激光尘埃粒子计数器的调试与粒子标定

徐月兰++何德开

摘 要：激光尘埃粒子计数器是用来测量空气中尘埃微粒的数量及粒径分布的仪器，文章讲述的是光散射激光尘埃粒子计数器原理与调试方法以及粒子标定过程。从而为空气洁净度的评定提供依据。

关键词：光散射；当量直径；粒子标定

1 概述

目前激光尘埃粒子计数器的用户越来越多，激光尘埃粒子计数器广泛应用于医药、电子、精密机械、彩管制造、微生物等行业中，对各种洁净等级的工作台、净化室、净化车间的净化效果、洁净级别进行监控，以确保产品的质量。激光粒子尘埃计数器是用来测量空气中尘埃微粒的数量及粒径分布的仪器，从而为空气洁净度的评定提供依据。常见的激光粒子尘埃粒子计数器是光散射式（DAPC）的，测量粒径范围0.1-10um，此外还有凝聚核式的激光粒子尘埃计数器（CNC），可测量尺寸更小的尘埃粒子。文章介绍的是光散射激光尘埃粒子计数器。

2 激光尘埃粒子计数器的工作原理

激光尘埃粒子计数器基本原理是光学传感器的探测激光经尘埃粒子散射后被光敏元件接收并产生脉冲信号，该脉冲信号被输出并放大，然后进行数字信号处理，通过与标准粒子信号进行比较，将对比结果用不同的参数表示出来。空气中的微粒在光的照射下会发生散射，这种现象叫光散射。

光散射和微粒大小、光波波长、微粒折射率及微粒对光的吸收特性等因素有关。但是就散射光强度和微粒大小而言，有一个基本规律，就是微粒散射光的强度随微粒的表面积增加而增大。这样只要测定散射光的强度就可推知微粒的大小，实际上，每个粒子产生的散射光强度很弱，是一个很小的光脉冲，需要通过光电转换器的放大作用，把光脉冲转化为信号幅度较大的电脉冲，然后再经过电子线路的进一步放大和甄别，从而完成对大量电脉冲的计数工作。此时，电脉冲数量对应于微粒的个数，电脉冲的幅度对应于微粒的大小。激光尘埃粒子计数器工作原理如图1所示。

图1 激光尘埃粒子计数器工作原理图

3 激光尘埃粒子技术器的主要参数

（1）粒径通道 0.5、1、3、5、10、25um

（2）采样周期 1秒-9999秒之间任选

（3）使用环境 温度：10℃-35℃、湿度：20%-75%、

大气压力：86kPa-106kP

（4）允许最大采样浓度 35000颗/L（尘埃颗粒粒径不大于 0.5μm）

（5）光源及寿命 半导体激光光源，寿命大于 30000小时

4 激光粒子尘埃计数器的调试

4.1 光检测器

光检测器是将散射光能量转换为电信号的光电转换器件。激光尘埃粒子计数器中最常用的光检测器是光电倍增管和光电二极管。

光电倍增管把光电子放大几万倍后转换成几个毫伏到几十毫伏的电信号，具有光谱线性好、响应时间快、暗电流小的优点，缺点是体积大。光电倍增管工作时需加上几百伏特的负高压，仪器中有相应的高压产生电路，在对仪器进行调试或校准时应注意安全。光电二极管是一种受到光照后能产生电子的半导体元件，具有体积小、外围电路简单的特点，常与检测腔做成一体。

4.2 流量监控

激光尘埃粒子计数器的采样流量一般为50L/min或100L/min，进口仪器常标识为0.1cfm（立方英尺每分钟）或1cfm，主要是为了便于进行符合Fed-Std-209E的洁净度的计算。大流量的采样（100L/min）更能准确地反映空气的洁净状况，但使最大采样浓度降低。

4.3 控制电位的调节

控制电位调节需根据不同的仪器，不同的元器件所决定，因而虽然是同一种型号的仪器，但是调节电位也会有所不同；但是激光Laser电压和风机Pump电压是固定的，因为这是按标准生产的，所以供给电压也是稳定的。

