器中循环流动，影响计数的准确性。为了解决这个难题，亟需设计一种能够保证颗粒从颗粒进口进入之后，保持一条直线的从颗粒出口排出的光学颗粒计数器。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种能够保证气流通路直线性的光学颗粒计数器。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种光学颗粒计数器，包括：散射光收集装置、气溶胶颗粒准直结构和激光器，其中：
6.所述散射光收集装置上设置有气溶胶颗粒进气口、气溶胶颗粒出气口以及激光照射入口；
7.所述气溶胶颗粒准直结构用于将从所述气溶胶颗粒进气口进入的气溶胶颗粒直线性输送至所述气溶胶颗粒出气口；
8.所述激光器，发出的激光经所述激光照射入口进入散射光收集装置，且所述激光照射在气溶胶颗粒的运动路径上。
9.可选的，所述光学颗粒计数器还包括气溶胶颗粒进气嘴，所述气溶胶颗粒准直结构包括：环形鞘气喷嘴，所述环形鞘气喷嘴包括喷嘴部和管路部。
10.所述喷嘴部包括喷嘴腔体。所述喷嘴腔体，出口与所述气溶胶颗粒进气口连接，套设在所述气溶胶颗粒进气嘴外部，且与所述气溶胶颗粒进气嘴外壁之间存在环形间隙。所述环形间隙在所述气溶胶颗粒进气嘴出口处的横截面关于所述气溶胶颗粒进气嘴出口横截面的中心对称，且从所述环形间隙喷出的气流聚拢于所述气溶胶颗粒进气口指向所述气溶胶颗粒出气口的直线上；
11.所述管路部包括多个气流管路，多个气流管路与均匀开设在所述喷嘴腔体侧壁的气流进口相连接。
12.可选的，所述气溶胶颗粒进气口与所述气溶胶颗粒出气口的连线为一直线，所述气溶胶颗粒准直结构包括在所述气溶胶颗粒进气口周围的散射光收集装置壁上开设的多个气流进气口，所述气流进气口在以所述直线与所述散射光收集装置的交点为圆心的圆周上均匀布置，所述气流进气口用于向所述直线上对称的吹气。
13.可选的，所述气溶胶颗粒准直结构包括气溶胶颗粒保护通路，所述气溶胶颗粒保护通路包括透明的中空直管；所述中空直管的第一端口固定于所述散射光收集装置的气溶
胶颗粒进气口，并与所述气溶胶颗粒进气口连通；所述中空直管的第二端口固定于所述散射光收集装置的气溶胶颗粒出气口，并与所述气溶胶颗粒出气口连通；所述中空直管上开设有通孔；所述激光器发出的激光经所述激光照射入口进入散射光收集装置，并照射到所述中空直管上的通孔上。
14.可选的，所述散射光收集装置包括积分球。
15.可选的，所述光学颗粒计数器还包括设置于所述散射光收集装置与所述激光器之间的透镜组件，所述透镜组件用于对所述激光器发出的激光进行截面压缩。
16.可选的，所述透镜组件包括两个轴线相互垂直布置的柱面透镜，所述柱面透镜一面为平面，另一面为凸面，且凸面朝向所述激光器。
17.可选的，所述中空直管的材料为隔热材料。
18.可选的，所述光学颗粒计数器还包括与所述气溶胶颗粒进气口连接的气溶胶颗粒进气嘴。
19.可选的，所述气溶胶颗粒进气嘴出口处的内径小于设定值。
20.根据本发明提供的具体实施例，公开了以下技术效果：本发明实施例提供的光学颗粒计数器设置了气溶胶颗粒准直结构，该气溶胶颗粒准直结构用于将从所述气溶胶颗粒进气口进入的气溶胶颗粒直线性的输送至所述气溶胶颗粒出气口，避免了气溶胶颗粒在气溶胶颗粒出气口处滞留无法排出，以及循环流动等现象的产生。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例提供的光学颗粒计数器的部分结构示意图；
23.图2为本发明实施例中气溶胶颗粒进气嘴的结构示意图；
24.图3为本发明实施例中环形鞘气喷嘴的结构示意图；
25.图4为本发明实施例中环形鞘气喷嘴的三维图；
26.图5为本发明实施例中环形鞘气喷嘴与气溶胶颗粒进气嘴装配后的剖面图；
27.图6为本发明实施例中环形鞘气喷嘴与气溶胶颗粒进气嘴装配后的另一剖面图；
28.图7为本发明实施例中环形鞘气喷嘴与气溶胶颗粒进气嘴装配后出口处的示意图；
