光学粒子测量装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种光学粒子测量装置，其特征在于，包括：测量室，所述测量室具有向测量空间的内部吸入空气的吸入口，与将经过测量空间内部的空气向外排出的排出口；多个光源部，所述光源部向所述测量室的测量空间内部照射各自不同波长的光束；多个光检测部，所述光检测部能够感测所述多个光源部照射出来各个光束中，被所述测量空间内通过内部的空气中所包含的粒子散射后的光，并根据该光量发出电信号；光消除部，所述光消除部能够消除所述多个光源部照射出来的各个光束中，没有被散射的光；以及，多个验算部，所述验算部根据所述多个光检测部发出的电信号的大小与频率来算出粒子的大小分布与各个大小的粒子数浓度。
【专利说明】光学粒子测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学粒子测量装置，更详细说是涉及一种向悬浮在空气中的粒子中照射光束，然后测定因该粒子散射出来的光的能量，来测定粒子数浓度与大小分布的光学粒子测量装置。
【背景技术】
[0002]悬浮在大气中的粒子不仅对人体的呼吸器官产生影响，还会对半导体或LCD之类的尖端产业的生产率也会产生不良的影响，因此悬浮在大气中的粒子已经成为了被管理的对象。尤其是测量像生产半导体工程的无尘室中存在的微细粒子是一项非常重要的环节。像这样的微细粒子因为其直径非常之小，很难用肉眼辨别出来。因此只能利用像光学粒子测量装置之类的特殊测量装置来测量。
[0003]光学粒子测量装置是向粒子照射光束，再利用此时散射的光来测量粒子浓度的方式，散射光会直接或经过镜子(mirror，反射镜)反射并聚焦到收光部；再将聚焦过来的光量利用电信号来测量，就能测量出粒子的大小与粒子数浓度。
[0004]为此,Lighthouse、PMS、Metone等公司的粒子测量器是为了管理无尘室，而测量悬浮在大气中的粒子的装置；利用这些装置可以测量到粒子的大小与数浓度。虽然对于测量低浓度与5.Ομπι以下粒子的效率是相当优秀；但是对于高浓度或要测量的粒子的直径大时，就会出现测量的效率低下的问题。
[0005]粒子测量器大体分为带状过滤式粒子测量器，β射线粒子测量器，光散射式粒子测量器以及光透式粒子测量器，其中，本发明相关的光散射方式的粒子测量器是向悬浮粒子照射光束，依靠此时产生散射的光来测量粒子浓度的方式。散射的光会直接或经过镜子(miiror，反射镜)反射聚焦到收光部；再将聚焦过来的光量利用电信号来测量，可以测量粒子数浓度与粒子大小。光散射方式的粒子测量器具有，适用于进行实时测量、测量中不需要繁琐的操作、可以测量粒子的大小分布、测量装备的体积小且价格低廉等优点。
[0006]现在市面上所流通着的光学粒子测量器都是使用单一光量的，因为使用单一光量会使产品在使用上变得简单、容易控制、还能使成本变得低廉。但是有大量大小不同的粒子流入的时候，会出现产生测量误差的问题。若所有范围内的粒子都使用一种光量来测量时，会出现小粒子的散射光被大粒子的散射光遮蔽住而无法测量；这会导致测量上的误差出现。
【发明内容】
[0007](要解决的技术问题)
[0008]本发明是为了解决如上所述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种光学粒子测量装置，向粒子经过的领域内照射光束，测量被该粒子散射出来的光能来测量粒子数浓度与大小分布；并根据该粒子的密度来测量粒子的实时的大小分布与浓度。不仅能够准确地测量低浓度或者微细粒子(大小在0.5 μ m以下)；还能够测量高浓度或在有大量大小不同的粒子(大小在0.3至几十μπι)同时存在的时候，也不会出现测量效率低下的问题。
[0009] (解决问题的手段)
[0010]为了达到如上所述目的，本发明的光学粒子测量装置，其特征在于，包括:拥有向测量空间的内部吸入空气的吸入口，与将经过了测量空间内部的空气向外排出的排出口的测量室；向所述测量室的测量空间内部照射各个不同波长光束的多个光源部；能够感测所述多个光源部照射出来各个光束中，被所述测量空间内通过内部的空气中所包含的粒子散射后的光，并根据该光量发出电信号的多个光检测部；能够消除所述多个光源部照射出来的各个光束中，没有被散射的光的光消除部；以及根据所述多个光检测部发出的电信号的大小与频率来算出粒子的大小分布与各个大小的粒子数浓度的多个验算部。