5 激光尘埃粒子计数器的粒子标定

5.1 粒子标定作用

标定，就是确定不同粒径所对应的通道数（或电压值）。不同的设计方案，不同的采样方式，不同的分辩、记录电路都使这个值不同。即使是同型产品，也因各种原因造成各台仪器之间的差异，所以必须进行标定。例如，传感器信号输出经交流耦合产生的信号脉冲必然产生过冲和振铃，可能会产生多余计数。而涡流、管壁的吸附作用也可能引起粒子被重复计数。仪器使用一段时间后，由于多种原因（如温度变化、元件老化等）引起仪器的“漂移”，所以国家标准规定和国际惯例，任何粒子计数器使用一年后必须进行标定。标定光学粒子计数器的标准一般是用一种均一的聚苯乙烯微粒（PSL）纳米微粒尺度标准，它是由NIST 可溯源的纳米级计量法标定。1纳米是1米的十亿分之一长度，0.001微米（μm），或10个埃单位。纳米微粒尺度标准通常是装在一个滴瓶型小瓶包装的水性悬浮液。PSL微粒浓度是通过综合优化了易分散性和胶体稳定性而确定的。水性悬浮液介质包含一定量的分散剂，有助于防止粒子结块或在粒子计数器表面的流动。PSL微球的密度是1.05g/cm3，折光系数为1.59@589nm。

5.2 赛纳威检测标定方法

长期以来，国内的粒子计数器的生产和计量标定都是依据国家标准局1985年颁布的尘埃粒子计数器性能试验方法（GB/T6167.1～6167.2-85）和国家标准局1988年颁布的国家计量检定规程（JJG547-88），这两个标准与国际上通用的标准，例如，日本工业标准（JIS）和美国标准测试标准（ATSM），有相当大的差距，使得中国粒子计数器的生产和研发也处于落后的状态，鉴于国内广泛存在的对粒子计数器的计量标定和校准存在的问题，赛纳威的林海博士近几年在国内粒子计数器领域大力倡导多通道信号分析仪为作为校准粒子计数器的检定工具，目前国内有关权威机构都纷纷采用多通道信号分析仪作为必备的测试仪器。从而为中国在粒子计数器行业缩小与国际标准的差距创造了良好的条件。赛纳威粒子计数器检测标定示意图如图2所示。

6 结束语

随着世界工业水平的不断提升，对洁净技术及相关产品的需求也随之水涨船高，而激光尘埃粒子计数器是目前广泛应用的一种洁净度检测仪器，具有十分巨大的现实意义和商业价值。

图2赛纳威粒子计数器检测标定示意图

参考文献

[1]郑孝英.药物生产洁净技术[M].化学工业出版社，2009.

[2]许钟麟.生物安全实验室与生物安全柜[M].中国建筑工业出版社，2004.

作者简介：徐月兰（1981，1-），女，籍贯：江苏·苏州，职称：讲师，研究方向：自动化。endprint

摘 要：激光尘埃粒子计数器是用来测量空气中尘埃微粒的数量及粒径分布的仪器，文章讲述的是光散射激光尘埃粒子计数器原理与调试方法以及粒子标定过程。从而为空气洁净度的评定提供依据。

关键词：光散射；当量直径；粒子标定

1 概述

目前激光尘埃粒子计数器的用户越来越多，激光尘埃粒子计数器广泛应用于医药、电子、精密机械、彩管制造、微生物等行业中，对各种洁净等级的工作台、净化室、净化车间的净化效果、洁净级别进行监控，以确保产品的质量。激光粒子尘埃计数器是用来测量空气中尘埃微粒的数量及粒径分布的仪器，从而为空气洁净度的评定提供依据。常见的激光粒子尘埃粒子计数器是光散射式（DAPC）的，测量粒径范围0.1-10um，此外还有凝聚核式的激光粒子尘埃计数器（CNC），可测量尺寸更小的尘埃粒子。文章介绍的是光散射激光尘埃粒子计数器。

2 激光尘埃粒子计数器的工作原理

激光尘埃粒子计数器基本原理是光学传感器的探测激光经尘埃粒子散射后被光敏元件接收并产生脉冲信号，该脉冲信号被输出并放大，然后进行数字信号处理，通过与标准粒子信号进行比较，将对比结果用不同的参数表示出来。空气中的微粒在光的照射下会发生散射，这种现象叫光散射。

