原始的方法为计数微粒将视觉上计数他们, 通过显微镜, 由光学微粒柜台主要替换了的一个繁琐, 易出错的过程。在绝对参考视觉微粒计数必须仍然被使用。了解多么光学微粒柜台工作可能有价值了不起的在选择正确的仪器为一种特殊应用。

      光学空气微粒柜台查出微粒由Tyndall 作用, 命名以约翰?Tyndall1 和向光散射微粒通常被运用在胶态系统。scatterings 从尘土在空气由一明亮的光柱或雾是Tyndall 作用的共同的显示。

       光驱散当折射率改变。这意味着气泡在液体消散点燃作为一个坚实微粒在同样液体。光被微粒驱散的方式用由什么描述称Mie 理论。

Lorenz Mie Debye 理论由Gustav Mie 2,3 出版了和 第一次描述怎么光驱散用不同的方向。这改变以媒介和微粒的折射率驱散光并且光的’微粒s 大小和波长。它是在范围这篇文章之外选派Mie 理论; 但是, 那里存在可能使用 试验与的各种各样的公共领域应用4 怎样光驱散。

       就微粒柜台状况, Mie 理论最重要的结果和怎么它预言光散射与怎样关系驱散随颗粒大小变化。当微粒比光波长小, 光驱散主要在向前方向(参见图1a) 。当微粒比光波长大, 更多光驱散直角和落后(参见图1b) 。

       光可能被观看作为摆动垂线对旅行的方向的波浪。动摆的这个方向为人所知作为极化。入射光的极化非常重要。在早先例子, 光散射和入射光的极化一样被测量在飞机。

       驱散看起来在5 μm (参见图2.a); 有在0.3 μm 微粒上的重大区别’s 驱散(参见图2b) 以极化。对数标度掩藏所有变异比因素10 。

       相当数量疏散光随频率变化: 更短的波长= 更加伟大驱散。大约10 倍更加蓝色的光驱散比红灯以所有其它事是相等的。多数微粒柜台使用近的红外或红色laser; 这近来是最有效的选择。蓝色气体和半导体lasers 是昂贵的; 半导体lasers 是还短命的。

      微粒柜台被显示在图3 说明一个典型的传感器设计; 气流、laser, 和汇集光学是全部直角对互相。

       真空附有传感器’s 出口画空气通过传感器。激光被微粒驱散在空气。这疏散光由光学收集和被聚焦光电探测器, 转换光成电压信号被放大和被过滤。信号随后被转换从一个模式形式成数字式形式为分类被微处理器。微处理器并且连接与一个控制数据汇集系统相反。

       1960 年气体lasers 被发明了1962 年并且半导体lasers 被发展了。虽然非常昂贵起初, 当他们变得有效气体lasers 替换了白光在微粒柜台。较不昂贵的半导体lasers 以后代替了这些, 很大程度上, 在80 年代晚期。

       二类型lasers 被使用在微粒计数: 供气lasers 譬如helium-neon  (HeNe) 并且氩离子, 和半导体lasers 。5 个 气体lasers 是能导致强烈单色和有时甚而被对立的光。气体laser 引起一条被瞄准的高斯射线并且半导体输出一个小分歧点来源, 典型地与分歧和所有的二个不同轴太频繁地多个方式。由于分歧多个轴出现, 二极管laser 频繁地有省略产品, 再提出挑战和一些好处。一个或承认省略产品或构想光学昂贵和复杂系列补偿分歧手段的不同的轴。另一方面, 省略射线借自己很好对某些应用由运用长的轴获得更好的领域覆盖面。

       总之, HeNe laser 的产品没 “准备好使用,” 需要另外的光学。引起射线相似与HeNe laser, 光从半导体laser 必须被聚焦通过透镜; 这导致能量损失从光源。但是, 低成本、小大小、低工作电压, 和普通的电力消费做出半导体lasers 更喜欢的选择为微粒柜台。

       在要求高敏感性的应用, HeNe lasers 可能被使用在一个开放洞方式导致许多瓦特力量(参见图4) 。6 由于样品通过通过光学洞, 这类型laser 无法以高微粒集中由于lasing 的行动熄灭(疏忽维护洞 “Q” 因素) 。

        样品入口对微粒柜台充当在微粒柜台的决议的一个关键的角色。有入口二样式: 铺平, 宽(10 毫米) 但变薄(0.1 毫米高度) 版本, 和一支圆的管以大约2 到3 毫米一条内部直径。以入口喷气机平的样式激光束典型地是一条狭窄的线在轴和喷气机一样。

       以入口圆的样式激光束被塑造对线大致直角对入口喷气机的轴。微粒通过激光非常狭窄, 强烈的板料。

      各类型喷气机有它的好处和不利。空气从一架平的喷气机行动在相当一致的速度和通过通过激光束结果的最强烈和最一致的部份在最佳的决议。

       但是, 小横断面意味更高的真空比圆的喷气机必需, 增加电力消费(重要特别是以电池操作的单位) 。平的喷气机是更加复杂和昂贵的制造, 并且对准线与laser 疑难。

