束镜11的外部设有一个暗盒12，暗盒12、传感器外壳6和光陷阱19的内侧均为黑色磨砂面，光陷阱19的内部设有一层吸收层18，吸收层18为黑色细绒布，入射光纤1和出射光纤3的纤芯直径为200μπι，包层外径为230μπι，为塑料阶跃型光纤，柱面反射扩束镜11的反射面为镜面不锈钢，根据图9，微型透镜23的顶面为长方形球面，尺寸为1.5 Χ0.7mm2，底面为圆形平面，圆形的直径与出射光纤3的纤芯直径相匹配，为200μπι，从长方形到圆形有过渡，高度为3mm，微型透镜23的顶面和底面都有一层氟化镁镀膜。
[0025]5.根据图3，暗盒12用于消除入射光9、主光束10和柱面反射扩束镜11向外散射光，暗盒12、传感器外壳6和光陷阱19内侧的黑色磨砂面用于吸收腔内的散射杂光，吸收层18用于增强光陷阱19的消光能力，主遮光罩21用于阻挡横向杂散光，子遮光罩22的作用是:尘埃粒子进入光敏区16时，尘埃粒子的散射光分别在柱面透镜26和球面反射镜14的聚焦作用下，正确地成像在具体编号的微型透镜23顶面上，防止其散射光干扰临近的微型透镜23。
[0026]6.根据图3，准直器13设置在暗盒12上，暗盒12设置在光纤支架8上，出射光阑17设置在光陷阱19上，光陷阱19设置在支架20上，光纤支架8和支架20设置在底座25上。
[0027]7.根据图1、图5和图6，进气管5和出气管7在传感器外壳6外面的部分为圆管形，内径为1mm，进气管5和出气管7在靠近光敏区16的部分为长方形扁平嘴结构，嘴口的内尺寸为
0.5X1.5mm2，进气管5和出气管7位于光敏区16的两侧，相距5mm，主光束10在光敏区16处的截面尺寸为0.2X0.6mm2，进气管5和出气管7缝隙中的气流与主光束10的相交部分是光敏区16，光敏区16的尺寸为0.2X0.5X1.5mm3o
[0028]8.传感器工作时，进气管5通过软管接尘埃粒子采样标本，出气管7通过软管接抽气栗，接通光纤尘埃粒子分析主机29的电源，使整个系统工作，调整抽气栗的转速，使进气管5和出气管7缝隙中的气体流量符合规定要求；激光源27为固体半导体激光器，功率为20mW，从激光源27产生的激光由入射光纤1引入到所述的传感器中，入射光纤1发出的入射光9经柱面反射扩束镜11的90°反射且扩束后形成主光束10，主光束10经准直器13准直后，经过光敏区16和出射光阑17后进入光陷阱19，经吸收层18和光陷阱19的吸收后，消除了光的反射和杂散光的产生;尘埃粒子通过进气管5和出气管7缝隙中的光敏区16时，在主光束10的照射下产生散射光，散射光一路向下，由柱面透镜26聚焦，一路向上，由球面反射镜14聚焦，两路聚焦后的光把光敏区中的尘埃粒子成像在微型透镜23的顶面上，柱面透镜26和球面反射镜14的成像方向一致，根据成像原理，位于光敏区16正中位置的尘埃粒子成像在3号微型透镜23上，位于光敏区16右侧位置的尘埃粒子成像在1号微型透镜23上，位于光敏区16左侧位置的尘埃粒子成像在5号微型透镜23上，成像方向与物体方向相反，两个成像后的光经微型透镜23汇聚后通过出射光纤3输送到信号处理板28中处理和分析。
[0029] 9.当尘埃粒子的粒径较小时，所产生的散射光较少，出射光纤3收集到的光强较弱；当尘埃粒子的粒径较大时，所产生的散射光较多，出射光纤3收集到的光强较大；当两个或三个尘埃粒子同时进入光敏区16时，如果尘埃粒子在光敏区16中所处的位置不同，则发出的散射光经过柱面透镜26和球面反射镜14的聚焦、子遮光罩22的防干扰以及微型透镜23的分立式感光，光敏区16中不同位置的尘埃粒子就成像在不同编号的微型透镜23上，经相应编号出射光纤3的传递，由信号处理板27处理和分析，判断出尘埃粒子的直径和数量;如果五根出射光纤3中相邻的两根光纤(例如1号与2号)同时有信号，就判断为一个粒子，如果不相邻的两根光纤(例如2号与4号)同时有信号，就判断为是两个粒子，如果不相邻的三根出射光纤3同时有信号，就判断为是三个粒子，由于传感器能在同一时刻分析出1?3个粒子，所以传感器的采样流量明显增大。