29.图8为本发明实施例中光学颗粒计数器的结构示意图；
30.图9为本发明实施例中激光光源截面的压缩示意图；
31.图10为本发明实施例中光斑压缩前后计数原理示意图；
32.图11为本发明实施例中光电传感器的安装方式示意图。
33.1、积分球，2、气溶胶颗粒出气口，3、透镜组件，4、激光器，5、激光照射入口，6、气溶胶颗粒进气嘴，7、气溶胶颗粒进气口，8、光陷阱，9、气流管路，10、气流进口，11、喷嘴腔体，12、喷嘴腔体出口，13、环形间隙，14、气流进气口，15、中空直管，16、通孔，17、柱面透镜。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明的目的是提供一种能够保证气流通路直线性的光学颗粒计数器。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.本发明实施例提供的光学颗粒计数器包括：散射光收集装置、气溶胶颗粒准直结构和激光器。其中，参见图1，在本实施例中，散射光收集装置优选为积分球1。积分球1上设置有气溶胶颗粒进气口7、气溶胶颗粒出气口2以及激光照射入口5。气溶胶颗粒准直结构用于将从气溶胶颗粒进气口7进入积分球1的气溶胶颗粒全部直线性的输送至气溶胶颗粒出气口2，并从气溶胶颗粒出气口2排出。以避免积分球1内滞留许多气溶胶颗粒无法排出等现象的产生。激光器4发出的激光经激光照射入口5进入积分球1，且激光路径与气溶胶颗粒的运动路径相交，激光照射在交点处的气溶胶颗粒上。
38.对于上述气溶胶颗粒准直结构，可以采用以下几种方式实现：
39.实施例1
40.参见图1和图2，光学颗粒计数器还包括气溶胶颗粒进气嘴6，参见图2
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图7，气溶胶颗粒准直结构包括：环形鞘气喷嘴，该环形鞘气喷嘴套设在上述气溶胶颗粒进气嘴6外部，环形鞘气喷嘴包括喷嘴部和管路部。
41.具体的，喷嘴部包括喷嘴腔体11。喷嘴腔体出口12与气溶胶颗粒进气口7连接，且喷嘴腔体11与气溶胶颗粒进气嘴6外壁之间具有环形间隙13。该环形间隙13在气溶胶颗粒进气嘴6出口处的横截面关于气溶胶颗粒进气嘴6出口横截面的中心对称，且从环形间隙13喷出的气流聚拢于气溶胶颗粒进气口7指向气溶胶颗粒出气口2的直线上，以将从积分球1的气溶胶颗粒进气口7进入的气溶胶颗粒直线性的吹向积分球1的气溶胶颗粒出气口2。
42.管路部包括多个气流管路9，多个气流管路9与均匀开设在喷嘴腔体侧壁的气流进口10相连接，气流管路9将气流输送至上述环形间隙13。
43.实施例2
44.气溶胶颗粒进气口7与气溶胶颗粒出气口2的连线为一直线，气溶胶颗粒准直结构包括在气溶胶颗粒进气口7周围的积分球壁上开设的多个气流进气口14，气流进气口14在以上述直线与积分球壁的交点为圆心的圆周上均匀布置，气流进气口14用于向直线上对称的吹气。
45.具体的，纯净辅助气流进口成对称性，通入两到三股与气溶胶颗粒进气口7处流速接近的准直纯净气流作为气溶胶颗粒的保护鞘气，使得气溶胶颗粒流路在保护鞘气气流的裹挟下保持准直，使从积分球1的气溶胶颗粒进气口7进入的气溶胶颗粒直线性的流向积分球1的气溶胶颗粒出气口2。
46.本实施例提供的光学颗粒计数器还包括气流输送管路，气流输送管路固定于积分球1的气流进气口14上，并与气流进气口14连通，气流输送管路中的气流通过气流进气口14向积分球1中吹入准直气流。
47.由于纯净气流比气溶胶颗粒通路温度低，当热量从气溶胶颗粒通路传至纯净气流时，热量又会被流动的纯净气流带走，进而实现高温气溶胶颗粒热源和其他部件的温度隔离。而且在工作结束后，还可以打开气流开关进行工作后的扫气清理工作，将残留在气溶胶颗粒通路保护装置中的颗粒带出仪器。
48.实施例3
