一种真空微粒计数器制造技术

本发明专利技术涉及一种真空微粒计数器，包括外壳，其具有沿z向贯穿外壳的测量孔，外壳的内部固定有：光入射部，用于发射激光并形成截面光强均匀分布的平顶光束，位于测量孔的一侧，包括沿x向依次排列的激光器、入射光学元件组和入射光阑，入射光学元件组包括沿x向依次排列的聚焦透镜、匀光棒和透镜组；光探测部，收集平顶光束被微粒散射而形成的散射光，并根据收集到的散射光探测微粒数量；光出射部，与光入射部相对位于测量孔的另一侧，用于吸收光入射部发出的激光中未被微粒散射的部分。本发明专利技术的真空微粒计数器，采用包含匀光棒的特殊入射光路，使得入射激光形成截面光强均匀分布的平顶光束，可增大有效测量区域。

【技术实现步骤摘要】
一种真空微粒计数器
本专利技术涉及无尘加工制造及真空
，更具体地涉及一种真空微粒计数器。
技术介绍
无尘加工制造对加工的环境有严格的洁净度要求，比如洁净度10级要求环境中的尺寸大于0.1微米的颗粒数少于10000个/立方米，在某些应用领域中，如高能粒子加速器、半导体行业的芯片制造、光伏及显示行业的薄膜面板生产组装中，还会涉及到真空的环境，因此对制造加工中涉及的整个真空过程也有无尘化要求。一般采用air-borne微粒计数器来监测大气环境中不同尺寸的微粒数量，其原理是通过内部的气泵采集环境中的空气并以一定的流量如28.3或2.83升/分钟通过微粒计数器中的探测管道，通过探测微粒表面的激光散射来确定微粒的尺寸及数量。然而，在真空环境中，特别是高真空下气体分子以分子流形式运动，其运动的方向是随机的，导致环境中的微粒的运动也没有统一的方向性，微粒监测的难度较大，而且目前没有专用于真空内的微粒计数器。目前使用的air-borne微粒计数器中的探测单元存在的问题是测量区域较小，一般小于105立方微米量级，在高真空环境中探测到随机运动的微粒的几率很小，其无法用于真空环境中的微粒监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种真空微粒计数器，以实现真空系统内微米量级尺度的微粒监测。本专利技术提供一种真空微粒计数器，包括：外壳，其具有沿z向贯穿所述外壳的测量孔，所述外壳的内部固定有：光入射部，用于发射激光并形成截面光强均匀分布的平顶光束，位于所述测量孔的一侧，包括沿x向依次排列的激光器、入射光学元件组和入射光阑，所述入射光学元件组包括沿x向依次排列的聚焦透镜、匀光棒和透镜组；光探测部，收集所述平顶光束被微粒散射而形成的散射光，并根据收集到的散射光探测微粒数量；光出射部，与所述光入射部相对位于所述测量孔的另一侧，用于吸收所述光入射部发出的激光中未被微粒散射的部分。进一步地，所述光探测部包括沿y向分别设置在测量孔上下位置处的椭球面镜和球面镜，所述椭球面镜和所述球面镜的反射面相对，其中球面镜上设有开孔，所述开孔的正下方设有沿y向依次排列的可调光阑和探测器。进一步地，所述椭球面镜的上焦点与所述球面镜的球心重合；所述椭球面镜与所述球面镜的外径相同。进一步地，所述光探测部位于所述光出射部远离测量孔的一侧，包括第一环状透镜、沿y向依次设置的第一探测器和第二探测器，所述第一环状透镜的中间固定有第二环状透镜，所述第一环状透镜和所述第二环状透镜共面并同心放置。进一步地，所述第一环状透镜和所述第二环状透镜均为菲涅尔透镜。进一步地，所述第一环状透镜的焦距、内径和外径分别为20.3毫米、9毫米和12毫米，所述第二环状透镜的焦距、内径和外径分别为19.7毫米、4毫米和8毫米。进一步地，所述外壳内设有支撑板和支架，所述第一环状透镜固定在所述支撑板上，所述第一探测器和所述第二探测器固定在所述支架上。进一步地，所述光出射部包括沿x向依次排列的光阑和光吸收装置。进一步地，所述匀光棒为六棱柱状且由熔融石英材料制成。进一步地，还包括相互电连接的电路馈通和控制单元，所述控制单元位于所述外壳之外，所述电路馈通固定在所述外壳的侧壁上并分别与所述激光器和所述探测器电连接，所述电路馈通与所述外壳之间设有密封装置。本专利技术的真空微粒计数器，采用包含匀光棒的特殊入射光路，使得入射激光形成截面光强均匀分布的平顶光束，可增大有效测量区域；采用椭球镜与球面镜相结合的反射镜面，扩大微粒散射光的收集立体角，提高微粒探测的信噪比。本专利技术的的真空微粒计数器还可采用多个光入射部和光探测部，形成多个测量区域，增加真空系统某一空间内的微粒探测几率。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的真空微粒计数器的外部结构示意图；图2为图1中的真空微粒计数器的xy平面剖面示意图；图3为图2中的测量孔位置的放大图；图4为图2的A-A剖视图；图5为图2中的入射光学元件组的放大示意图；图6为图1中的真空微粒计数器的控制单元中的信号处理流程图；图7为本专利技术另一实施例提供的真空微粒计数器的结构示意图；图8为图7中的真空微粒计数器的光入射部和光探测部的放大示意图；图9为本专利技术的真空微粒计数器使用时与真空管道的位置关系示意图；图10为采用两个本专利技术的真空微粒计数器时与真空管道的位置关系示意图；图11为本专利技术的真空微粒计数器使用时与盲板法兰的位置关系示意图；图12为本专利技术又一实施例提供的真空微粒计数器的结构示意图；图13为图12中的真空微粒计数器的测量孔、光出射部和光探测部的放大示意图；图14为图12中的真空微粒计数器的控制单元中的信号处理流程图。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。应当注意的是，本专利技术实施例的xyz坐标系为空间直角坐标系，x方向为水平方向，y方向为竖直方向，z方向为前后方向，这些方向只是为了描述方便，而不是对本专利技术的限制。实施例一如图1所示，本专利技术实施例提供一种真空微粒计数器，包括外壳1，其具有沿z向贯穿外壳1的测量孔2，外壳1可为内部中空的铝制长方体，并经过发黑处理，以减少光线在外壳1内外表面的散射，在本实施例中，其x向长度可为7至12厘米，y向宽度可为2至3.5厘米，z向厚度可为1.2至2厘米；测量孔2可设置在外壳1的中部，为长条孔，其x向长度可设置为3至5厘米，y向宽度可设置为1.5至3厘米，这样能够保证待检测的真空系统内的微粒有足够大的几率运动至测量孔2内，从而增大检测到微粒的几率。如图2所示，外壳1的内部沿x向依次固定有光入射部、光探测部和光出射部，其中，光入射部位于测量孔2的一侧，包括沿x向依次设置的激光器3、入射光学元件组4和入射光阑5；光出射部位于测量孔2的另一侧，包括沿x正向依次排列的出射光阑9和光吸收阱10；光探测部包括第一反射镜6、可调光阑7、探测器8和第二反射镜11，第一反射镜6位于测量孔2的上方，第一反射镜6的轴向沿y方向且反射面朝下，朝向测量孔2；第二反射镜11位于测量孔2内部的下侧，其轴向沿y向且反射面朝上，可调光阑7和探测器8依次沿y负向排列在测量孔2的下方。激光器3发射的激光波长及功率的典型值分别为445nm及10mW，激光器3发射的激光经过入射光学组件4和入射光阑5后形成截面光强均匀分布的平顶光束并聚焦在测量孔2的中心位置，所形成的均匀光强区域称为测量区域100，该测量区域100是一个椭球区域，其在x方向的范围总长度为700微米，在yz平面的截面的直径为410至520微米，当微粒运动至测量区域100内，激光在其表面被散射而形成散射光，该散射光向空间中射出，其中一部分散射光被第一反射镜6反射并通过可调光阑7进入探测器8，还有一部分散射光先被第二反射镜11反射，然后又被第一反射镜6二次反射后通过可调光阑7进入探测器8，从而使微粒被探测到；平顶光束的大部分光经过出射光阑9后进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空微粒计数器，其特征在于，包括：外壳，其具有沿z向贯穿所述外壳的测量孔，所述外壳的内部固定有：/n光入射部，用于发射激光并形成截面光强均匀分布的平顶光束，位于所述测量孔的一侧，包括沿x向依次排列的激光器、入射光学元件组和入射光阑，所述入射光学元件组包括沿x向依次排列的聚焦透镜、匀光棒和透镜组；/n光探测部，收集所述平顶光束被微粒散射而形成的散射光，并根据收集到的散射光探测微粒数量；/n光出射部，与所述光入射部相对位于所述测量孔的另一侧，用于吸收所述光入射部发出的激光中未被微粒散射的部分。/n

