專利名稱：：大氣微粒測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種測量大氣微粒的測量裝置。技術(shù)背景目前大氣微粒測量，根據(jù)待測微粒粒徑的大小，霈采用靜態(tài)或動態(tài)光散射法，測量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同一測量裝置在應(yīng)用上有很大的局限性，測量中散射立體角的選擇對測量精度的影響也使得光散射法在測量中存在不確定因素，并且光散射法僅能測量大氣微粒的粒徑分布及數(shù)量。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是克服目前應(yīng)用較為廣泛的光散射法測量裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且僅能測試大氣微粒粒徑分布及數(shù)量的缺陷，提出一種結(jié)構(gòu)簡單的大氣微粒測量裝置，能更全面地分析測量大氣微粒的粒徑大小、數(shù)量、濃度及分布。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型大氣微粒測量裝置，包括激光器、準(zhǔn)直器、分光棱鏡、反射鏡、CCD圖像傳感器和計算機(jī)，激光器發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直器擴(kuò)束準(zhǔn)直后由第一分光棱鏡分為物光和參考光，物光經(jīng)物光反射鏡反射，透過微粒測試場，再經(jīng)第二分光棱鏡投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，參考光依次經(jīng)參考光反射鏡和第二分光棱鏡反射后也投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，CCD圖像傳感器將物光和參考光在其表面產(chǎn)生的干涉圖樣數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)。上述分別投射到CCD圖像傳感器記錄表面的參考光和物光，它們之間的夾角0滿足下列公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中e的單位為弧度，x為激光器發(fā)出的激光波長，AX為CCD圖像傳感器的橫向像素大小。作為本實用新型的改進(jìn)，上述參考光的光路中設(shè)有濾波片，該濾波片優(yōu)選設(shè)置在第一分光棱鏡和參考光反射鏡之間的參考光光路中，以便調(diào)整參考光的強(qiáng)度，最終調(diào)整CCD圖像傳感器記錄表面產(chǎn)生的干涉條紋圖對比度。本實用新型采用數(shù)字全息再現(xiàn)技術(shù)，通過CCD圖像傳感器將記錄的微粒測試場全息干涉圖以離散像素的形式存儲在計算機(jī)中，再以數(shù)字的方法再現(xiàn)出微粒測試場的復(fù)振幅分布，從而對微粒測試場中的微粒進(jìn)行分析測量。本實用新型利用CCD圖像傳感器做為記錄介質(zhì)，隨著高分辨率CCD圖像傳感器的發(fā)展，本實用新型的測量精度也相應(yīng)提高，測量分辨率僅由CCD圖像傳感器的分辨率決定，也即可測量微粒的最小尺寸僅與CCD圖像傳感器的分辨率有關(guān)，而計算機(jī)中的再現(xiàn)算法與測量微粒的大小無關(guān)，所以，本實用新型可應(yīng)用于不同尺寸微粒的測量，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。本實用新型采用數(shù)字全息再現(xiàn)技術(shù)，可再現(xiàn)出微粒測試場任意截面的微粒分布狀態(tài)，結(jié)合層析法可比較全面地分析測量出微粒的粒徑大小、數(shù)量、濃度及分布，克服了目前應(yīng)用較為廣泛的光散射法僅能測量大氣微粒粒徑分布及數(shù)量的缺陷。圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式-以下結(jié)合附圖詳述本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)-如圖l所示，本實用新型實施例，包括半導(dǎo)體激光器Laser、準(zhǔn)直器Colimator、第一分光棱鏡B1、第二分光棱鏡B2、物光反射鏡M1、參考光反射鏡M2、CCD圖像傳感器和PC計算機(jī)，半導(dǎo)體激光器Laser的功率為30mW，波長入=670nm，記錄用CCD圖像傳感器為未裝鏡頭富士S3單反數(shù)碼照相機(jī)的CCD圖像傳感器芯片，其分辨率4256X2848，像素大小5.4MmX5.4Mm，即橫向像素大小AX:縱向像素大小AY=5.4Mm。微粒測試場Target中心面距離CCD圖像傳感器.記錄面的距離d=188.5咖，微粒測試場Target通光方向空間厚度h為7mm，空間尺寸長X寬X厚大小為40mmX60mmX7鵬。半導(dǎo)體激光器Laser發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直器Colimator擴(kuò)束準(zhǔn)直后由第一分光棱鏡Bl分為物光O和參考光R，物光O經(jīng)物光反射鏡Ml反射，透過微粒測試場Target,再經(jīng)第二分光棱鏡B2投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，參考光R穿過濾波片F(xiàn)ILTER,依次經(jīng)參考光反射鏡M2和第二分光棱鏡B2反射后，以相對物光O夾角為0.2度也投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，物光O和參考光R在CCD圖像傳感器表面產(chǎn)生干涉，由CCD圖像傳感器記錄千涉圖樣，并將采樣數(shù)據(jù)傳送給PC計算機(jī)進(jìn)行實時處理，再現(xiàn)出微粒測試場Target的圖像，進(jìn)而對微粒測試場Target中的微粒進(jìn)行測量分析。