[0011]本发明的光学粒子测量装置，其特征在于，还包括泵，以便能够实现所述测量室的吸入口流入空气，并通过测量空间后从排出口排出空气的空气流动。
[0012]所述多个验算部，其特征在于，从所算出来的各个粒子的数浓度与粒子浓度中算出重量浓度。
[0013]本发明的光学粒子测量装置，其特征在于，还包括数据储存装置，所述数据储存装置与所述多个验算部连接，用于储存所述验算部算出来的粒子数浓度、粒子的密度及重量浓度。
[0014]所述多个光源部，其特征在于，作为光源包括长波长的红外线激光二极管。
[0015]所述多个光源部，其特征在于，作为光源包括短波长的紫外线激光二极管。
[0016]所述多个光源部、光检测部及光消除部的内部电路由绝缘物质镀层。
[0017]所述光学粒子测量装置，其特征在于与自动调整装置相连接，所述自动调整装置在光学粒子测量装置组装之后可以根据基准值来调整所述多个光源部照射出的光的波长与强度。
[0018]本发明的光学粒子测量装置，其特征在于，所述测量室内还包括多个镜子，使散射的光向所述光检测部的方向反射的多个镜子。
[0019](发明的效果)
[0020]根据本发明中的光学粒子测量装置，能获得如下效果:可以实时测量粒子的大小分布与浓度；不仅能够正确测量低浓度或微细粒子，还能够提高高浓度或各种大小的粒子同时存在时的测量效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是表示根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置的原理的概视图。
[0022]图2是表示根据测量到的电信号的频率及大小，显示出来的粒子数浓度及大小分布的概略图形。
[0023]图3是表示根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置的构造上的概略剖视图。
[0024]图4是表示根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置的构造上的概略图。
[0025]图5是表示本根据发明的另一实施例的光学粒子测量装置的构造上的概略图。
[0026](附图标记说明)
[0027]10:流入路径11:第一分支路径
[0028]12:第二分支路径 121:粒子捕获器[0029]122:流量控制部10’:排出路径
[0030]121’:粒子捕获器20:测量室
[0031]21:吸入口22:排出口
[0032]30:第一光源部32:第二光源部
[0033]40:第一光检测部41:第二光检测部
[0034]40’、42、43:镜子 30’:第一光消除部
[0035]32’:第二光消除部50:第一验算部
[0036]51:第二验算部60:泵
[0037]70:数据储存装置
[0038]D、D’:粒子
【具体实施方式】
[0039]下面，参照附图对本发明的光学粒子测量装置进行更加详细的说明。
[0040]图1是表示根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置的原理的概视图。图2是表示根据测量到的电信号的频率及大小，显示出来的粒子数浓度及大小分布的概略图形。
[0041]参照图1与图2，根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置，包括光源部30、光检测部40、光消除部30’、验算部50及数据`储存装置70。从所述光源部30会向光消除部30’照射规定波长的光束，若光达到在此路径上存在的粒子上就会发生散射。散射的光中的一部分会聚焦在光检测部40上。
[0042]—方面，为了提高光检测部40对散射光的感测效率,最好具备将散射光向所述光检测部40方向反射的镜子40’。所述光源部30照射出来的光束因为粒子D发生散射后，没有直接向着光检测部40的时候，可以依靠放置在所述光检测部40相对位置上的镜子40’，将光反射后聚焦到所述光检测部40上。
[0043]与所述光检测部40相连接的验算部50是可以根据聚焦到所述光检测部40上的光的电信号大小与频率来算出粒子D的大小分布与其大小范围内粒子数浓度。
