一种激光粒子测量探头的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种激光粒子测量探头。所述的激光粒子测量探头通过法兰盘固定在密闭容器或真空容器的坚固外壳上，法兰盘连同法兰盘上的窗口玻璃将密闭容器或真空容器与外部环境隔离，并将主要的光学器件、机械部件、电子学器件隔离在密闭容器或真空容器外，避免污染被测容器内部环境；激光光束经光束整形模块后成为分布均匀、厚度为0.5mm~1mm的线形激光光束。激光光束被悬浮颗粒物质散射，聚光透镜聚拢散射激光至光电转换器件受光表面，光电转换器件将收集到的光信号转变成电信号待用。本发明有效地解决了真空容器和密闭容器内部悬浮颗粒实时监测问题。本发明结构简单，使用方便，可广泛用于固体激光装置光传输通道内部环境的实时监测。
【专利说明】一种激光粒子测量探头
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子学领域，具体涉及一种激光粒子测量探头。尤其适用于真空容器或密闭容器中悬浮颗粒物大小和数量的实时监测。
【背景技术】
[0002]目前，对于悬浮颗粒污染物的测量较为常用的技术为激光粒子计数法，即将激光粒子计数器附带的粒子测量探头置于被监测的厂房、容器等的内部，并由设备自带的抽气泵以一定的抽速抽取内部的气体，当带有悬浮颗粒物的气体通过设备内部时由计数系统自动对颗粒的大小进行测量并计数。这种技术应用较为广泛，目前市面上有较多的成熟产品可供选择，价格便宜，精度高，使用方便。但这类设备不适用于对真空容器和密闭容器进行悬浮颗粒物的监测。如在大型高功率固体激光装置中，有为数众多的空间滤波器、终端光学组件等真空容器和充填惰性气体的光传输通道、片状放大器等密闭容器，其内部均安装有昂贵的光学元件，这些光学元件需要在很高的洁净环境下才能长时间安全地运行。一方面，位于光传输通道上的颗粒物质会导致光的衍射和散射，增加了激光在长距离传输过程中的能量损失，并会导致光束近场的劣化，从而使高功率固体激光装置运行性能下降；另一方面，因为在强激光辐照下，沉积于光学元件表面的颗粒污染物会诱导该光学元件发生严重的损伤，从而带来不可挽回的损失。因此需要对这些密闭容器内部空间的悬浮颗粒物进行实时监控，及时掌握内部污染情况以便给洁净处理提供依据。但由于普通的激光粒子计数器需要不间断地从被监测的空间抽取气体，而激光粒子计数器无法从真空容器内部抽取气体进行正常测试。而激光粒子计数器如果从充填惰性气体的光传输通道内部抽取气体进行测试，则需要不间断地给内部空间补充相同数量、相同浓度、相同纯度的惰性气体，不仅增加装置运行成本，而且还会由于测试人员所处环境中惰性气体浓度增加而危及生命安全。因此，通常的激光粒子计数器满足不了对真空容器和密闭容器中悬浮颗粒物进行实时监控的目的。并且，在高功率固体激光装置中还要求实时监测设备不能给被监测环境带来新的污染，现有技术显然不能满足高功率固体激光装置发展的需求。
【发明内容】
[0003]为了克服已有技术不能用于真空容器和密闭容器进行内部空间悬浮颗粒物监测的难题，本发明提供一种激光粒子测量探头，能够在保护被测环境洁净状态不被破坏的同时，实现真空容器和密闭容器内部空间悬浮颗粒物的实时监测。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明的激光粒子测量探头，其特点是，所述的测量探头含有激光器、光束整形模块、柱透镜、反射镜1、反射镜Π、反射镜ΠΙ、反射镜Pv、聚光透镜、光电转换器件、法兰盘、光束陷阱。其中，所述的法兰盘上设置有安装窗口玻璃1、窗口玻璃π的两个通光窗口 ；所述的激光器、光束整形模块、反射镜1、柱透镜、反射镜Π、窗口玻璃1、反射镜ΠΙ、反射镜IV、光束陷讲依次排列。