尘埃粒子计数传感器稳定性测试(2)
时间:2018-11-14 19:32 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
当前的光散射式尘埃粒子计数器的研究方向是朝着大流量、小粒径和微型化的方向发展，国内外的尘埃粒子计数器生产商正在以日新月异的速度对尘埃粒子计数器更新换代。随着工业民生行业对尘埃粒子计数器需求量的上升，小流量、中小粒径的计数器已经远远不满足当前社会的要求。研制出大采样流量、探测粒径更小、硬件结构简单轻巧的尘埃粒子计数器成了迫切需要解决的工程技术问题，改进其性能的研究方向主要是从以下这几个方面入手：当前激光光源主要采用半导体激光光源（LD），因为粒子的散射光强度非常微弱，因此需要亮度高、稳定性高的激光光源；硬件参数设计的不合理会导致在测量腔内形成湍流、回流，使得腔内速度场分布不均，部分粒子可能被腔壁吸收而偏离光敏区或者多次经过光敏区；散射光收集系统的收集能力，粒子散射光经旋转球面反射镜反射后进入光敏区被光电转换器接受并转化为脉冲电压信号，因而改进电路设计就可以获得更为理想的光电转换效果。 在实际工程应用中，由于有厂家反映尘埃粒子计数器的实际工作性能比仪器标定的参数值偏低，本课题的研究就是探索实际值偏离标定值的原因，因为尘埃粒子计数器的工作较为稳定，工作环境变化比较大的参数就是温度，所以在下文的分析中主要从温度变量入手（在实验室中的工作环境中，由于要保证超洁净环境，需要气泵持续抽取实验环境空气，空气的流动有效地提高了传感器的散热效果。而在工业用途中这一点是不可能实现的，传感器需要和其它电子器件组装配合使用，在机箱中就不能充分保证有良好的散热效果，所以在实际应用中的尘埃粒子计数器往往环境温度在400C左右）。一般来讲，对光电传感器的稳定性研究主要从光学、机械、电学三个角度入手：光学角度一个方面是系统光学结构，通过改善透镜组的结构参数以获得性能优化。另一个方面是光源的性能，在本课题中由于尘埃粒子计数器中由于采用LD光源，其稳定性、强度都较为理想，主要考察激光光源受到温度变化的影响；机械角度即是系统受外界条件改变而产生的形变，由于尘埃粒子计数器的工作环境温度区间仅在常温的250C左右到箱体内的400C左右，这一温度区间远不足以计数器的刚体元件产生明显的形变，所以机械原因对计数器参数变化的影响可忽略不计；电学角度即是传感器硬件电路的性能，电路完成对信号的放大、甄别、计数，主要采用电容、电阻、二极管等电学元件。在25-500C这一温度区间内，电阻和电容的电学特性变化微乎其微，但其中的非线性放大元件二极管所产生的温漂影响就较为显著，所以本课题重点考察二极管受温度变化影响时的参数变化。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 1.2.2 国内研究现状 1.3 本文主要工作 本文简要介绍了尘埃粒子计数器的相关基础理论，并结合实际应用中计数器的温度稳定性较差的问题，分别对激光光源和计数传感器电路板模拟温度变化，观测温度的变化对计数器的粒子浓度示值误差、分辨率的影响。 2 尘埃粒子计数器基础理论 2.1 Mie散射理论 光散射理论是尘埃粒子计数器的核心理论，粒子在受到光束照射时吸收能量并改变光束的传播方向和相位，甚至改变光束的频率[19]。通常光散射分为弹性散射和非弹性散射：弹性散射是指只改变入射光传播方向和相位，如瑞利散射；非弹性散射不仅改变传播方向和相位，也会改变频率，如喇曼散射、布里渊散射等。本课题研究的尘埃粒子计数器就是以光的弹性散射理论为基础，通过分析散射光的强度、偏振态，得到测量粒子的尺寸。 (责任编辑：qin) |