激光塵埃粒子計數器的調試與粒子標定

徐月蘭++何德開

摘 要：激光塵埃粒子計數器是用來測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，文章講述的是光散射激光塵埃粒子計數器原理與調試方法以及粒子標定過程。從而為空氣潔凈度的評定提供依據。

關鍵詞：光散射；當量直徑；粒子標定

1 概述

目前激光塵埃粒子計數器的用戶越來越多，激光塵埃粒子計數器廣泛應用于醫藥、電子、精密機械、彩管制造、微生物等行業中，對各種潔凈等級的工作臺、凈化室、凈化車間的凈化效果、潔凈級別進行監控，以確保產品的質量。激光粒子塵埃計數器是用來測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔凈度的評定提供依據。常見的激光粒子塵埃粒子計數器是光散射式（DAPC）的，測量粒徑范圍0.1-10um，此外還有凝聚核式的激光粒子塵埃計數器（CNC），可測量尺寸更小的塵埃粒子。文章介紹的是光散射激光塵埃粒子計數器。

2 激光塵埃粒子計數器的工作原理

激光塵埃粒子計數器基本原理是光學傳感器的探測激光經塵埃粒子散射后被光敏元件接收并產生脈沖信號，該脈沖信號被輸出并放大，然后進行數字信號處理，通過與標準粒子信號進行比較，將對比結果用不同的參數表示出來。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，實際上，每個粒子產生的散射光強度很弱，是一個很小的光脈沖，需要通過光電轉換器的放大作用，把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖，然后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沖的計數工作。此時，電脈沖數量對應于微粒的個數，電脈沖的幅度對應于微粒的大小。激光塵埃粒子計數器工作原理如圖1所示。

圖1 激光塵埃粒子計數器工作原理圖

3 激光塵埃粒子技術器的主要參數

（1）粒徑通道 0.5、1、3、5、10、25um

（2）采樣周期 1秒-9999秒之間任選

（3）使用環境 溫度：10℃-35℃、濕度：20%-75%、

大氣壓力：86kPa-106kP

（4）允許最大采樣濃度 35000顆/L（塵埃顆粒粒徑不大于 0.5μm）

（5）光源及壽命 半導體激光光源，壽命大于 30000小時

4 激光粒子塵埃計數器的調試

4.1 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。激光塵埃粒子計數器中最常用的光檢測器是光電倍增管和光電二極管。

光電倍增管把光電子放大幾萬倍后轉換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號，具有光譜線性好、響應時間快、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。光電二極管是一種受到光照后能產生電子的半導體元件，具有體積小、外圍電路簡單的特點，常與檢測腔做成一體。

4.2 流量監控

激光塵埃粒子計數器的采樣流量一般為50L/min或100L/min，進口儀器常標識為0.1cfm（立方英尺每分鐘）或1cfm，主要是為了便于進行符合Fed-Std-209E的潔凈度的計算。大流量的采樣（100L/min）更能準確地反映空氣的潔凈狀況，但使最大采樣濃度降低。

4.3 控制電位的調節

控制電位調節需根據不同的儀器，不同的元器件所決定，因而雖然是同一種型號的儀器，但是調節電位也會有所不同；但是激光Laser電壓和風機Pump電壓是固定的，因為這是按標準生產的，所以供給電壓也是穩定的。

5 激光塵埃粒子計數器的粒子標定

5.1 粒子標定作用

標定，就是確定不同粒徑所對應的通道數（或電壓值）。不同的設計方案，不同的采樣方式，不同的分辯、記錄電路都使這個值不同。即使是同型產品，也因各種原因造成各臺儀器之間的差異，所以必須進行標定。例如，傳感器信號輸出經交流耦合產生的信號脈沖必然產生過沖和振鈴，可能會產生多余計數。而渦流、管壁的吸附作用也可能引起粒子被重復計數。儀器使用一段時間后，由于多種原因（如溫度變化、元件老化等）引起儀器的“漂移”，所以國家標準規定和國際慣例，任何粒子計數器使用一年后必須進行標定。標定光學粒子計數器的標準一般是用一種均一的聚苯乙烯微粒（PSL）納米微粒尺度標準，它是由NIST 可溯源的納米級計量法標定。1納米是1米的十億分之一長度，0.001微米（μm），或10個埃單位。納米微粒尺度標準通常是裝在一個滴瓶型小瓶包裝的水性懸浮液。PSL微粒濃度是通過綜合優化了易分散性和膠體穩定性而確定的。水性懸浮液介質包含一定量的分散劑，有助于防止粒子結塊或在粒子計數器表面的流動。PSL微球的密度是1.05g/cm3，折光系數為1.59@589nm。

