(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202122894797.2 (22)申请日 2021.11.23 (73)专利权人 南京信息 工程大学 地址 210044 江苏省南京市江北新区宁六 路219号 (72)发明人 焦益峰　郜海阳　寇蕾蕾　郭湘　 梁双悦　沈欣淳　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人 戴朝荣 (51)Int.Cl. G01N 15/02(2006.01) G01N 21/49(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 一种激光前向散射式水质粒子监测仪 (57)摘要 本实用新型公开了一种激光前向散射式水 质粒子监测仪， 包括从前端到后端方向， 依次同 轴设置的激光端、 水质采样空间和探测端； 激光 端包括激光器、 光源光阑； 水质采样空间包括水 质采样器； 探测端包括前置视场光阑、 光学玻璃 窗口、 前置双胶合凸透镜、 后置双胶合凸透镜、 后 置视场光阑、 激光功率探测器； 激光出射方向朝 向仪器尾端， 光束中心与整个监测仪的光轴重 合； 水质采样器中心位置在前置双胶合凸透镜的 前焦点上； 光学玻璃窗口的前端面正中心处设有 一直角反射棱镜； 光学玻璃窗口的底端放置有一 小型光陷阱， 开口方向与直角反射棱镜的反射轴 中心重合； 激光功率探测器面源的中心置于后置 双胶合凸透镜的后焦点上。 本实用新型结构紧 凑， 体积小， 功耗低。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 216386698 U 2022.04.26 CN 216386698 U 1.一种激光前向散射式水质粒子监测仪， 其特征在于， 包括从前端到后端方向， 依次同 轴设置的激光端、 水质采样空间 （10） 和探测端三部分； 激光端包括激光器 （1） 、 光源光阑 （2） ； 水质采样空间包括水质采样器 （3） ； 探测端包括前置视场光阑 （4） 、 光学玻璃窗口 （5） 、 前置双胶合凸透 镜 （6） 、 后置双 胶合凸透 镜 （7） 、 后置 视场光阑 （8） 、 激光功率探测器 （9） ； 激光出射方向朝向仪器 尾端， 且光束中心与整个监测仪的光轴重合； 水质采样器 （3） ， 其中心位置设置在前置双 胶合凸透 镜 （6） 的前焦点上； 光学玻璃窗口 （5） 的前端面正 中心处设有一直角反射棱镜 （12） ； 光学玻璃窗口 （5） 的底 端放置有一小型光陷阱 （13） ， 其 开口方向与直角反射 棱镜的反射轴中心重合； 激光功率探测器 （9） 面源的中心置 于后置双 胶合凸透 镜 （7） 的后焦点上。 2.如权利要求1所述的激光前向散射式水质粒子监测仪， 其特征在于， 在探测端的结构 中， 前置视场光阑 （4） 、 光学玻璃窗口 （5） 、 前置双胶合凸透镜 （6） 、 后置双胶合凸透镜 （7） 、 后 置视场光阑 （8） 通过光学元件固定装置 （16） 固定于探测端遮光外壳 （18） 内壁上； 激光功率 探测器 （9） 通过激光功 率探测器 （9） 封装器固定于探测端遮光外壳 （18） 的后端； 探测端光学 窗口 （15） 固定 于探测端遮光外壳 （18） 的前端； 整个探测端形成一套密封系统。 3.如权利要求1所述的激光前向散射式水质粒子监测仪， 其特征在于， 水质采样空间 （10） 介于激光端和探测端之间， 由连接采样器 （19） 构成， 将激光端遮光外壳 （17） 与探测端 遮光外壳 （18） 连接在一起； 连接采样器 （19） 中心有矩形镂空， 提供水质粒子采样空间和通 道。 4.