光學粒子計數器是利用丁達爾現象(Tyndall Effect)來檢測粒子。丁達爾效應是用John Tyndall的de名ming字zi命ming名ming的de，通tong常chang是shi膠jiao體ti中zhong的de粒li子zi對dui光guang線xian的de散san射she作zuo用yong引yin起qi的de。一yi束shu明ming亮liang的de光guang照zhao在zai空kong氣qi或huo霧wu中zhong的de灰hui塵chen上shang

，所suo產chan生sheng的de散san射she就jiu是shi丁ding達da爾er現xian象xiang。

 

當折射率變化時
，光線就會發生散射。這就意味著在液體中，汽泡對光線的散射作用和固體粒子是一樣的。米氏理論(MieTheory)描述了粒子對光的散射作用。

 

Lorenz-Mie-Debye理論最早由Gustav Mie提出，它描述了光是如何朝各個不同方向散射的。具體的散射情況決定於介質的折射率、粒子對光的散射作用
、粒子的尺寸和光的波長。具體介紹米氏理論的細節超出了本文的範圍;但是，有很多公共領域的應用都可以用來驗證光是如何散射的。

 

光(guang)的(de)散(san)射(she)情(qing)況(kuang)會(hui)隨(sui)著(zhe)粒(li)子(zi)尺(chi)寸(cun)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)。在(zai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)中(zhong)
，米(mi)氏(shi)理(li)論(lun)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)結(jie)果(guo)以(yi)及(ji)它(ta)對(dui)光(guang)散(san)射(she)的(de)預(yu)測(ce)都(dou)與(yu)之(zhi)相(xiang)關(guan)。當(dang)粒(li)子(zi)尺(chi)寸(cun)比(bi)光(guang)的(de)波(bo)長(chang)要(yao)小(xiao)得(de)多(duo)的(de)時(shi)候(hou)，光(guang)散(san)射(she)主(zhu)要(yao)是(shi)朝(chao)著(zhe)正(zheng)前(qian)方(fang)。而(er)當(dang)粒(li)子(zi)尺(chi)寸(cun)比(bi)光(guang)波(bo)長(chang)要(yao)大(da)得(de)多(duo)的(de)時(shi)候(hou)，光(guang)散(san)射(she)則(ze)主(zhu)要(yao)朝(chao)直(zhi)角(jiao)和(he)後(hou)方(fang)方(fang)向(xiang)散(san)射(she)。

 

光(guang)可(ke)以(yi)看(kan)做(zuo)是(shi)沿(yan)著(zhe)傳(chuan)播(bo)方(fang)向(xiang)進(jin)行(xing)垂(chui)直(zhi)振(zhen)蕩(dang)的(de)波(bo)。這(zhe)一(yi)振(zhen)蕩(dang)方(fang)向(xiang)就(jiu)是(shi)所(suo)謂(wei)的(de)偏(pian)振(zhen)。入(ru)射(she)光(guang)的(de)偏(pian)振(zhen)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。在(zai)以(yi)前(qian)的(de)例(li)子(zi)裏(li)

，光(guang)的(de)散(san)射(she)是(shi)在(zai)入(ru)射(she)光(guang)的(de)偏(pian)振(zhen)平(ping)麵(mian)內(nei)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)的(de)。

 

粒子尺寸在5μm時的散射情況類似;而具有偏振現象，粒子尺寸在0.3μm時的散射情況有很大不同。由於用對數表示
，變化不到十倍的，都看不到散射光的強度隨著頻率的改變而變化：較短的波長意味較強的散射。在其他條件都相同的情況下，藍光的散射強度大約是紅光的10倍。大部分粒子計數器采用的都是近紅外或紅色激光;直到最近，這還都是最符合經濟效益的選擇。藍色氣體和半導體激光器價格都很貴;而且半導體激光器的使用壽命也很短。

 

 

在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)出(chu)口(kou)處(chu)有(you)一(yi)個(ge)真(zhen)空(kong)裝(zhuang)置(zhi)，把(ba)空(kong)氣(qi)經(jing)過(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)抽(chou)走(zou)。而(er)空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)粒(li)子(zi)則(ze)將(jiang)激(ji)光(guang)散(san)射(she)。散(san)射(she)光(guang)又(you)會(hui)被(bei)後(hou)麵(mian)的(de)聚(ju)光(guang)鏡(jing)聚(ju)焦(jiao)到(dao)光(guang)學(xue)探(tan)測(ce)器(qi)上(shang)，隨(sui)後(hou)把(ba)光(guang)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)，並(bing)且(qie)進(jin)行(xing)放(fang)大(da)和(he)濾(lv)波(bo)。此(ci)後(hou)，這(zhe)個(ge)信(xin)號(hao)從(cong)模(mo)擬(ni)的(de)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)，並(bing)且(qie)由(you)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)對(dui)它(ta)進(jin)行(xing)分(fen)類(lei)。微(wei)處(chu)理(li)器(qi)會(hui)通(tong)過(guo)接(jie)口(kou)將(jiang)計(ji)數(shu)器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)控(kong)製(zhi)數(shu)據(ju)收(shou)集(ji)係(xi)統(tong)上(shang)。