[0044]所述数据储存装置70是与所述验算部50相连接，能够储存所述验算部50所算出来的粒子D的数浓度、粒子D的密度及重量浓度。
[0045]参照图2，根据聚焦到光检测部40上的光的电信号大小与电信号的频率的关系是跟粒子D的大小分布与粒子D的数浓度的关系是相对应的。即，粒子D越大,发生的散射就越大，在光检测部40上检测到的电信号就会越强；粒子D越小，发生的散射就越小，在光检测部40上检测到的电信号就会越弱。因此粒子D的大小与电信号的大小是相对应的。以及，光检测部40上所显现出来电信号的频率是能够表示粒子D的个数的。因此，若能够知道光检测部40上所显现出来的电信号的大小与电信号的频率，就能知道所存在的粒子D的大小分布及粒子D的数浓度。
[0046]图3是表示根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置的构造上的概略剖视图。参照图3，粒子D从测量室20内的吸入口 21吸入，粒子D从排出口(未图示)排出。测量室20内的一侧放置了光源部30，相对应的相反位置上放置了光消除部30’。测量室20内部的下端可以设置镜子40’，光源部30照射到粒子D上发生散射的光聚焦到位于所述镜子40’相对应的相反位置上光检测部40上。[0047]图4是表示根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置的构造上的概略图。图4中举例所示，其具备各两个光源部、光检测部、光消除部及验算部，但其可以是各具备两个以上的结构。参照图4，根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置，包括测量室10、第一及第二光源部30、32、第一及第二光检测部40、41、第一及第二光消除部30’、32’以及第一及第二验算部50、51。
[0048]所述测量室20有能够将空气吸入到测量空间20a内部的吸入口 21，以及将通过测量空间20a内部的空气排出的排出口 22。所述第一及第二光源部30、32是可以各自照射不同波长的光束。举例说明是，所述第一光源部30能够向所述测量室20的测量空间20a内部照射长波长的光束，所述第二光源部32能够照射短波长的光束。
[0049]所述第一光检测部40能够检测将所述第一光源部30照射到测量空间20a内部的空气中所包含的粒子D上产生散射的光，并根据其光量来发出电信号；所述第二光检测部41能够检测将所述第二光源部32照射到测量空间20a内部的空气中所包含的粒子D’上产生散射的光，并根据其光量来发出电信号。
[0050]所述第一及第二光消除部30’、32’是能够消除所述第一及第二光源部30、32照射出，但没有因为粒子D、D’产生散射的光。所述第一及第二验算部50、51是根据所述第一及第二光检测部(40、41)上检测出的电信号的大小与频率，来算出粒子D、D’的大小分布与其大小范围内粒子D、D’的数浓度。
[0051]一方面，想要测量的粒子D、D’在由吸入口投入到测量室之前，会从流入路径投入，并经过第一分支路径11及第二分支路径。即，所述流入路径10是起到空气流入的通道的作用，会被分为第一分支路径11与第二分支路径12，最后聚合在一起连接在所述的测量室20的吸入口 21上。
[0052]一方面，所述第二分支路径12中会设有粒子捕获器121与流量控制部122。所述粒子捕获器121上设有能够将粒子D、D’过滤捕获的过滤器121a ;经过第二分支路径12的空气中所包含的粒子D、D’会被所述过滤器121a捕获，并测量被所述过滤器121a捕获的粒子D、D’的重量；再根据所述验算部50、51所算出的粒子D、D’大小与粒子D、D’数浓度来算出所述粒子D、D’的密度。
[0053]一方面，流入流入路径10的分流前的粒子D、D’会分流到所述第一分支路径11及第二分支路径12中，流入到所述第二分支路径12的粒子D、D’将被所述粒子捕获器捕获。因此，即使所述第一分支路径11及第二分支路径12在所述测量室20的吸入口 21之前会结合，进入到所述测量室20的吸入口 21的粒子D、D’个数也会变为流入到所述流入路径10的粒子D、D’个数的一半。
[0054]所述流量控制部122是控制通过第二分支路径12的空气流量的装置，具备了差压传感器122a、流量控制阀122b及控制器122c。