5.2 賽納威檢測標定方法

長期以來，國內的粒子計數器的生產和計量標定都是依據國家標準局1985年頒布的塵埃粒子計數器性能試驗方法（GB/T6167.1～6167.2-85）和國家標準局1988年頒布的國家計量檢定規程（JJG547-88），這兩個標準與國際上通用的標準，例如，日本工業標準（JIS）和美國標準測試標準（ATSM），有相當大的差距，使得中國粒子計數器的生產和研發也處于落后的狀態，鑒于國內廣泛存在的對粒子計數器的計量標定和校準存在的問題，賽納威的林海博士近幾年在國內粒子計數器領域大力倡導多通道信號分析儀為作為校準粒子計數器的檢定工具，目前國內有關權威機構都紛紛采用多通道信號分析儀作為必備的測試儀器。從而為中國在粒子計數器行業縮小與國際標準的差距創造了良好的條件。賽納威粒子計數器檢測標定示意圖如圖2所示。

6 結束語

隨著世界工業水平的不斷提升，對潔凈技術及相關產品的需求也隨之水漲船高，而激光塵埃粒子計數器是目前廣泛應用的一種潔凈度檢測儀器，具有十分巨大的現實意義和商業價值。

圖2賽納威粒子計數器檢測標定示意圖

參考文獻

[1]鄭孝英.藥物生產潔凈技術[M].化學工業出版社，2009.

[2]許鐘麟.生物安全實驗室與生物安全柜[M].中國建筑工業出版社，2004.

作者簡介：徐月蘭（1981，1-），女，籍貫：江蘇·蘇州，職稱：講師，研究方向：自動化。endprint

摘 要：激光塵埃粒子計數器是用來測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，文章講述的是光散射激光塵埃粒子計數器原理與調試方法以及粒子標定過程。從而為空氣潔凈度的評定提供依據。

關鍵詞：光散射；當量直徑；粒子標定

1 概述

目前激光塵埃粒子計數器的用戶越來越多，激光塵埃粒子計數器廣泛應用于醫藥、電子、精密機械、彩管制造、微生物等行業中，對各種潔凈等級的工作臺、凈化室、凈化車間的凈化效果、潔凈級別進行監控，以確保產品的質量。激光粒子塵埃計數器是用來測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔凈度的評定提供依據。常見的激光粒子塵埃粒子計數器是光散射式（DAPC）的，測量粒徑范圍0.1-10um，此外還有凝聚核式的激光粒子塵埃計數器（CNC），可測量尺寸更小的塵埃粒子。文章介紹的是光散射激光塵埃粒子計數器。

2 激光塵埃粒子計數器的工作原理

激光塵埃粒子計數器基本原理是光學傳感器的探測激光經塵埃粒子散射后被光敏元件接收并產生脈沖信號，該脈沖信號被輸出并放大，然后進行數字信號處理，通過與標準粒子信號進行比較，將對比結果用不同的參數表示出來。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，實際上，每個粒子產生的散射光強度很弱，是一個很小的光脈沖，需要通過光電轉換器的放大作用，把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖，然后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沖的計數工作。此時，電脈沖數量對應于微粒的個數，電脈沖的幅度對應于微粒的大小。激光塵埃粒子計數器工作原理如圖1所示。

圖1 激光塵埃粒子計數器工作原理圖

3 激光塵埃粒子技術器的主要參數

（1）粒徑通道 0.5、1、3、5、10、25um

（2）采樣周期 1秒-9999秒之間任選

（3）使用環境 溫度：10℃-35℃、濕度：20%-75%、

大氣壓力：86kPa-106kP

（4）允許最大采樣濃度 35000顆/L（塵埃顆粒粒徑不大于 0.5μm）

（5）光源及壽命 半導體激光光源，壽命大于 30000小時

4 激光粒子塵埃計數器的調試

4.1 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。激光塵埃粒子計數器中最常用的光檢測器是光電倍增管和光電二極管。

光電倍增管把光電子放大幾萬倍后轉換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號，具有光譜線性好、響應時間快、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。光電二極管是一種受到光照后能產生電子的半導體元件，具有體積小、外圍電路簡單的特點，常與檢測腔做成一體。

4.2 流量監控

激光塵埃粒子計數器的采樣流量一般為50L/min或100L/min，進口儀器常標識為0.1cfm（立方英尺每分鐘）或1cfm，主要是為了便于進行符合Fed-Std-209E的潔凈度的計算。大流量的采樣（100L/min）更能準確地反映空氣的潔凈狀況，但使最大采樣濃度降低。

4.3 控制電位的調節

控制電位調節需根據不同的儀器，不同的元器件所決定，因而雖然是同一種型號的儀器，但是調節電位也會有所不同；但是激光Laser電壓和風機Pump電壓是固定的，因為這是按標準生產的，所以供給電壓也是穩定的。