激光器、光束整形模块、柱透镜、反射镜1、反射镜n、聚光透镜、光电转换器件位于法兰盘的一侧。反射镜ΠΙ、反射镜IV、光束陷阱位于法兰盘的另一侧。法兰盘连同法兰盘两个通光窗口上的窗口玻璃1、窗口玻璃π将密闭容器或真空容器与外部环境隔离，并将激光器、光束整形模块、柱透镜、反射镜1、反射镜π窄光透镜、光电转换器件隔离在密闭容器或真空容器外，避免污染被监测容器的内部环境。同时，法兰盘上设置窗口玻璃I有利于线形激光光束的导入、窗口玻璃Π有利于散射激光的导出。本发明的激光粒子测量探头的光路为，设置于法兰盘一侧的激光器发射激光，经光束整形模块整形后得到分布均匀的线形激光光束，线形激光光束经反射镜I作直角转向、柱透镜调节线形激光光束的宽度、线形激光光束再经反射镜Π作直角转向后透过窗口玻璃I进入法兰盘的另一侧；激光光束依次经过反射镜ΠΙ、反射镜IV作直角转向后进入光束陷阱，线形激光光束被限定在光束陷阱内。当反射镜ΠΙ和反射镜:W的中间区域的激光光束所经过的路径上存在悬浮颗粒物时，线形激光光束发生散射，散射微光透过窗口玻璃π，经聚光透镜聚拢后由光电转换器件接收并转换成电信号。所述的法兰盘上还设置有数个定位孔，用于将本测量探头固定在密闭容器或真空容器的坚固外壳上。
[0005]所述的经光束整形模块整形后得到线形激光光束的厚度为0.5~1_。
[0006]所述的激光器所发射的激光光束为可见光、红外光或紫外光的一种。
[0007]所述的光电转换器件为光电倍增管或光电二极管。
[0008]所述的柱透镜为单透镜或组合透镜。
[0009]所述的光束陷阱安装在法兰盘的一侧或另一侧。
[0010]所述的法兰盘采用不锈钢、铝合金、聚四氟乙烯、铜制作。
`[0011]所述的聚光透镜与反射镜ΠΙ反射镜IV位于同一侧。
[0012]本发明的激光粒子测量探头中，所述的法兰盘用于将本测量探头固定在密闭容器或真空容器的坚固外壳上；法兰盘连同法兰盘上的窗口玻璃1、窗口玻璃π将密闭容器或真空容器与外部环境隔离，并将激光器、光束整形模块、柱透镜、反射镜1、反射镜Π聚光透镜、光电转换器件隔离在密闭容器或真空容器外，避免污染被监测容器的内部环境；同时，法兰盘上的窗口玻璃I还用于线形激光光束的导入、窗口玻璃π用于散射激光的导出；激光器发射红外、紫外或可见的激光，激光光束经光束整形模块后成为分布均匀、厚度为
0.5^1mm的线形激光光束；柱透镜用于调节线形激光光束的宽度；线形激光光束由反射镜I导向进入密闭容器或真空容器内部；密闭容器或真空容器内部悬浮的颗粒物质通过线形激光光束时激光光束发生散射；散射激光经聚光透镜聚拢并照射到光电转换器件的受光面，光电转换器件将搜集到的光信号转变成电信号输出待用。
[0013]光束陷阱设置在光路末端，用于收集多余的激光。
[0014]本发明的有益效果是，有效地解决了真空容器和密闭容器中悬浮颗粒物数量和大小的实时监测问题。通过法兰盘和法兰盘上的两块窗口玻璃将密闭容器或真空容器与外部环境隔离，并将激光器、光束整形模块、光电转换器件等主要零部件隔离在密闭容器或真空容器外，避免给被监测容器的内部环境带来额外的污染。通过光电转换器件不间断地输出悬浮颗粒污染物的散射激光强度信号实时监测容器内部悬浮颗粒物的大小和数量。本发明结构简单，安装方便，在大型高功率固体激光装置的光传输通道和真空容器内部环境的实时监测中可得到广泛应用。
【专利附图】
【附图说明】[0015]图1是本发明的一种激光粒子测量探头结构示意图；
图中:1.激光器 2.光束整形模块 3.柱透镜 41.反射镜I 42.反射镜Π 43.反射镜ΠΙ 44.反射镜IV 5.聚光透镜 6.光电转换器件
7.法兰盘 81.窗口玻璃I 82.窗口玻璃Π 91.定位孔I 92.定位孔Π10.线形激光光束 11.光束陷阱 12.悬浮颗粒。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明做具体描述。