[0055]所述差压传感器122a能够感测通过第二分支路径12的空气流量变化；所述流量控制阀122b能够调节通过所述第二分支路径12的空气的流量。
[0056]所述控制器122c是在所述差压传感器122a检知到通过第二分支路径12的空气流量发生变化时，控制所述流量控制阀122b来使通过所述第二分支路径12的空气流量维
持在一定量上。
[0057]通过所述第二分支路径12的空气的流量根据时间的推移，所述粒子捕获器121的过滤器121a所捕获的粒子D、D’的量的增加会相对减少；即流量控制部122，是为了将通过所述第二分支路径12的空气流量维持在一定量上，使提高实时测量的精密度。
[0058]所述测量室20具有形成测量空间20a的作用，具备将空气吸入测量空间20a内部的吸入口 21，以及将经过测量空间内部的空气排出的排出口 22。
[0059]所述吸入口 21与所述流入路径10相连接，所述排出口 22与泵60相连接，来使所述测量室20的测量空间20a内部形成空气流动，使空气通过所述吸入口 21及所述排出口22来向所述测量空间20a流入、排出的。S卩，所述泵60能够形成从所述测量室20的吸入口21吸入空气，经过测量空间20a再从排出口 22排出去的空气流通。
[0060]如上所述，第一及第二光源部30、32是将光照射到所述测量室20的测量空间20a内的作用，在本发明的一实施例中，分别在所述测量室20的一侧端。
[0061]所述第一及第二光源部30、32的光源可以使用激光二极管。举例说明，所述第一光源部30的光源可以使用长波长的红外线激光二极管。此时，能够将粒子D大时所可能发生的放射(emission)控制在最小限度。即，粒子状物质与光冲撞的时候，一部分会发生散射(scattering), 一部分会被粒子D吸收(absorption),被粒子D所吸收的光还会重新被放射(emission)到大气中。这样的放射一旦被光检测部感知到，可能会产生虚构计数的影响。使用长波长(840nm)的光，能够把光的放射影响控制到最小限度，同时因为光检测部在红外线领域中显现出最佳灵敏度，因此能够提高效率。
[0062]一方面，第二光源部32的光源可以使用短波长的紫外线激光二极管。因为短波长(50(T600nm)的光能很强，即使因小的粒子D’也能产生较多的散射；因此，在小粒子D’存在或低密度的情况下，也能够以高的灵敏度有大量的散射光收集到光检测部上。
[0063]一方面，在所述第一及第二光源部30、32上分别具备透镜31、33，以便聚焦所照射的光；优选在所述测量室20的相应的另一端设置第一及第二光消除部30’、32’，以便将所述测量室20的一侧所具备的第一及第二光源部30、32所照射的光，在没有被测量空间20a内部的粒子D、D’散射时，直接接收并消除。这是因为，如果从所述光源部30、32所照射出来的光不被消除，会对所述光检测部40、41产生虚构计数的影响。
[0064]此外，为了将光的反射减少到最小值，优选是对所述第一及第二光消除部30’、32’的表面进行无光阳极氧化或磨砂处理。
[0065]所述光检测部40、41是，感测从所述光源部30、32照射到通过所述测量空间20a的内部的空气中所包含的粒子D、D’上发生散射的光，并根据其光量来发出电信号。
[0066]一方面，为了能够提高所述光检测部40、41对散射光的感测效率，优选所述测量室20内部具有可以将散射的光向光检测部40、41的方向反射的镜子42、43。
[0067]S卩，如图1中表示根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置的原理的概视图所示那样，所述光源部30、32所照射出的光在被粒子D、D’发生散射后，散射的光会直接或通过所述镜子42、43反射聚焦到所述光检测部40、41上。
[0068]所述验算部50、51是根据所述光检测部40、41检测出的电信号的大小与频率，来算出粒子D、D’的大小分布，以及其不同粒子大小分布的粒子D、D’的数浓度，通过粒子D、D’的数浓度及粒子D、D’的密度算出重量浓度。
[0069]一方面，所述粒子D、D’的密度是，通过测量所述粒子捕获器121的所述过滤器121a上所捕获到的粒子D、D’的重量，算出的粒子D、D’的大小，以及粒子D、D’的数浓度计算得到。