如权利要求1所述的激光前向散射式水质粒子监测仪， 其特征在于， 在激光器 （1） 之 后间隔一定距离放置光源光阑 （2） ， 其光阑中心与整个仪器的光轴重合； 光源光阑 （2） 之后 间隔一定距离放置水质采样器 （3） 。 5.如权利要求1所述的激光前向散射式水质粒子监测仪， 其特征在于， 前置双胶合凸透 镜 （6） 与后置双 胶合凸透 镜 （7） 间隔2~5 mm放置。 6.如权利要求1所述的激光前向散射式水质粒子监测仪， 其特征在于， 激光前向散射式 水质粒子监测仪整体呈圆筒形， 全部为密封系统。 7.如权利要求1所述的激光前向散射式水质粒子监测仪， 其特征在于， 采用稳频激光 器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216386698 U 2一种激光前向散射式水质粒子监测仪 技术领域 [0001]本实用新型属于水质检测领域， 具体涉及一种激光前向散射式水质粒子监测仪 。 背景技术 [0002]水质污染指原水感官性状、 无机污染物、 有机污染物、 微生物、 放射性等五大类指 标异常， 导致制水生产过程控制和出厂水水质控制受到不同程度的影响， 对供水水质和人 体健康造成危害的远水水质状况。 在水质的污染监测方面， 目前的手段较为匮乏， 尤其对于 水中人眼无法分辨的细小颗粒物 （有效尺 寸为100 nm~100 μm的小粒子） 性质的实时实地探 测， 具有重要的意义， 但如何准确地 实施探测具有很大的挑战性， 也是该领域函待解决 的难 题之一。 [0003]目前用于测量水中细小颗粒物的手段主要集中于沉降法、 筛选法、 化学方法等手 段， 均需对水体进行采样进行接触式直接测量。 非接触测 量技术是近年来迅速发展起来的 一种新兴技术， 最具代表性的是粒子图像测速法 （Particle  Image Velocimetry， PIV） ， 它 是一种瞬态、 多点、 非接触式的激光流体力学测速方法。 近几十年来得到了不断完善与发 展， PIV技术的特点是超出了单点测速技术 （如CTA、 LDA） 的局限性， 能在同一瞬态记录下大 量空间点上 的速度分布信息， 并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性， 但其缺点是需 要的流体示踪粒子尺寸较大， 很难测量100  μm以下的细小示踪粒子。 使用显微光学的方法 对细小颗粒进行探测是一种解决这一问题的方法 （如CN201510854717.7） ， 它可对采样水体 进行精细化的检测， 给出颗粒浓度及尺寸大小分布， 但这类仪器通常很庞大， 只能在实验室 进行操作， 需要水体采样， 无法实现实时实地的检测。 [0004]尽管目前已有一些用于检测水质中细小颗粒的手段， 但要么适用性较差， 价格昂 贵， 要么探测精度不理想， 且大都需要对局部水体进行采样， 无法实现实时实地检测， 这与 现有检测技术的特点和局限性有密不可分的关系。 因此， 研制一种能够不依赖于水体采样， 且具备低成本、 低功 耗、 易携带和易组网的便携式水质粒子检测器， 对水体进 行实时实地的 检测， 成为该 领域日趋迫切的需求。 发明内容 [0005]本实用新型针对现有技术中的不足， 提供一种激光前向散射式水质粒子监测仪， 基于主动 发射激光束， 通过探测水中粒子对激光的前向散射信号强度的变化， 来计算粒子 的有效半径， 从而实现对水中细小颗粒物分布情况 的实时监测， 为水质变化的准确判断提 供依据。 [0006]为实现上述目的， 本实用新型采用以下技 术方案： [0007]一种激光前向散射式水质粒子监测仪， 包括从前端到后端方向， 依次同轴设置的 激光端、 水质采样空间和探测端三部分； 激光端包括激光器、 光源光阑； 水质采样空间包括 水质采样器； 探测端包括前置视场光阑、 光学玻璃窗口、 前置双胶合凸透镜、 后置双胶合凸 透镜、 后置视场光阑、 激光功率探测器；说　明　书 1/5 页 3 CN 216386698 U 3