[°03°] 10.本传感器主体的外形尺寸为Φ 60\90臟，采样流量为8017111；[11。
【主权项】
1.一种光纤尘埃粒子传感器，包括入射光纤1、光纤护套2、出射光纤3、光纤护套4、进气管5、传感器外壳6、出气管7、光纤支架8、入射光9、主光束10、柱面反射扩束镜11、暗盒12、准直器13、球面反射镜14、反射光15、光敏区16、出射光阑17、吸收层18、光陷阱19、支架20、主遮光罩21、子遮光罩22、微型透镜23、透镜支架24、底座25、柱面透镜26、激光源27、信号处理板28和光纤尘埃粒子分析主机29，激光源27、入射光纤1、柱面反射扩束镜11、准直器13、主光束10和光敏区16构成照明机构，进气管5和出气管7构成气路机构，柱面透镜26、球面反射镜14、反射光15、微型透镜23、出射光纤3和信号处理板28构成测量机构，主光束10和气路机构相互垂直构成直角散射型光学系统， 其特征在于:传感器外壳6内部设有入射光纤1、出射光纤3、光纤支架8、柱面反射扩束镜11、暗盒12、准直器13、出射光阑17、吸收层18、光陷阱19、支架20、球面反射镜14、柱面透镜26、主遮光罩21、子遮光罩22、微型透镜23、透镜支架24和底座25，传感器外壳6外部设有光纤护套2、光纤护套4、激光源27、信号处理板28和光纤尘埃粒子分析主机29，主光路前进方向上依次为激光源27、入射光纤1、入射光9、柱面反射扩束镜11、主光束1、准直器13、光敏区16、出射光阑17、光陷讲19、吸收层18，光敏区16发出的散射光分两路，一路向下，由柱面透镜26聚焦，一路向上，由球面反射镜14聚焦，两路聚焦后的光投射在微型透镜23的顶面，经微型透镜23汇聚后通过出射光纤3输送到信号处理板28。2.根据权利要求1所述的一种光纤尘埃粒子传感器，其特征在于:主光束10的中心线、反射光15的中心线、进气管5和出气管7的中心线三者之间互相垂直，进气管5和出气管7位于光敏区16的两侧，进气管5和出气管7缝隙中的气流与主光束10的相交部分形成光敏区16，光敏区16的上方设有一个球面反射镜14，下方设有一个柱面透镜26、一个主遮光罩21、四个子遮光罩22、五个微型透镜23和五根出射光纤3，五个微型透镜23和五根出射光纤3组成分立式感光部件，微型透镜23的外部设置一个透镜支架24，透镜支架24设置在底座25的上方。3.根据权利要求1所述的一种光纤尘埃粒子传感器，其特征在于:柱面反射扩束镜11的外部设有一个暗盒12，暗盒12、传感器外壳6和光陷阱19的内侧均为黑色磨砂面，光陷阱19的内部设有一层吸收层18，吸收层18为黑色细绒布，入射光纤I和出射光纤3的纤芯直径为200μπι，包层外径为230μπι，为塑料阶跃型光纤，柱面反射扩束镜11的反射面为镜面不锈钢，微型透镜23的顶面为长方形球面，底面为圆形平面，圆形的直径与出射光纤3的纤芯直径相匹配，为200μπι，从长方形到圆形有过渡，微型透镜23的顶面和底面都有一层氟化镁镀膜。
【专利摘要】本发明提供一种抗干扰、小型化、结构简单、信噪比高、粒径分辨率高、采样流量大、使用寿命长的光纤尘埃粒子传感器，传感器内部设有入射光纤、出射光纤、光纤支架、柱面反射扩束镜、暗盒、准直器、出射光阑、吸收层、光陷阱、球面反射镜和微型透镜，光敏区下方设有柱面透镜、主遮光罩、子遮光罩、微型透镜和出射光纤，五个微型透镜和五根出射光纤组成分立式感光部件，同一时刻能够分析出1～3个粒子，传感器采用光纤传感和分立式感光，省略了传感器内部的一部分体积较大的透镜、光阑和前置放大电路，消除了传感器部分的50工频干扰、缩短了照明主光束的长度，缩减了传感器的体积，增强了照明主光束在光敏区的均匀度，降低了尘埃粒径和尘埃数量的误判概率，提高了传感器的粒径分辨率和单位时间内的采样流量。
【IPC分类】G01N15/02, G01N15/14
【公开号】CN105466821
【申请号】CN201510989067
【发明人】冯越
【申请人】盐城师范学院
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月18日