[0017]实施例1
图1是本发明的一种激光粒子测量探头结构示意图。在图1中，本发明的激光粒子测量探头，含有激光器1、光束整形模块2、柱透镜3、反射镜I 41、反射镜Π 42、反射镜ΠΙ 43、反射镜IV 44、聚光透镜5、光电转换器件6、法兰盘7、光束陷阱11 ;其中，所述的法兰盘7上设置有两个通光窗口，在两个通光窗口上分别安装有窗口玻璃I 81和窗口玻璃Π 82.;所述的激光器1、光束整形模块2、反射镜I 41、柱透镜3、反射镜Π 42、窗口玻璃I 81、反射镜ΠΙ 43、反射镜IV 44、光束陷阱11依次排列；激光器1、光束整形模块2、柱透镜3、反射镜I 41、反射镜H 42聚光透镜5、光电转换器件6位于法兰盘7的一侧；反射镜ΠΙ 43、反射镜IV 44、光束陷阱11位于法兰盘7的另一侧；其光路是，设置于法兰盘一侧的激光器I发射激光，经光束整形模块2整形后得到分布均匀的线形激光光束10，线形激光光束10经反射镜I 41作直角转向、柱透镜3调节线形激光光束10的宽度、线形激光光束10再经反射镜Π 42作直角转向后透过窗口玻璃I SI到达法兰盘7的另一侧；线形激光光束10顺次经过反射镜ΠΙ 43、反射镜
IV44作直角转向后进入光束陷阱11，线形激光光束10被限定在光束陷阱11内；当反射镜ΠΙ 43和反射镜IV 44的中间区域的线形激光光束10所经过的路径上存在悬浮颗粒12时，线形激光光束10发生散射，散射激光透过窗口玻璃Π 82，经聚光透镜5聚拢后由光电转换器件6接收并转换成电信号；法兰盘7将激光器1、光电转换器件6隔离在真空容器或密闭容器外部，有效阻断可能对内部环境带来的二次污染；所述的法兰盘7上还设置有定位孔，用于将本测量探头固定在密闭容器或真空容器的坚固外壳上。
[0018]本实施例中，光束陷阱11位于反射镜ΠΙ 43、反射镜IV44的同一侧；所述的法兰盘7上设置有八个定位孔，定位孔I 91、定位孔Π 92是其中二个，用于将本测量探头固定在密闭容器或真空容器的坚固外壳上。
[0019]本实施例中，激光器I发射激光，经光束整形模块2整形后得到分布均匀、厚度为0.5mm的线形激光光束10，线形激光光束10经反射镜I 41作直角转向、柱透镜3调节激光光束10的宽度、反射镜Π 42再作直角转向后透过窗口玻璃Π SI到达法兰盘7的另一侧；线形激光光束10依次经过反射镜ΠΙ 43、反射镜:Τ 44作直角转向后进入光束陷阱11，线形激光光束10被限定在光束陷阱11内。当反射镜ΠΙ 43和反射镜IV 44的中间区域的线形激光光束10所经过的路径上存在悬浮颗粒12时，线形激光光束发生散射，散射激光透过窗口玻璃Π 82，经聚光透镜聚拢后由光电转换器件6接收并转换成电信号待用。
[0020]所述的激光器所发射的激光光束为可见光。
[0021]所述的光电转换器件为光电倍增管。
[0022]所述的柱透镜为单透镜。
[0023]所述的光束陷阱安装在法兰盘一侧。
[0024]所述的法兰盘采用不锈钢制作。
[0025]实施例2
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是所述的经光束整形模块整形后得到的线形激光光束厚度为1_。激光器所发射的激光光束为红外光。光电转换器件为光电二极管。柱透镜为组合透镜。光束陷阱安装在法兰盘的另一侧。法兰盘采用铝合金制作。法兰盘上设置有十二个定位孔，用于将本测量探头固定在密闭容器或真空容器的坚固外壳上。
[0026]实施例3