光散射和微粒大小、光波波长、微粒折射率及微粒对光的吸收特性等因素有关。但是就散射光强度和微粒大小而言，有一个基本规律，就是微粒散射光的强度随微粒的表面积增加而增大。这样只要测定散射光的强度就可推知微粒的大小，实际上，每个粒子产生的散射光强度很弱，是一个很小的光脉冲，需要通过光电转换器的放大作用，把光脉冲转化为信号幅度较大的电脉冲，然后再经过电子线路的进一步放大和甄别，从而完成对大量电脉冲的计数工作。此时，电脉冲数量对应于微粒的个数，电脉冲的幅度对应于微粒的大小。激光尘埃粒子计数器工作原理如图1所示。

图1 激光尘埃粒子计数器工作原理图

3 激光尘埃粒子技术器的主要参数

（1）粒径通道 0.5、1、3、5、10、25um

（2）采样周期 1秒-9999秒之间任选

（3）使用环境 温度：10℃-35℃、湿度：20%-75%、

大气压力：86kPa-106kP

（4）允许最大采样浓度 35000颗/L（尘埃颗粒粒径不大于 0.5μm）

（5）光源及寿命 半导体激光光源，寿命大于 30000小时

4 激光粒子尘埃计数器的调试

4.1 光检测器

光检测器是将散射光能量转换为电信号的光电转换器件。激光尘埃粒子计数器中最常用的光检测器是光电倍增管和光电二极管。

光电倍增管把光电子放大几万倍后转换成几个毫伏到几十毫伏的电信号，具有光谱线性好、响应时间快、暗电流小的优点，缺点是体积大。光电倍增管工作时需加上几百伏特的负高压，仪器中有相应的高压产生电路，在对仪器进行调试或校准时应注意安全。光电二极管是一种受到光照后能产生电子的半导体元件，具有体积小、外围电路简单的特点，常与检测腔做成一体。

4.2 流量监控

激光尘埃粒子计数器的采样流量一般为50L/min或100L/min，进口仪器常标识为0.1cfm（立方英尺每分钟）或1cfm，主要是为了便于进行符合Fed-Std-209E的洁净度的计算。大流量的采样（100L/min）更能准确地反映空气的洁净状况，但使最大采样浓度降低。

4.3 控制电位的调节

控制电位调节需根据不同的仪器，不同的元器件所决定，因而虽然是同一种型号的仪器，但是调节电位也会有所不同；但是激光Laser电压和风机Pump电压是固定的，因为这是按标准生产的，所以供给电压也是稳定的。

5 激光尘埃粒子计数器的粒子标定

5.1 粒子标定作用

标定，就是确定不同粒径所对应的通道数（或电压值）。不同的设计方案，不同的采样方式，不同的分辩、记录电路都使这个值不同。即使是同型产品，也因各种原因造成各台仪器之间的差异，所以必须进行标定。例如，传感器信号输出经交流耦合产生的信号脉冲必然产生过冲和振铃，可能会产生多余计数。而涡流、管壁的吸附作用也可能引起粒子被重复计数。仪器使用一段时间后，由于多种原因（如温度变化、元件老化等）引起仪器的“漂移”，所以国家标准规定和国际惯例，任何粒子计数器使用一年后必须进行标定。标定光学粒子计数器的标准一般是用一种均一的聚苯乙烯微粒（PSL）纳米微粒尺度标准，它是由NIST 可溯源的纳米级计量法标定。1纳米是1米的十亿分之一长度，0.001微米（μm），或10个埃单位。纳米微粒尺度标准通常是装在一个滴瓶型小瓶包装的水性悬浮液。PSL微粒浓度是通过综合优化了易分散性和胶体稳定性而确定的。水性悬浮液介质包含一定量的分散剂，有助于防止粒子结块或在粒子计数器表面的流动。PSL微球的密度是1.05g/cm3，折光系数为1.59@589nm。