【技术特征摘要】
1.一种真空微粒计数器，其特征在于，包括：外壳，其具有沿z向贯穿所述外壳的测量孔，所述外壳的内部固定有：
光入射部，用于发射激光并形成截面光强均匀分布的平顶光束，位于所述测量孔的一侧，包括沿x向依次排列的激光器、入射光学元件组和入射光阑，所述入射光学元件组包括沿x向依次排列的聚焦透镜、匀光棒和透镜组；
光探测部，收集所述平顶光束被微粒散射而形成的散射光，并根据收集到的散射光探测微粒数量；
光出射部，与所述光入射部相对位于所述测量孔的另一侧，用于吸收所述光入射部发出的激光中未被微粒散射的部分。


2.根据权利要求1所述的真空微粒计数器，其特征在于，所述光探测部包括沿y向分别设置在测量孔上下位置处的椭球面镜和球面镜，所述椭球面镜和所述球面镜的反射面相对，其中球面镜上设有开孔，所述开孔的正下方设有沿y向依次排列的可调光阑和探测器。


3.根据权利要求2所述的真空微粒计数器，其特征在于，所述椭球面镜的上焦点与所述球面镜的球心重合；所述椭球面镜与所述球面镜的外径相同。


4.根据权利要求1所述的真空微粒计数器，其特征在于，所述光探测部位于所述光出射部远离测量孔的一侧，包括第一环状透镜、沿y向依次设置的第一探测器和第二探测器，所述第一环状透...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵烨梁，胡晓，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31