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激光塵埃粒子計數器的原理應用

激光塵埃粒子計算器的原理
激光塵埃粒子計算器是用來測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔凈度的評定提供依據。常見的激光塵埃粒子計算器是光散射式(DAPC)的，測量粒徑范圍0.1-10μm，此外還有凝聚核式的激光塵埃粒子計算器(CNC)，可測量尺寸更小的塵埃粒子。
激光塵埃粒子計算器的工作原理激光塵埃粒子計算器基本原理是光學傳感器的探測激光經塵埃粒子散射后被光敏元件接收并產生脈沖信號，該脈沖信號被輸出并放大，然后進行數字信號處理，通過與標準粒子信號進行比較，將對比結果用不同的參數表示出來。空氣中的微粒在光的照射下會發生散射，這種現象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長、微粒折射率及微粒對光的吸收特性等因素有關。但是就散射光強度和微粒大小而言，有一個基本規律，就是微粒散射光的強度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測定散射光的強度就可推知微粒的大小，實際上，每個粒子產生的散射光強度很弱，是一個很小的光脈沖，需要通過光電轉換器的放大作用，把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖，然后再經過電子線路的進一步放大和甄別，從而完成對大量電脈沖的計算工作。此時，電脈沖數量對應于微粒的個數，電脈沖的幅度對應于微粒的大小。這就是光散射式激光塵埃粒子計算器的基本原理。
光源是激光塵埃粒子計算器的關鍵部件，對儀器的性能影響很大。光源要求穩定性高、壽命長、不受干擾。激光塵埃粒子計算器的光源有普通光源和激光光源兩種。普通光源為碘鎢燈，體積大、發熱量高、壽命短，開機后需要預熱。激光光源為激光器，體積小、穩定性高、壽命長，常與檢測腔及光檢測器做成一體，組成傳感器。常見的激光光源有HeNe激光器、激光二極管。采用普通光源的激光塵埃粒子計算器對0.3μm以下的微粒信號響應很低，其信號幅度與計算器本身的噪聲幅度相差無幾，信號很難從噪聲中檢測出來。此類儀器雖然標有0.3μm這一通道，但只適于測定大于0.3μm特別是0.5μm以上的微粒。
由于激光的單色性好，光能量集中穩定，所以采用激光光源的激光塵埃粒子計算器其傳感器有較高的信噪比，此類儀器有些能檢測到0.1μm的微粒。3.2測量腔測量腔是進行微粒觀測的空間，被采集的空氣要從測量腔內穿過。儀器的光學系統使光源經透鏡、狹縫照射到測量腔中，形成一個體積約幾個立方毫米的光敏感區。當空氣中的塵埃通過光敏感區時，會散射出一部分光能量，被與入射光成一角度(90度或70度)的集光透鏡收集，再投射到光檢測器上。
光檢測器光檢測器是將散射光能量轉換為電信號的光電轉換器件。激光塵埃粒子計算器中常用的光檢測器是光電倍增管和光電二極管。光電倍增管把光電子放大幾萬倍后轉換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號，具有光譜線性好、響應時間快、暗電流小的優點，缺點是體積大。光電倍增管工作時需加上幾百伏特的負高壓，儀器中有相應的高壓產生電路，在對儀器進行調試或校準時應注意**。光電二極管是一種受到光照后能產生電子的半導體元件，具有體積小、外圍電路簡單的特點，常與檢測腔做成一體。
流量監控激光塵埃粒子計算器的采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min，進口儀器常標識為0.1cfm(立方英尺每分鐘)或1cfm，主要是為了便于進行符合Fed-Std-209E的潔凈度的計算。大流量的采樣(28.3L/min)更能準確地反映空氣的潔凈狀況，但使大采樣濃度降低。
氣泵及過濾器氣泵位于激光塵埃粒子計算器內部，氣泵使儀器產生采樣流量。氣泵要求噪音低、振動小、產生的氣流穩定。過濾器應能過濾掉0.3μm以上的微粒，以免從儀器排出的空氣對潔凈區產生影響。
電路系統不同粒徑大小的粒子經激光塵埃粒子計算器的光電系統轉換后，會產生不同幅度(電壓)的電脈沖信號，粒徑越大，脈沖電壓越高。信號電壓與粒徑之間的關系，也叫轉換靈敏度。對于給定的激光塵埃粒子計算器，粒徑大小與脈沖電壓是一一對應的，例如某臺激光塵埃粒子計算器的轉換靈敏度為0.3μm對應69mv，0.5μm對應531mv，1.0μm對應701mv等，若激光塵埃粒子計算器檢測到一個脈沖為100mv，則這個粒子的大小肯定大于0.3μm而小于0.5μm。激光塵埃粒子計算器是測量大于等于某一粒徑的粒子數量的儀器，其內部電路就是統計大于等于某一電壓值的脈沖數量的電路。對于上段中的例子，測量空氣中大于等于0.3μm粒子的數量，在電路中就是統計大于等于69mv的脈沖的個數，測量大于等于0.5μm粒子的數量，在電路中就是統計大于等于531mv的脈沖的個數，依此類推。所以儀器對塵埃粒子的測量，主要靠轉換靈敏度這個參數。另外需要說明的是，每臺激光塵埃粒子計算器的轉換靈敏度均不同，在出廠時及以后須定期用標準粒子進行校準，以獲得佳轉換靈敏度值。電路系統就是完成對脈沖信號的放大、甄別、計算的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計算、打印等電路。

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