5.2 赛纳威检测标定方法

长期以来，国内的粒子计数器的生产和计量标定都是依据国家标准局1985年颁布的尘埃粒子计数器性能试验方法（GB/T6167.1～6167.2-85）和国家标准局1988年颁布的国家计量检定规程（JJG547-88），这两个标准与国际上通用的标准，例如，日本工业标准（JIS）和美国标准测试标准（ATSM），有相当大的差距，使得中国粒子计数器的生产和研发也处于落后的状态，鉴于国内广泛存在的对粒子计数器的计量标定和校准存在的问题，赛纳威的林海博士近几年在国内粒子计数器领域大力倡导多通道信号分析仪为作为校准粒子计数器的检定工具，目前国内有关权威机构都纷纷采用多通道信号分析仪作为必备的测试仪器。从而为中国在粒子计数器行业缩小与国际标准的差距创造了良好的条件。赛纳威粒子计数器检测标定示意图如图2所示。

6 结束语

随着世界工业水平的不断提升，对洁净技术及相关产品的需求也随之水涨船高，而激光尘埃粒子计数器是目前广泛应用的一种洁净度检测仪器，具有十分巨大的现实意义和商业价值。

图2赛纳威粒子计数器检测标定示意图

参考文献

[1]郑孝英.药物生产洁净技术[M].化学工业出版社，2009.

[2]许钟麟.生物安全实验室与生物安全柜[M].中国建筑工业出版社，2004.

作者简介：徐月兰（1981，1-），女，籍贯：江苏·苏州，职称：讲师，研究方向：自动化。endprint

摘 要：激光尘埃粒子计数器是用来测量空气中尘埃微粒的数量及粒径分布的仪器，文章讲述的是光散射激光尘埃粒子计数器原理与调试方法以及粒子标定过程。从而为空气洁净度的评定提供依据。

关键词：光散射；当量直径；粒子标定

1 概述

目前激光尘埃粒子计数器的用户越来越多，激光尘埃粒子计数器广泛应用于医药、电子、精密机械、彩管制造、微生物等行业中，对各种洁净等级的工作台、净化室、净化车间的净化效果、洁净级别进行监控，以确保产品的质量。激光粒子尘埃计数器是用来测量空气中尘埃微粒的数量及粒径分布的仪器，从而为空气洁净度的评定提供依据。常见的激光粒子尘埃粒子计数器是光散射式（DAPC）的，测量粒径范围0.1-10um，此外还有凝聚核式的激光粒子尘埃计数器（CNC），可测量尺寸更小的尘埃粒子。文章介绍的是光散射激光尘埃粒子计数器。

2 激光尘埃粒子计数器的工作原理

激光尘埃粒子计数器基本原理是光学传感器的探测激光经尘埃粒子散射后被光敏元件接收并产生脉冲信号，该脉冲信号被输出并放大，然后进行数字信号处理，通过与标准粒子信号进行比较，将对比结果用不同的参数表示出来。空气中的微粒在光的照射下会发生散射，这种现象叫光散射。

光散射和微粒大小、光波波长、微粒折射率及微粒对光的吸收特性等因素有关。但是就散射光强度和微粒大小而言，有一个基本规律，就是微粒散射光的强度随微粒的表面积增加而增大。这样只要测定散射光的强度就可推知微粒的大小，实际上，每个粒子产生的散射光强度很弱，是一个很小的光脉冲，需要通过光电转换器的放大作用，把光脉冲转化为信号幅度较大的电脉冲，然后再经过电子线路的进一步放大和甄别，从而完成对大量电脉冲的计数工作。此时，电脉冲数量对应于微粒的个数，电脉冲的幅度对应于微粒的大小。激光尘埃粒子计数器工作原理如图1所示。

