塵埃計數器

簡介

塵埃計數器是用來測量空氣中微粒的數量及大小的儀器，從而為空氣潔淨度的評定提供依據。常見的塵埃計數器是光散射式(DAPC)的，測量粒徑範圍0.1～10t~m，此外還有凝聚核式的塵埃粒子計數器(CNC)，可測量尺寸更小的塵埃粒子。

空氣中的微粒在光的照射下會發生散射，這種現象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長、微粒折射率及微粒對光的吸收特性等因素有關。但是就散射光強度和微粒大小而言，有一個基本規律，就是微粒散射光的強度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測定散射光的強度就可推知微粒的大小，就是光散射式粒子計數器的基本原理。

實際上，每個粒子產生的散射光強度很弱，是一個很小的光脈衝，需要通過光電轉換器的放大作用，把光脈衝轉化為信號幅度較大的電脈衝，然後再經過電子線路的進一步放大和甄別，從而完成對大量電脈衝的計數工作。此時，電脈衝數量對應於微粒的個數，電脈衝的幅度對應於微粒的大小。

上圖表示了塵埃計數器的具體工作原理：來自光源的光線被透鏡組1聚焦於測量腔內，當空氣中的每一個粒子快速地通過測量腔時，便把入射光散射一次，形成一個光脈衝信號。這一光信號經過透鏡組2被送到光檢測器，正比地轉換成電脈衝信號，再經過儀器電子線路的放大、甄別，揀出需要的信號，通過計數系統顯示出來。

需要指出的是，雖然儀器稱為“計數器”，但是儀器分辨微粒大小的能力更為重要。因為電脈衝的計數很簡單，而判斷粒子的大小非常重要。

1 光源

光源是塵埃計數器的關鍵部件，對儀器的性能影響很大。光源要求穩定性高、壽命長、不受干擾。

光源有普通光源和雷射光源兩種。普通光源為碘鎢燈，體積大、發熱量高、壽命短，開機後需要預熱。雷射光源為雷射器，體積小、穩定性高、壽命長，常和檢i貝0腔及光檢測器做成一體，組成感測器。常見的雷射光源有HeNe雷射器、雷射二極體。

採用普通光源的塵埃計數器對0.3m以下的微粒信號回響很低，其信號幅度和計數器本身的噪聲幅度相差無幾，信號很難從噪聲中檢測出來。此類儀器雖然標有0.3m這一通道，但只適於測定大於0.3m特別是0.5m以上的微粒。

由於雷射的單色性好，光能量集中穩定，所以採用雷射光源的塵埃計數器其感測器有較高的信噪比，此類儀器有些能檢測到0.1m的微粒。

2 測量腔

測量腔是進行微粒觀測的空間，被採集的空氣要從測量腔內穿過。儀器的光學系統使光源經透鏡、狹縫照射到測量腔中，形成一個體積約幾個立方毫米的光敏感區。當空氣中的塵埃通過光敏感區時，會散射出一部分光能量，被和入射光成一角度(90°或70°)的集光透鏡收集，再投射到光檢測器上。

3 光檢測器

光檢測器是將散射光能量轉換為電信號的光電轉換器件。塵埃計數器中最常用的光檢測器是光電倍增管和光電二極體。

光電倍增管把光電子放大幾萬倍後轉換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號，光譜具有線性好、回響時間快、暗電流小的優點，缺點是體積大。光電倍增管工作時需加上幾百伏特的負高壓，儀器中有相應的高壓產生電路，在對儀器進行調試或校準時應注意安全。