49.参见图8，气溶胶颗粒准直结构包括气溶胶颗粒保护通路，气溶胶颗粒保护通路包括透明的中空直管15。中空直管15的第一端口固定于积分球1的气溶胶颗粒进气口7，并与气溶胶颗粒进气口7连通；中空直管15的第二端口固定于积分球1的气溶胶颗粒出气口2，并与气溶胶颗粒出气口2连通。中空直管15上开设有通孔16，激光器4发出的激光经激光照射入口5进入积分球1，并照射到中空直管15上的通孔16上。
50.气溶胶颗粒进入中空直管15后，沿中空直管15运动，直至从气溶胶颗粒出气口2排出。由于中空直管为直线型，因此保障了经流自身的气流通路的直线性，避免了气溶胶颗粒出气口2处滞留许多气溶胶颗粒无法排出及循环流动等现象的产生。
51.优选的，中空直管15可以使用隔热材料，将高温气溶胶颗粒通路和光敏腔壳体、精密光电器件分割开来，实现热电分离。
52.需要说明的是，可以同时采用上述实施例3和实施例1中介绍的气溶胶颗粒准直结构进行气溶胶颗粒的准直，也可以同时采用上述实施例3和实施例2中介绍的气溶胶颗粒准直结构进行气溶胶颗粒的准直。
53.作为本实施例的一种实施方式，在进行光学计数时，为了尽量保证激光光斑的每个截面内只存在一个颗粒，即在同一时刻仅有一个颗粒被激光照射，本实施例在激光器4前加装了透镜组件3以对激光光源截面进行压缩，如图9所示，透镜组件3可以包括两个轴线相互垂直布置的柱面透镜17，柱面透镜17的一面为平面，另一面为凸面，且柱面透镜17的凸面均面向激光器。激光截面经过透镜组件3之后由圆形变成了椭圆形，当面积变为原来三分之一时，可以保证同一时间更少的粒子出现在截面上。参见图10，在光斑压缩前，有5
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6个颗粒同时散射激光，而散射光被光电接收器接收之后会被误认为是一个颗粒发出的。光斑压缩后，可以看到，每个界面内只有一个颗粒，可以保证每个散射光脉冲信号和每个经过的单独颗粒的一一对应关系。
54.气溶胶颗粒从饱和器中出来进入光学计数器时，气溶胶颗粒有可能会成团簇状，或者在垂直于气流方向的平面上同时存在两个或两个以上的气溶胶颗粒。为了尽可能的使气溶胶颗粒一个一个的进入光学计数器，可以通过限制气溶胶颗粒进气嘴6出口处的内径实现，优选地，可以将该内径设置为0.6
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2mm。
55.本发明实施例通过设置气溶胶颗粒保护通路以及辅助气路，实现了气溶胶颗粒在光学计数器中运动的直线性，保障了气溶胶颗粒的有效排出。另外，本发明实施例还在散射光收集装置(积分球)与激光器之间设置了透镜以对激光光源截面进行压缩，使同一时刻仅有一个颗粒被激光照射，保障了计数的准确性。
56.在一个示例中，光学计数器还包括信号处理器，该信号处理器包括光强脉冲统计模块，该光强脉冲统计模块根据光电传感器输出的光脉冲信号数量来确定颗粒的数量。
57.具体的，信号处理器包括粒径数目统计模块以及反演粒径算法模块。由于不同尺寸的颗粒散射的光强不同，即颗粒散射的光强与颗粒的粒径之间存在一定的对应关系，粒
径比较统计模块基于光脉冲信号光强与颗粒尺寸的对应关系，对比于参考光脉冲信号强度确定颗粒的粒径大小；反演粒径算法模块基于光脉冲信号分布图根据反演算法解出具体的颗粒粒径分布情况。
58.通过上述粒径比较统计模块和反演算法模块可以实现对气溶胶颗粒的粒径分级以及对各粒径级别气溶胶颗粒的计数，为评估人体危害和精准减排提供依据。
59.需要说明的是，上述光电传感器安装在积分球1的表面。具体的安装位置为，以积分球1的球心为原点，气溶胶颗粒进气口7和气溶胶颗粒出气口2在x轴上，激光器4和光陷阱8在y轴上，光电传感器布置在z轴上。具体的安装位置方式为，在积分球1表面开设一个孔洞，将该光电传感器固定在孔洞内，具体参见图11。
60.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
61.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。