激光塵埃粒子計數器的原理及發展史

　　塵埃粒子計數器是利用丁達爾現象(Tyndall Effect)來檢測粒子。丁達爾效應是用John Tyndall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。
 

　　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(Mie Theory)描述了粒子對光的散射作用。
 

　　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，米氏理論較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*近，這還都是*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
 

　　所示的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。
 

　　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。