5 激光塵埃粒子計數器的粒子標定

5.1 粒子標定作用

標定，就是確定不同粒徑所對應的通道數（或電壓值）。不同的設計方案，不同的采樣方式，不同的分辯、記錄電路都使這個值不同。即使是同型產品，也因各種原因造成各臺儀器之間的差異，所以必須進行標定。例如，傳感器信號輸出經交流耦合產生的信號脈沖必然產生過沖和振鈴，可能會產生多余計數。而渦流、管壁的吸附作用也可能引起粒子被重復計數。儀器使用一段時間后，由于多種原因（如溫度變化、元件老化等）引起儀器的“漂移”，所以國家標準規定和國際慣例，任何粒子計數器使用一年后必須進行標定。標定光學粒子計數器的標準一般是用一種均一的聚苯乙烯微粒（PSL）納米微粒尺度標準，它是由NIST 可溯源的納米級計量法標定。1納米是1米的十億分之一長度，0.001微米（μm），或10個埃單位。納米微粒尺度標準通常是裝在一個滴瓶型小瓶包裝的水性懸浮液。PSL微粒濃度是通過綜合優化了易分散性和膠體穩定性而確定的。水性懸浮液介質包含一定量的分散劑，有助于防止粒子結塊或在粒子計數器表面的流動。PSL微球的密度是1.05g/cm3，折光系數為1.59@589nm。

5.2 賽納威檢測標定方法

長期以來，國內的粒子計數器的生產和計量標定都是依據國家標準局1985年頒布的塵埃粒子計數器性能試驗方法（GB/T6167.1～6167.2-85）和國家標準局1988年頒布的國家計量檢定規程（JJG547-88），這兩個標準與國際上通用的標準，例如，日本工業標準（JIS）和美國標準測試標準（ATSM），有相當大的差距，使得中國粒子計數器的生產和研發也處于落后的狀態，鑒于國內廣泛存在的對粒子計數器的計量標定和校準存在的問題，賽納威的林海博士近幾年在國內粒子計數器領域大力倡導多通道信號分析儀為作為校準粒子計數器的檢定工具，目前國內有關權威機構都紛紛采用多通道信號分析儀作為必備的測試儀器。從而為中國在粒子計數器行業縮小與國際標準的差距創造了良好的條件。賽納威粒子計數器檢測標定示意圖如圖2所示。

6 結束語

隨著世界工業水平的不斷提升，對潔凈技術及相關產品的需求也隨之水漲船高，而激光塵埃粒子計數器是目前廣泛應用的一種潔凈度檢測儀器，具有十分巨大的現實意義和商業價值。

圖2賽納威粒子計數器檢測標定示意圖

參考文獻

[1]鄭孝英.藥物生產潔凈技術[M].化學工業出版社，2009.

[2]許鐘麟.生物安全實驗室與生物安全柜[M].中國建筑工業出版社，2004.

作者簡介：徐月蘭（1981，1-），女，籍貫：江蘇·蘇州，職稱：講師，研究方向：自動化。endprint

摘 要：激光塵埃粒子計數器是用來測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，文章講述的是光散射激光塵埃粒子計數器原理與調試方法以及粒子標定過程。從而為空氣潔凈度的評定提供依據。

關鍵詞：光散射；當量直徑；粒子標定

1 概述

目前激光塵埃粒子計數器的用戶越來越多，激光塵埃粒子計數器廣泛應用于醫藥、電子、精密機械、彩管制造、微生物等行業中，對各種潔凈等級的工作臺、凈化室、凈化車間的凈化效果、潔凈級別進行監控，以確保產品的質量。激光粒子塵埃計數器是用來測量空氣中塵埃微粒的數量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔凈度的評定提供依據。常見的激光粒子塵埃粒子計數器是光散射式（DAPC）的，測量粒徑范圍0.1-10um，此外還有凝聚核式的激光粒子塵埃計數器（CNC），可測量尺寸更小的塵埃粒子。文章介紹的是光散射激光塵埃粒子計數器。

2 激光塵埃粒子計數器的工作原理

激光塵埃粒子計數器基本原理是光學傳感器的探測激光經塵埃粒子散射后被光敏元件接收并產生脈沖信號，該脈沖信號被輸出并放大，然后進行數字信號處理，通過與標準粒子信號進行比較，將對比結果用不同的參數表示出來。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，實際上，每個粒子產生的散射光強度很弱，是一個很小的光脈沖，需要通過光電轉換器的放大作用，把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖，然后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沖的計數工作。此時，電脈沖數量對應于微粒的個數，電脈沖的幅度對應于微粒的大小。激光塵埃粒子計數器工作原理如圖1所示。