[0070]根据本发明的一实施例的光学粒子测量装置，还包括数据储存装置70，所述数据储存装置70连接于所述验算部50、51，将所述验算部50、51所算出的粒子D、D’的数浓度与粒子D、D’的密度及重量浓度进行储存。
[0071]此外，所述光源部30、32、光检测部40、41及光消除部30’、32’的内部电路由绝缘物质镀层；所述光学粒子测量装置，在组装之后，与根据基准值来调整所述光源部30、32照射出的光强度与波长的程序化的自动调整装置相连接。
[0072]图5是表示根据本发明的另一实施例的光学粒子测量装置的构造上的概略图。参照图5，根据图4的实施例的光学测量装置，构造上设置了连接于所述测量室20的吸入口21的流入路径10，在分流为第一分支路径11与第二分支路径12后合流，在第二分支路径12上设置了粒子捕获器121与流量控制部122 ;但本实施例中，代替流入路径10，具备连接于排出口 22的排出路径10’，在排出路径10’上设置具备过滤并捕获粒子D、D’的过滤器121a’的粒子捕获器121’。
[0073]其他组件因与本发明的一实施例相同，所以略掉详细说明。
[0074]所述排出路10’上设置的粒子捕获器121’是与所述测量室20的排出口 22相结合；在所述测量室20中测量完粒子D、D’的数浓度与大小分布后，由所述粒子捕获器121’捕获从所述测量室20的排出口 22所排出的空气中所包含的粒子D、D’，再在过滤器121a’上设定所捕获的粒子D、D’的重量，再根据所述验算部50、51所算出的粒子D、D’大小与粒子D、D’数浓度来算出所述粒子D、D’的密度。
[0075]如上所述，虽以光源部、光检测部、光消除部、及验算部各为两个的实施例进行了说明，但不应仅局限于此，可以具备各两个以上多个。通过像所述的光学粒子测量装置的构造，可以进行实时测量粒子的大小分布与浓度；因为应用了多种光量的光源，所以不仅可以正确地测量低浓度或微细粒子，还能够提高高浓度或多种大小粒子同时存在时的测量效率。
[0076]以上参照附图中所示的实施例对本发明进行了说明，本发明所属【技术领域】的熟练技术人员应当理解，在没有超出本权利要求书所记载的本发明的思想及领域内，能够实现多种修改及变形。
【权利要求】
1.一种光学粒子测量装置，其特征在于，包括: 测量室，所述测量室具有向测量空间的内部吸入空气的吸入口，与将经过测量空间内部的空气向外排出的排出口； 多个光源部，所述光源部向所述测量室的测量空间内部照射各自不同波长的光束； 多个光检测部，所述光检测部能够感测从所述多个光源部照射出来各个光束中，被所述测量空间内通过内部的空气中所包含的粒子散射后的光，并根据该光量发出电信号； 光消除部，所述光消除部能够消除所述多个光源部照射出来的各个光束中，没有被散射的光；以及， 多个验算部，所述验算部根据所述多个光检测部发出的电信号的大小与频率来算出粒子的大小分布与各个大小的粒子数浓度。
2.根据权利要求1所述的光学粒子测量装置，其特征在于，还包括泵，能够实现所述测量室的吸入口流入空气，并通过测量空间后从排出口排出空气的空气流动。
3.根据权利要求1所述的光学粒子测量装置，其特征在于，从所算出的各个粒子数浓度与粒子浓度中算出重量浓度。
4.根据权利要求2所述的光学粒子测量装置，其特征在于，还包括数据储存装置，所述数据储存装置与所述多个验算部连接，用于储存所述验算部算出来的粒子数浓度、粒子的密度及重量浓度。
5.根据权利要求1所述的光学粒子测量装置，其特征在于，作为光源包括长波长的红外线激光二极管。
6.根据权利要求1所述的光学粒子测量装置，其特征在于，作为光源包括短波长的紫外线激光二极管。
7.根据权利要求1所述的光学粒子测量装置，其特征在于，所述多个光源部、光检测部及光消除部的内部电路由绝缘物质镀层。
8.根据权利要求1所述的光学粒子测量装置，其特征在于与自动调整装置相连接，所述自动调整装置在光学粒子测量装置组装之后可以根据基准值来调整所述多个光源部照射出的光的波长与强度。
9.根据权利要求1所述的光学粒子测量装置，其特征在于，所述测量室内还包括多个镜子，使散射的光向所述光检测部的方向反射的多个镜子。
【文档编号】G01N15/02GK103575624SQ201210278005
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2012年8月6日
【发明者】金济远, 金大星, 赵永国 申请人:金济远