        更加简单的圆的喷气机, 由于它的更大的横断面, 要求更低的真空为同样流速, 因此较少力量被消耗当空气被画。更慢的气流并且意味更多光驱散每微粒比与一架平的喷气机。不利对圆的喷气机是气流和在laser 力量上变化被减少的均一横跨射线; 射线被舒展, 造成更加粗劣的决议。

       微粒驱散光四面八方, 主要在向前方向。当微粒变得更大, 更多光驱散落后和直角。汇集光学聚集和聚焦光探测器, 避免laser 干涉。

      汇集光学并且取消不需要的光由试图会集唯一包含渴望的信号的光芒。点燃从起因吵闹的离群反射, 通常看见当基础线垂距, 和减少仪器敏感性。

反射器: 凹面镜可能被使用收集光和聚焦它探测器。类型凹面镜以灯反射器著名可能反射光散发从重点回到重点。这些是最常用的类型汇集光学因为他们允许小, 紧凑传感器被做在低成本。

透镜: 透镜被使用在微粒柜台频繁地是aspheres 被使用在对。他们从一重点有效地移动图象(疏散光) 到另一个(光电探测器) 。在许多传感器里反射器并且被使用从透镜的对方收集光。

       被对掩没技术的仔细的用途譬如限制开口或领域中止, 散射光可能进一步减少。对透镜的用途从一架飞机转移光到另一个和散射光减少技术不是不同于那些被使用在典型的摄影, 只是记住微粒柜台使用单色辐射和因此不必须担心另外的色彩变型更正(轻的焦点多个波长在不同的点当折射) 。

       Mangin 镜子: Mangin 镜子包括半月板消极透镜以被反映的凹面第二表面。这些共同地被发现了在供给乙炔动力的灯里。现在他们被使用在光学系统譬如望远镜。

      Mangin 镜子被使用在微粒柜台作为对象aspheres 。镜子是更轻的但更宽比透镜。和以aspheres, 作用将从重点一个镜子移动图象向其他的重点。

非想象微粒柜台: 非想象微粒柜台不使用任何汇集光学。这是光电探测器被安置紧挨收集疏散光的样品入口和laser 。小传感器(即, 在手扶units) 虽然包括经常光学有非想象的元素在他们的操作。

       光电探测器转换入射光作为光子成电子脉冲由创造充电为各个被接受的光子。当相当数量疏散光增加以微粒’s 大小并且疏散光子同时到达, 当前的脉冲比例与微粒’s 大小引起。

光电二极管: 光电二极管是p-n 连接点。当充足的能量光子碰撞二极管, 它创造一个流动电子和一个positively-charged 电子孔。这些充电提升photocurrent, 是被放大, 被过滤, 和然后被分类。

雪崩光电二极管: 雪崩光电二极管7 是多极光电管的半导体版本。一个光子可能触发电子雪崩在设备; 它是可能查出和计数唯一光子。但是, 这些设备跑在高电压(上百伏特), 花费许多时间光电二极管的价格, 和要求相对地复杂电路运作以速度必需为微粒计数。毫不奇怪, 这些设备被使用只在高敏感性设备。

       例如, (被夸大的) 信号在图5.a 能来自微粒柜台。有四个峰顶从微粒。在基础线上变化能归结于音响搭便车(即, 从泵浦), 电源, 或什么数额对吹口哨作为空气得出在高速通过入口喷气机。这被高通去除过滤那去除信号以频率低比那些从微粒。

       这留下能来自电子的高频率干涉, 例如(参见图5b) 。低通过滤去除信号以频率高级比那些从微粒。

        在信号被清洗了之后, 它包括一系列的脉冲, 高度与微粒有关的大小(参见图5c) 。这些信号由使用现在分类, 转换他们从模拟成数字式形式脉冲高度分析仪。当转换成数字式形式, 被分类的脉冲可能计数和最后向某一控制系统报告。

吉姆?Babb 是光学工程学的主任在亚当斯仪器。过去24 年, 他被介入了在高度复杂laser electro-optical 系统和定义计量学标准的发展为粮食与药物管理局、防御工程承包商, 和航空航天制造者。他可能被到达在jimb@adamsinstruments.com 。

1. 参见http://en.wikipedia.org/wiki/John_Tyndall 。
2. Kerker, M., 驱散光和其它电磁辐射, 学术出版社, 纽约, 页54-59 1969 年。
3. Mie, Gustav, “Beitr5age zur Optik tr5uber Medien, speziell kolloidaler Metall5osungen,” Annalen der Physik, Vierte Folge, 带25, 第3, 页377-445 1908 年。
4. 参见http://atol.ucsd.edu/scatlib/。
5. 参见http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode 。
6. Schuster 、B.G., 和R. Knollenberg 、 “小颗粒侦查和涂料在一个开放洞供气Laser,” Appl 。Opt 。11, p. 1515 年1972 年。
7. Dautet, H., 等, “光子计数的技术与硅雪崩光电二极管,” Appl 。Opt 。32 (21), 页3894-3900 1993 年。