通過在參考光R的光路中加入不同濾波密度的濾波片F(xiàn)ILTER,可方便地改變CCD圖像傳感器記錄干涉圖樣的對比度。以下是以稀釋后的39Wii標(biāo)準(zhǔn)粒子溶液模擬大氣微粒測試場Target,將它做為記錄目標(biāo)物體而進(jìn)行測量的實驗，實驗再現(xiàn)出39Mm標(biāo)準(zhǔn)粒子測試場的11個測試截面，并測量出每個截面上的微粒數(shù)量和分布狀態(tài)。PC計算機(jī)通過二維快速傅立葉變換算法數(shù)字再現(xiàn)后，能夠得到39M01標(biāo)準(zhǔn)粒子測試場的粒子圖像，PC計算機(jī)根據(jù)輪廓灰階閾值范圍[O，40]及面積閾值范圍[5，40]能夠檢測擬合出粒子輪廓封閉曲線，并準(zhǔn)確判讀再現(xiàn)出39Mfli標(biāo)準(zhǔn)粒子測試場中檢測到的聚焦標(biāo)準(zhǔn)粒子的數(shù)量。表1列出以再現(xiàn)距離扣188.5咖為中心面，間隔為0.7mm，連續(xù)再現(xiàn)出39Mm標(biāo)準(zhǔn)粒子測試場前后11個不同截面，以曲線輪廓灰階閾值范圍和面積閾值范圍[5，40]準(zhǔn)確測得不同再現(xiàn)距離d截面上的聚焦粒子數(shù)。表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本實用新型的記錄光路采用了馬赫一譯德Mach-Zender干涉法，CCD圖像傳感器作為記錄介質(zhì)，以數(shù)字的形式將微粒測試場的離軸菲涅耳數(shù)字全息圖記錄在計算機(jī)中，計算機(jī)利用Fresnel-Kirchhoff衍射積分?jǐn)?shù)字再現(xiàn)出微粒測試場的復(fù)振幅分布，數(shù)字再現(xiàn)過程中采用了二維快速傅立葉變換算法進(jìn)行再現(xiàn)運算，再現(xiàn)圖像分析測量過程中，采用了beetle算法和形態(tài)因子分析算法，結(jié)合輪廓、面積閾值范圍大小及封閉曲線內(nèi)部最小聚焦灰階大小的選取，實現(xiàn)對再現(xiàn)圖像面上微粒的準(zhǔn)確測量。結(jié)合層析法可對微粒測試場中任意截面上的微粒粒徑大小、數(shù)量，濃度及分布進(jìn)行分析測量。權(quán)利要求1、大氣微粒測量裝置，其特征在于包括激光器、準(zhǔn)直器、分光棱鏡、反射鏡、CCD圖像傳感器和計算機(jī)，激光器發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直器擴(kuò)束準(zhǔn)直后由第一分光棱鏡分為物光和參考光，物光經(jīng)物光反射鏡反射，透過微粒測試場，再經(jīng)第二分光棱鏡投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，參考光依次經(jīng)參考光反射鏡和第二分光棱鏡反射后也投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，CCD圖像傳感器將物光和參考光在其表面產(chǎn)生的干涉圖樣數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)，所述分別投射到CCD圖像傳感器記錄表面的參考光和物光，它們之間的夾角θ滿足下列公式θ＜λ/(2ΔX)其中θ的單位為弧度，λ為激光器發(fā)出的激光波長，ΔX為CCD圖像傳感器的橫向像素大小。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣微粒測量裝置，其特征在于所述參考光的光路中設(shè)有濾波片。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣微粒測量裝置，其特征在于所述濾波片設(shè)置在第一分光棱鏡和參考光反射鏡之間的參考光光路中。專利摘要大氣微粒測量裝置，包括激光器、準(zhǔn)直器、分光棱鏡、反射鏡、CCD圖像傳感器和計算機(jī)，激光器發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直器擴(kuò)束準(zhǔn)直后由第一分光棱鏡分為物光和參考光，物光經(jīng)物光反射鏡反射，透過微粒測試場，再經(jīng)第二分光棱鏡投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，參考光依次經(jīng)參考光反射鏡和第二分光棱鏡反射后也投射到CCD圖像傳感器的記錄表面，CCD圖像傳感器將物光和參考光在其表面產(chǎn)生的干涉圖樣數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)。本實用新型克服了目前應(yīng)用較為廣泛的光散射法測量裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且僅能測試大氣微粒的粒徑分布及數(shù)量的缺陷，提出一種結(jié)構(gòu)簡單的大氣微粒測量裝置，能更為全面地分析測量大氣微粒的粒徑大小、數(shù)量、濃度及分布。文檔編號G01N15/00GK201034910SQ200720051350公開日2008年3月12日申請日期2007年5月11日優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日發(fā)明者張世超,文徐,李耀棠,范少武,云黃,黃澤文申請人:中國科學(xué)院廣州電子技術(shù)研究所