通镶电凉技术 ２０１８年７月２５ １３第３５卷第７期 Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕ１．２５，２０１ ８，Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．７ ｄｏｉ：１０．１ ９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０１８．０７．０３１ 黼 激光尘埃粒子计数器的温度稳定性测试 李响，李晗光，李凌霄 （空军工程大学信息与导航学院，陕西西安７１（）０（）（）） 摘要：激光尘埃粒子计数器的性能发生变化主要是因为温度参量的改变，而温度对计数器的影响，主要是对计数器 的光源和电路元件产生影响。文中的实验主要从两个方面展开，即分别对激光光源、计数传感器电路板改变温度以观察 其粒子浓度示值误差、分辨率等指标的变化情况。 关键词：粒子计数器；温度；粒子浓度；分辨率 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｄｕｓｔ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ ＬＩ Ｘｉａｎｇ，ＬＩ Ｈａｎ－ｇｕａｎｇ，ＬＩ Ｌｉｎｇ－ｘｉａｏ （Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１０（）（）（），Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｄｕｓｔ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｕｎｔｅｒ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｅｒ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｅｒ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｗａｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ ｗｅｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｔｏ ｏｂｓｅｒｖｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｉｎｄｅｘｅｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｕｎｔｅｒ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ０ 引 言 本课题输入的标准粒子为单分散聚苯乙烯塑料小 球（ＰＳＬ），通常标准粒子粒径范围为０．０８／ａｍ～ ２．（） ｍ，在本实验中仅采用０．５／ａｍ、０．６／ａｍｌＮ种粒径 的标准粒子。ＰＳＬ小球的相对偏差仅有百分之几，几 何特征逼近绝对球体且具有各向同性 。 ３０ ２０ 訾１０ 鉴 。 幕一１０ 梨－２。 ●——Ｐ——一 ’ ３Ｏ ３４ ３８ ４２ ４６ ５０ ３０ 温度／Ｖ １ 粒子浓度示值误差的稳定性测试 实验开始前完成装置清零、流速调节 （２８．３ Ｌ／ｍｉｎ）、电位器调节等工作，测量计数器的粒 子浓度示值误差使用粒径为０．５／ａｍ的标准粒子，在实 验过程中，每测量完一组都需要重新换水并再次校准 流量计。 １．１ 对激光光源模拟工作环境温度 激光尘埃粒子计数器的光源采用半导体激光光 源，能量集中密度高。半导体激光光源对温度的稳定 性较好ｌ２］，在激光尘埃粒子计数器的工作环境（２５℃～ ５（）℃）中性能比较稳定，但温度的上升对其相关参数值 也会产生一定的影响。随着温度的升高，激光器的损 耗系数增加，漏电流增加，内量子效率降低，这些因素 都会导致激光器的阈值电流密度增大；激光器的输出 波长也会随着温度的升高产生红移现象。 由激光尘埃粒子计数器的工作原理可知，判断粒 径大小的是散射光强度这一特征量，强度和激光频率 无关。并且激光尘埃粒子计数器使用的半导体激光器 为小功率激光器，对温度的稳定性更强。在本实验中， 我们以常温下激光尘埃粒子计数器的测量平均值作为 参考的基准值。图１、图２是激光光源温度产生变化 时计数器粒子浓度示值误差的测量结果： 收稿日期：２【）１８－０４—１７ 作者简介：李响（１９９７一），男，江苏徐州人，本科生，研究方向： 指挥信息系统工程。 ３０ 图１ 低浓度输入时粒子浓度示值误差 ２０ ｌｏ 趔 ｌ０ ．．—＿—一．■— ４２ ４６ ５０ 撵．１Ｏ ．３Ｏ ３４ ３８ ２ｌ】 ３０ 图２高浓度输入时粒子浓度示值误差 由图可知，两种情况的粒子浓度示值误差同样远 远低于３０ 。实验结果表明：即便是在低和高浓度气 溶胶条件下，激光光源的温度变化对计数器的粒子浓 度示值误差值的影响仍旧很小。 １．２对计数传感器电路板模拟工作环境温度 由于激光尘埃粒子计数器在实际使用中往往需要 和显示电路、数据处理电路等配套使用，因而计数传感 器的电路板处在一个相对密封的环境（散热较差），提 高计数传感器电路的温度稳定性有非常重要的实际意 义。