粒子計數器使用分析

　　hbzhan內容導讀：粒子計數器是利用丁達爾現象（TyndallEffect）來檢測粒子。丁達爾效應是用JohnTyndall的名字命名的，通常是膠體中的粒子對光線的散射作用引起的。一束明亮的光照在空氣或霧中的灰塵上，所產生的散射就是丁達爾現象。
　　
　　激光塵埃粒子計數器的工作原理
　　
　　當折射率變化時，光線就會發生散射。這就意味著在液體中，汽泡對光線的散射作用和固體粒子是一樣的。米氏理論（MieTheory）描述了粒子對光的散射作用。
　　
　　Lorenz-Mie-Debye理論zui早由GustavMie提出，它描述了光是如何朝各個不同方向散射的。具體的散射情況決定于介質的折射率、粒子對光的散射作用、粒子的尺寸和光的波長。具體介紹米氏理論的細節超出了本文的范圍；但是，有很多公共領域的應用都可以用來驗證光是如何散射的。
　　
　　光的散射情況會隨著粒子尺寸的變化而變化。在粒子計數器中，米氏理論zui重要的結果以及它對光散射的預測都與之相關。當粒子尺寸比光的波長要小得多的時候，光散射主要是朝著正前方。而當粒子尺寸比光波長要大得多的時候，光散射則主要朝直角和后方方向散射。
　　
　　光可以看做是沿著傳播方向進行垂直振蕩的波。這一振蕩方向就是所謂的偏振。入射光的偏振非常重要。在以前的例子里，光的散射是在入射光的偏振平面內進行測量的。
　　
　　粒子尺寸在5μm時的散射情況類似；而具有偏振現象，粒子尺寸在0.3μm時的散射情況有很大不同。由于用對數表示，變化不到十倍的，都看不到了。
　　
　　散射光的強度隨著頻率的改變而變化：較短的波長意味較強的散射。在其他條件都相同的情況下，藍光的散射強度大約是紅光的10倍。大部分粒子計數器采用的都是近紅外或紅色激光；直到zui近，這還都是zui符合經濟效益的選擇。藍色氣體和半導體激光器價格都很貴；而且半導體激光器的使用壽命也很短。
　　
　　空氣粒子計數器
　　
　　粒子計數器是使用傳感器的典型設計；氣流、激光、以及聚光鏡彼此成直角。
　　
　　在傳感器的出口處有一個真空裝置，把空氣經過傳感器抽走。而空氣中的粒子則將激光散射。散射光又會被后面的聚光鏡聚焦到光學探測器上，隨后把光轉換成電壓信號，并且進行放大和濾波。此后，這個信號從模擬的轉換成數字信號，并且由微處理器對它進行分類。微處理器也會通過接口將計數器連接到控制數據收集系統上。
　　
　　激光
　　
　　氣體激光器發明于1960年，而半導體激光器發明于1962年。開始時這些激光器很貴，但是隨著它們變成具有經濟效益時，在粒子計數器中，就用氣體激光取代了白光。而到了20世紀80年代末，在絕大多數場合下，更便宜的半導體激光器又取代了氣體激光器。
　　
　　用于粒子計數的激光器有兩種：一種是氣體激光器，如氦氖（HeNe）激光器和氬離子（argon-ion）激光器；另外就是半導體激光器。氣體激光器能夠生產強烈的單色光，有時甚至是偏振光。氣體激光器產生準直高斯光束，而半導體激光器則產生出一個小的發散點光源，通常發散光有兩個不同的軸，并且總是出現多種模式。由于發散光具有多軸性，半導體激光器通常都有一個橢圓形的輸出，這帶來了一定的挑戰，也帶來了一定的優勢。不同軸的散射光意味著要么勉強接受這一橢圓形的輸出，要么設計一套復雜而昂貴的光學鏡來做補償。另一方面，橢圓光束很適合用于某些應用，利用長軸，可以得到更好的覆蓋范圍。
　　
　　總之，氦氖激光器的輸出“直接可用”，無需增加任何光學元件。要想產生類似于氦氖激光器的光束，從半導體激光器出來的光必須經過透鏡聚焦，這會導致光能的損耗。但是，半導體激光器的成本低、體積小、工作電壓低、功耗小，成為粒子計數器的*選擇。
　　
　　在要求高靈敏度的應用中，氦氖激光器可以用于開式腔模式[6]，產生很大的功率。因為樣本要通過光學空腔諧振器，當粒子濃度較高時，激光會中斷（無法維持“Q”因子），所以此時這種類型的激光不適用。