塵埃粒子計數(shù)器的原理及組成

目前使用激光塵埃粒子計數(shù)器的用戶越來越多，激光塵埃粒子計數(shù)器廣泛應用于醫(yī)

藥、電子、精密機械、彩管制造、微生物等行業(yè)中，實現(xiàn)對各種潔凈等級的工作

臺、凈化室、凈化車間的凈化效果、潔凈進行監(jiān)控，以確保產品的質量。激光

塵埃粒子計數(shù)器是用來測量空氣中塵埃微粒的數(shù)量及粒徑分布的儀器，從而為空氣

潔凈度的評定依據(jù)。常見的激光塵埃粒子計數(shù)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數(shù)器（CNC），可測量

尺寸更小的塵埃粒子。本文將介紹光散射式激光塵埃粒子計數(shù)器。

　　2、激光塵埃粒子計數(shù)器的工作原理

　　激光塵埃粒子計數(shù)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(shù)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(shù)表示出來。空氣中的微粒

在光的照射下會發(fā)生散射，這種現(xiàn)象叫光散射。光散射和微粒大小、光波、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(guī)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

的計數(shù)工作。此時，電脈沖數(shù)量對應于微粒的個數(shù)，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數(shù)器的基本原理。

        3、激光塵埃粒子計數(shù)器的組成

　　3.1光源

　　光源是激光塵埃粒子計數(shù)器的關鍵部件，對儀器的性能影響很大。光源要求穩(wěn)

定性高、壽命長、不受干擾。激光塵埃粒子計數(shù)器的光源有普通光源和激光光源兩

種。普通光源為鎢燈，體積大、發(fā)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(wěn)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He-Ne激光器、激光二管。采用普通光源的激光塵埃粒

子計數(shù)器對0.3μm以下的微粒信號響應很低，其信號幅度與計數(shù)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(wěn)定，所以采用激光光源的激光塵埃粒子計數(shù)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(tǒng)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(qū)。當空氣中的塵埃通過光敏感區(qū)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。

　　3.3 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。激光塵埃粒子計數(shù)器

中zui常用的光檢測器是光電倍增管和光電二管。

　　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(yōu)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

時應注意安全。光電二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。

　　3.4流量監(jiān)控

　　激光塵埃粒子計數(shù)器的采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min，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）更能地反映空氣的潔凈狀況，但

使zui大采樣濃度降低。

　　3.5氣泵及過濾器

　　氣泵位于激光塵埃粒子計數(shù)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(wěn)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(qū)產生影響。

　　3.6電路系統(tǒng)

　　不同粒徑大小的粒子經激光塵埃粒子計數(shù)器的光電系統(tǒng)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數(shù)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數(shù)器的轉換靈敏度為0.3μm對應69mv，0.5μm

對應 531mv，1.0μm對應701mv等，若激光塵埃粒子計數(shù)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。激光塵埃粒子計數(shù)器是

測量大于等于某一粒徑的粒子數(shù)量的儀器，其內部電路就是統(tǒng)計大于等于某一電壓

值的脈沖數(shù)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(shù)

量，在電路中就是統(tǒng)計大于等于69mv的脈沖的個數(shù)，測量大于等于0.5μm粒子的數(shù)

量，在電路中就是統(tǒng)計大于等于531mv的脈沖的個數(shù)，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(shù)。

　　另外需要說明的是，每臺激光塵埃粒子計數(shù)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，以獲得轉換靈敏度值。電路系統(tǒng)就是完成

對脈沖信號的放大、甄別、計數(shù)的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計算、打

印等電路。

　　4、應用激光塵埃粒子計數(shù)器的注意事項.

　　1）、當入口管被蓋住或被堵塞，不要啟動計數(shù)儀

　　2）、激光塵埃粒子計數(shù)器應該在潔凈環(huán)境下使用，以防止對激光傳感器的損

傷

　　3）、不要測有可能產生反應的混合氣體（如氫氣和氧氣）。這此氣體也可能

在計數(shù)器內產生。測這些氣體需與為取得更多的信息。

　　4）、沒有高壓減壓設備（如高壓擴散器）不要取樣壓縮空氣，所有的顆粒計

數(shù)儀被設計用于在一個大氣壓下操作。

　　5）、水，溶液或其它液體都不能從入口管進入傳感器。

　　6）、顆粒計數(shù)儀主要用來測試凈化車間干凈的環(huán)境，當測的地方有松散顆粒

的材質，灰塵源，噴霧處時，須zui少保持距管至少十二英寸遠。以免以上的顆

粒及液體污染傳感器及管路。

　　7）、取樣時，僻免取樣從計數(shù)器本身排出來的或被計數(shù)器出來的氣體所污染

的氣體。

　　8）、在連接外置打印機或連接外接溫濕度傳感器時，需先關掉計數(shù)器；當執(zhí)

行打印操作時，打印機上須有打印紙，否則會損傷打印頭。