图1 激光尘埃粒子计数器工作原理图

3 激光尘埃粒子技术器的主要参数

（1）粒径通道 0.5、1、3、5、10、25um

（2）采样周期 1秒-9999秒之间任选

（3）使用环境 温度：10℃-35℃、湿度：20%-75%、

大气压力：86kPa-106kP

（4）允许最大采样浓度 35000颗/L（尘埃颗粒粒径不大于 0.5μm）

（5）光源及寿命 半导体激光光源，寿命大于 30000小时

4 激光粒子尘埃计数器的调试

4.1 光检测器

光检测器是将散射光能量转换为电信号的光电转换器件。激光尘埃粒子计数器中最常用的光检测器是光电倍增管和光电二极管。

光电倍增管把光电子放大几万倍后转换成几个毫伏到几十毫伏的电信号，具有光谱线性好、响应时间快、暗电流小的优点，缺点是体积大。光电倍增管工作时需加上几百伏特的负高压，仪器中有相应的高压产生电路，在对仪器进行调试或校准时应注意安全。光电二极管是一种受到光照后能产生电子的半导体元件，具有体积小、外围电路简单的特点，常与检测腔做成一体。

4.2 流量监控

激光尘埃粒子计数器的采样流量一般为50L/min或100L/min，进口仪器常标识为0.1cfm（立方英尺每分钟）或1cfm，主要是为了便于进行符合Fed-Std-209E的洁净度的计算。大流量的采样（100L/min）更能准确地反映空气的洁净状况，但使最大采样浓度降低。

4.3 控制电位的调节

控制电位调节需根据不同的仪器，不同的元器件所决定，因而虽然是同一种型号的仪器，但是调节电位也会有所不同；但是激光Laser电压和风机Pump电压是固定的，因为这是按标准生产的，所以供给电压也是稳定的。

5 激光尘埃粒子计数器的粒子标定

5.1 粒子标定作用

标定，就是确定不同粒径所对应的通道数（或电压值）。不同的设计方案，不同的采样方式，不同的分辩、记录电路都使这个值不同。即使是同型产品，也因各种原因造成各台仪器之间的差异，所以必须进行标定。例如，传感器信号输出经交流耦合产生的信号脉冲必然产生过冲和振铃，可能会产生多余计数。而涡流、管壁的吸附作用也可能引起粒子被重复计数。仪器使用一段时间后，由于多种原因（如温度变化、元件老化等）引起仪器的“漂移”，所以国家标准规定和国际惯例，任何粒子计数器使用一年后必须进行标定。标定光学粒子计数器的标准一般是用一种均一的聚苯乙烯微粒（PSL）纳米微粒尺度标准，它是由NIST 可溯源的纳米级计量法标定。1纳米是1米的十亿分之一长度，0.001微米（μm），或10个埃单位。纳米微粒尺度标准通常是装在一个滴瓶型小瓶包装的水性悬浮液。PSL微粒浓度是通过综合优化了易分散性和胶体稳定性而确定的。水性悬浮液介质包含一定量的分散剂，有助于防止粒子结块或在粒子计数器表面的流动。PSL微球的密度是1.05g/cm3，折光系数为1.59@589nm。

5.2 赛纳威检测标定方法

长期以来，国内的粒子计数器的生产和计量标定都是依据国家标准局1985年颁布的尘埃粒子计数器性能试验方法（GB/T6167.1～6167.2-85）和国家标准局1988年颁布的国家计量检定规程（JJG547-88），这两个标准与国际上通用的标准，例如，日本工业标准（JIS）和美国标准测试标准（ATSM），有相当大的差距，使得中国粒子计数器的生产和研发也处于落后的状态，鉴于国内广泛存在的对粒子计数器的计量标定和校准存在的问题，赛纳威的林海博士近几年在国内粒子计数器领域大力倡导多通道信号分析仪为作为校准粒子计数器的检定工具，目前国内有关权威机构都纷纷采用多通道信号分析仪作为必备的测试仪器。从而为中国在粒子计数器行业缩小与国际标准的差距创造了良好的条件。赛纳威粒子计数器检测标定示意图如图2所示。

6 结束语

随着世界工业水平的不断提升，对洁净技术及相关产品的需求也随之水涨船高，而激光尘埃粒子计数器是目前广泛应用的一种洁净度检测仪器，具有十分巨大的现实意义和商业价值。

图2赛纳威粒子计数器检测标定示意图

参考文献

[1]郑孝英.药物生产洁净技术[M].化学工业出版社，2009.

[2]许钟麟.生物安全实验室与生物安全柜[M].中国建筑工业出版社，2004.

作者简介：徐月兰（1981，1-），女，籍贯：江苏·苏州，职称：讲师，研究方向：自动化。endprint