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是所述的经光束整形模块整形后得到的线形激光光束厚度为0.8_。激光器所发射的激光光束为紫外光。光电转换器件为光电二极管。柱透镜为组合透镜。法兰盘采用聚四氟乙烯制作。法兰盘上设置有十六个定位孔，用于将本测量探头固定在密闭容器或真空容器的坚固外壳上。
[0027]实施例4
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是所述的法兰盘采用铜制作。
[0028]实施例5
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是所述的聚光透镜与反射镜m和反射镜I M立于同一侧。
【权利要求】
1.一种激光粒子测量探头，其特征是:所述的测量探头含有激光器(I)、光束整形模块(2)、柱透镜(3)、反射镜K41)、反射镜II (42)、反射镜III (43)、反射镜IV (44)、聚光透镜(5)、光电转换器件(6)、法兰盘(7)、光束陷阱(11);其中，所述的法兰盘(7)上设置安装有窗口玻璃I (81 )、窗口玻璃II (82)的两个通光窗口 ；所述的激光器(I )、光束整形模块(2)、反射镜I (41)、柱透镜(3)、反射镜II (42)、窗口玻璃I (81)、反射镜III (43)、反射镜IV (44)、光束陷阱(11)依次排列；激光器(I)、光束整形模块(2 )、柱透镜(3 )、反射镜I (41)、反射镜II (42 )、聚光透镜(5)、光电转换器件(6)位于法兰盘(7)的一侧；反射镜IIl (43)、反射镜1”(44)、光束陷阱(11)位于法兰盘(7)的另一侧；其光路是，设置于法兰盘(7)—侧的激光器(I)发射激光，经光束整形模块(2)整形后得到分布均匀的线形激光光束(10)，线形激光光束(10)经反射镜I (41)作直角转向、柱透镜(3)调节线形激光光束(10)的宽度、线形激光光束(10)再经反射镜II (42)作直角转向后透过窗口玻璃I (81)进入法兰盘(7)的另一侧；线形激光光束(10)依次经过反射镜111(43)、反射镜i C44)作直角转向后进入光束陷阱(11)，线形激光光束(10)被限定在光束陷阱(11)内；当反射镜III (43)和反射镜I C44)的中间区域的线形激光光束(10)所经过的路径上存在悬浮颗粒(12)时，线形激光光束(10)发生散射，散射激光透过窗口玻璃II (82),经聚光透镜(5)聚拢后由光电转换器件(6)接收并转换成电信号。
2.根据权利要求1所述的激光粒子测量探头，其特征是:所述的经光束整形模块(2)整形后得到的线形激光光束的厚度为0.5mm "1mm。
3.根据权利要求1所述的激光粒子测量探头，其特征是:所述的激光器(I)所发射的激光光束为可见光、红外光或紫外光的一种。
4.根据权利要求1所述的激光粒子测量探头，其特征是:所述的光电转换器件(6)为光电倍增管或光电二极管。
5.根据权利要求1所述的激光粒子测量探头，其特征是:所述的柱透镜(3)为单透镜或组合透镜。
6.根据权利要求1所述的激光粒子测量探头，其特征是:所述的光束陷阱(11)安装在法兰盘(7)的一侧或另一侧。
7.根据权利要求1所述的激光粒子测量探头，其特征是:所述的法兰盘(7)采用不锈钢、铝合金、聚四氟乙烯、铜制作。
8.根据权利要求1所述的激光粒子测量探头，其特征是:所述的聚光透镜(5)与反射镜III(43)和反射镜i C44)位于同一侧。
【文档编号】G01N15/14GK103487362SQ201310484490
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】程晓锋, 郭锋, 郑万国, 袁晓东, 黎恒, 王晓红, 王洪彬, 苗心向 申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心