圖1 激光塵埃粒子計數器工作原理圖

3 激光塵埃粒子技術器的主要參數

（1）粒徑通道 0.5、1、3、5、10、25um

（2）采樣周期 1秒-9999秒之間任選

（3）使用環境 溫度：10℃-35℃、濕度：20%-75%、

大氣壓力：86kPa-106kP

（4）允許最大采樣濃度 35000顆/L（塵埃顆粒粒徑不大于 0.5μm）

（5）光源及壽命 半導體激光光源，壽命大于 30000小時

4 激光粒子塵埃計數器的調試

4.1 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。激光塵埃粒子計數器中最常用的光檢測器是光電倍增管和光電二極管。

光電倍增管把光電子放大幾萬倍后轉換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號，具有光譜線性好、響應時間快、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。光電二極管是一種受到光照后能產生電子的半導體元件，具有體積小、外圍電路簡單的特點，常與檢測腔做成一體。

4.2 流量監控

激光塵埃粒子計數器的采樣流量一般為50L/min或100L/min，進口儀器常標識為0.1cfm（立方英尺每分鐘）或1cfm，主要是為了便于進行符合Fed-Std-209E的潔凈度的計算。大流量的采樣（100L/min）更能準確地反映空氣的潔凈狀況，但使最大采樣濃度降低。

4.3 控制電位的調節

控制電位調節需根據不同的儀器，不同的元器件所決定，因而雖然是同一種型號的儀器，但是調節電位也會有所不同；但是激光Laser電壓和風機Pump電壓是固定的，因為這是按標準生產的，所以供給電壓也是穩定的。

5 激光塵埃粒子計數器的粒子標定

5.1 粒子標定作用

標定，就是確定不同粒徑所對應的通道數（或電壓值）。不同的設計方案，不同的采樣方式，不同的分辯、記錄電路都使這個值不同。即使是同型產品，也因各種原因造成各臺儀器之間的差異，所以必須進行標定。例如，傳感器信號輸出經交流耦合產生的信號脈沖必然產生過沖和振鈴，可能會產生多余計數。而渦流、管壁的吸附作用也可能引起粒子被重復計數。儀器使用一段時間后，由于多種原因（如溫度變化、元件老化等）引起儀器的“漂移”，所以國家標準規定和國際慣例，任何粒子計數器使用一年后必須進行標定。標定光學粒子計數器的標準一般是用一種均一的聚苯乙烯微粒（PSL）納米微粒尺度標準，它是由NIST 可溯源的納米級計量法標定。1納米是1米的十億分之一長度，0.001微米（μm），或10個埃單位。納米微粒尺度標準通常是裝在一個滴瓶型小瓶包裝的水性懸浮液。PSL微粒濃度是通過綜合優化了易分散性和膠體穩定性而確定的。水性懸浮液介質包含一定量的分散劑，有助于防止粒子結塊或在粒子計數器表面的流動。PSL微球的密度是1.05g/cm3，折光系數為1.59@589nm。

5.2 賽納威檢測標定方法

長期以來，國內的粒子計數器的生產和計量標定都是依據國家標準局1985年頒布的塵埃粒子計數器性能試驗方法（GB/T6167.1～6167.2-85）和國家標準局1988年頒布的國家計量檢定規程（JJG547-88），這兩個標準與國際上通用的標準，例如，日本工業標準（JIS）和美國標準測試標準（ATSM），有相當大的差距，使得中國粒子計數器的生產和研發也處于落后的狀態，鑒于國內廣泛存在的對粒子計數器的計量標定和校準存在的問題，賽納威的林海博士近幾年在國內粒子計數器領域大力倡導多通道信號分析儀為作為校準粒子計數器的檢定工具，目前國內有關權威機構都紛紛采用多通道信號分析儀作為必備的測試儀器。從而為中國在粒子計數器行業縮小與國際標準的差距創造了良好的條件。賽納威粒子計數器檢測標定示意圖如圖2所示。

6 結束語

隨著世界工業水平的不斷提升，對潔凈技術及相關產品的需求也隨之水漲船高，而激光塵埃粒子計數器是目前廣泛應用的一種潔凈度檢測儀器，具有十分巨大的現實意義和商業價值。

圖2賽納威粒子計數器檢測標定示意圖

參考文獻

[1]鄭孝英.藥物生產潔凈技術[M].化學工業出版社，2009.

[2]許鐘麟.生物安全實驗室與生物安全柜[M].中國建筑工業出版社，2004.

作者簡介：徐月蘭（1981，1-），女，籍貫：江蘇·蘇州，職稱：講師，研究方向：自動化。endprint