光学尘埃粒子计数器自动校正的实现

　　1　引　言

　　光学尘埃粒子计数器是检测洁净环境中尘埃颗粒的仪器,它是以尘埃颗粒在激光束中产生的光散射现象为原理设计而成的,即当空气中尘埃粒子随采样气 流通过光敏感区时,产生与其粒径相关的散射光脉冲,光学系统将散射光收集于光电转换器件,光电转换器件将光脉冲信号变为相应的电脉冲信号。信号处理系统将 电脉冲信号放大,并经幅度甄别器甄别后由微处理器处理,最后得到各档粒径的尘埃粒子数,其结构原理如图1所示,其中,图1(a)表示的是整体结构,图 1(b)表示的是采样口处的气流情况。

　　2　接收灵敏度的分析

　　根据光散射原理,当尘埃颗粒的半径r小于光的波长λ时满足[1]

　　式中V = (4/3)πr3;N为单位体积内粒子数;ε为空气中介电常数;ε0为真空中介电常数;θ为散射角;R为光敏感区被测量的粒子到光电转换器的距离;r为粒子半径;I0为入射光强;H为与测量系统几何尺寸有关的一个常数。

　　显然,在某一测量系统中,λ、ε、ε0、θ、R、H均为常数,所以Iθ正比于I0、V和N。假如尘埃粒子是一颗一颗地通过光敏感区(洁净环境基 本满足此条件),则某一粒径的尘埃粒子所产生的散射光Iθ完全取决于I0。即同一粒径的粒子,在不同的I0照射下,产生的Iθ就不同。虽然目前使用的半导 体激光器都有稳功率措施。但是当半导体激光器损坏时,它并不是不发光,而是成了一块光斑,所以散射光将大大地降低,从而使仪器接收灵敏度也大大降低。由于 散射腔是密封的,一般不易发现半导体激光器损坏,这是问题的一个方面;另一个会使仪器接收灵敏度发生变化的原因是仪器中采用的光电转换器,以及信号处理系 统所用的器件均是半导体。半导体器件温度特性较差,当环境温度发生变化时,仪器的接收灵敏度会发生偏移,从而使测量数据与实际数据发生偏差。而有些仪器目 前还采用光电倍增管作为光电转换器件,当供给光电倍增管的高压发生变化时,将引起接收灵敏度更大的变化。因此,在设计尘埃粒子计数器时必须设计接收灵敏度 的校正系统。由于校正系统电路较复杂,所以目前国内一部分仪器无校正系统,而一部分仪器仅对光源信号进行监视,这就使我国目前生产的一部分仪器与国外生产 的仪器在接收灵敏度上存在一定的差距[2]。

　　3　自动校正系统的组成

　　针对上述分析的问题,我们设计了一个自动校正系统,安装在BCJ_1型尘埃粒子计数器中, BCJ_1型尘埃粒子计数器的采样流量为2·83/L,测量的最小粒径0·3μm,光源采用半导体激光器,光电转换器选用半导体PIN二极管。校正系统由 两部分组成,其组成框图如图2所示。