图３、图４是改变电路板环境温度时的粒子浓度 示值误差测量结果。 可以看出，随着温度的持续升高，计数器的粒子浓 度示值误差依旧低于３（） 。综合上述两组关于粒子 浓度示值误差测试的实验，结果表明：激光光源的温度 变化和计数传感器器电路板的温度变化，对激光尘埃 粒子计数器的粒子浓度示值误差的影响都很小。 通镌电潦技术 ２０１８年７月２５日第３５卷第７期 ３０ 李响，等：激光尘埃粒子计数器 的温度稳定性测试 Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕ１．２５，２（／１８，Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．７ ２０ １０ —— 鉴 ０ ．、 ． ． ． ． ３０ ３４ ４２ ——１ｂ １０ ２０ 窭 囊薹圣 —、＼． 一 ——’———‘一 ．． ．． ． ． ． ——＼ 、 梨． ．．—■、 ２９ ３０ ３１ ３２ ３４ ３５ ３６ ３７ ３８ ３９ ４０ 温度／℃ 图６计数传感器电路板温度变化时 ３０ ２０ 訾１０ 鉴 。 鬈一１０ －．．—·—．．—＿３４ ３８ ４２ ． ４６ ． ５０ ３０ ２０ ３０ 此时可以看出分辨率不仅严格地随着温度的上升 而递减，在常温下分辨率接近９【）９／６，当环境温度上升 到３７℃左右时下降到８５ 附近；当温度继续上升到 ４０℃左右时，分辨率已经下降接近到８（） 。这表明， 计数传感器的电路部分对温度比较敏感，电路板温度 升高会导致传感器分辨率显著下降，且电路板温度越 高，分辨率的下降趋势越明显，说明温度的影响越大。 图４改变环境温度高浓度输入时粒子浓度示值误差 ４ 总 结 由于激光尘埃粒子计数器中的二极管所在电路为 非线性放大指数运算电路，大信号的放大倍数远低于 小信号。而随着温度的升高，由于二极管的温度特性， 正向曲线会左移，导致大信号也获得了较之前更大的 放大倍数，故在输出波形的右侧（高电压值）区域的波 形得到了一定程度的展宽，从而导致计数器的分辨率 下降。 参考文献： ［１］季玲媛．激光尘埃粒子计数器光电传感器信噪比特性的 ２计数传感器分辨率的稳定性测试 完成上述两组实验后，需要更换标准粒子悬浊液， 改为输入粒径为０．６ Ｍｍ的标准粒子。更换之前，需要 对整套仪器泵人洁净空气以清除之前实验的０．５ Ｍｍ 粒径残存粒子，时间持续１５ ｍｉｎ；￣右。在理想条件下， 输入０．６ ｍ标准粒子的标准输出波形应为以０．６ ｍ 为中心值的正态分布曲线。在本实验中表征计数器分 辨率的参量为计数器０．５／，ｍ粒径档数值与０．３／，ｍ粒 径档数值的比值，其理论值为８５ 。 ３对激光光源模拟工作环境温度 由上文可知，激光光源的温度变化对计数器的粒子 浓度示值误差影响不大，接下来考察光源的温度变化是 否会对计数器的分辨率产生影响。图５、图６是激光光 源温度产生变化时计数传感器分辨率的测量结果。 研究［Ｄ］．南京：南京理工大学硕士学位论文，２００９． ［２］杨２５． 娟，彭刚，顾芳，等．激光尘埃粒子计数器传感 器性能优化设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００９，（９）：２３— ［３］梁春雷，黄惠杰，任冰强，等．激光尘埃粒子计数器微型 嚣 嚣 彘薹 ｌ光学传感器的研究ＥＪ］．光学学报，２００５，２５（９）：１２６０— １２６４． ［４］彭——－～一 刚，严伟，卞保民，等．尘埃粒子计数器标准粒子 —信号幅度分布统计分析［．『］．测试技术学报，２００９，２３ （６）：５１４—５１８． 器 ３１ ３２ ３３ ３４ ３５ ３６ ３７ ３８ ３９ ４０ Ｅｓ］高永峰，邹丽新，黄惠杰，等．尘埃粒子计数器中光源对 传感器光通量的影响分析［Ｊ］．应用光学，２０（）５，２６（３）： ４５—４９． 温度／℃ 图５激光光源温度变化时 （上接第７５页） 大学，２００７—１． ４结束语 ＡＤＳ原理图优化仿真和版图仿真可以较为便捷 地应用在滤波器仿真设计中，设计时通过原理图仿真 达到甚至优于指标要求后，进行版图仿真。ＡＤＳ版图 仿真结果与实测结果基本一致。此外ＡＤＳ仿真速度 相对较快，缩短了设计周期，提高了效率。 参考文献： ［１］ 陈琦．微波滤波器综合技术［Ｄ］．西安：西安电子科技 ［２］徐佳．交指型微带带通滤波器小型化研究［Ｄ］．天津： 河北工业大学，２０１３． Ｅ３］万君磊，潘明海．新型微带抽头式发夹型带通滤波器的设 计［Ｊ］．微波学报，２０１５，３１（４）：５５—５９． Ｅ４］ＨＯＮＧ Ｓ，ＬＡＮＣＡＳＴＥＲ Ｍ ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ ７ ｅｒｏｗａｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．Ｎｅｗｙｏｒｋ：Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ￣Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ， ２００１．