 

氣體激光器發明於1960年，而半導體激光器發明於1962年。開始時這些激光器很貴
，但是隨著它們變成具有經濟效益時
，在粒子計數器中，就用氣體激光取代了白光。而到了20世紀80年代末
，在絕大多數場合下
，更便宜的半導體激光器又取代了氣體激光器。

 

用於粒子計數的激光器有兩種：一種是氣體激光器，如氦氖(HeNe)激光器和氬離子(arg-ion)激光器;另ling外wai就jiu是shi半ban導dao體ti激ji光guang器qi。氣qi體ti激ji光guang器qi能neng夠gou生sheng產chan強qiang烈lie的de單dan色se光guang
，有you時shi甚shen至zhi是shi偏pian振zhen光guang。氣qi體ti激ji光guang器qi產chan生sheng準zhun直zhi高gao斯si光guang束shu，而er半ban導dao體ti激ji光guang器qi則ze產chan生sheng出chu一yi個ge小xiao的de發fa散san點dian光guang源yuan
，通tong常chang發fa散san光guang有you兩liang個ge不bu同tong的de軸zhou，並bing且qie總zong是shi出chu現xian多duo種zhong模mo式shi。由you於yu發fa散san光guang具ju有you多duo軸zhou性xing，半ban導dao體ti激ji光guang器qi通tong常chang都dou有you一yi個ge橢tuo圓yuan形xing的de輸shu出chu
，這zhe帶dai來lai了le一yi定ding的de挑tiao戰zhan，也ye帶dai來lai了le一yi定ding的de優you勢shi。不bu同tong軸zhou的de散san射she光guang意yi味wei著zhe要yao麼me勉mian強qiang接jie受shou這zhe一yi橢tuo圓yuan形xing的de輸shu出chu
，要yao麼me設she計ji一yi套tao複fu雜za而er昂ang貴gui的de光guang學xue鏡jing來lai做zuo補bu償chang。另ling一yi方fang麵mian，橢tuo圓yuan光guang束shu很hen適shi合he用yong於yu某mou些xie應ying用yong，利li用yong長chang軸zhou，可ke以yi得de到dao更geng好hao的de覆fu蓋gai範fan圍wei。

 

總之，氦氖激光器的輸出“zhijiekeyong，wuxuzengjiarenheguangxueyuanjian。yaoxiangchanshengleisiyuhainaijiguangqideguangshu
，congbandaotijiguangqichulaideguangbixujingguotoujingjujiao
，zhehuidaozhiguangnengdesunhao。danshi
，bandaotijiguangqidechengbendi
、體積小
、工作電壓低
、功耗小
，成為粒子計數器的最佳選擇。

 

在(zai)要(yao)求(qiu)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)

，氦(hai)氖(nai)激(ji)光(guang)器(qi)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)開(kai)式(shi)腔(qiang)模(mo)式(shi)，產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)功(gong)率(lv)。因(yin)為(wei)樣(yang)本(ben)要(yao)通(tong)過(guo)光(guang)學(xue)空(kong)腔(qiang)諧(xie)振(zhen)器(qi)，當(dang)粒(li)子(zi)濃(nong)度(du)較(jiao)高(gao)時(shi)，激(ji)光(guang)會(hui)中(zhong)斷(duan)(無法維持“Q因子)，所以此時這種類型的激光不適用。

 

 

進入粒子計數器的入口樣本對計數器的分辨率起著至關重要的作用。入口有兩種類形：一種是扁平的(寬10mm
，高0.1mm)，另一種是內徑為2-3mm的圓形。

 

入(ru)口(kou)噴(pen)嘴(zui)為(wei)扁(bian)平(ping)的(de)時(shi)，通(tong)常(chang)激(ji)光(guang)束(shu)是(shi)一(yi)條(tiao)與(yu)噴(pen)嘴(zui)同(tong)軸(zhou)的(de)窄(zhai)線(xian)。扁(bian)平(ping)噴(pen)嘴(zui)出(chu)來(lai)的(de)氣(qi)流(liu)速(su)度(du)相(xiang)當(dang)均(jun)勻(yun)，它(ta)通(tong)過(guo)激(ji)光(guang)束(shu)中(zhong)最(zui)強(qiang)而(er)且(qie)最(zui)均(jun)勻(yun)的(de)部(bu)分(fen)，因(yin)此(ci)精(jing)度(du)最(zui)高(gao)。但(dan)是(shi)，扁(bian)平(ping)噴(pen)嘴(zui)的(de)橫(heng)截(jie)麵(mian)小(xiao)，意(yi)味(wei)著(zhe)要(yao)求(qiu)真(zhen)空(kong)度(du)高(gao)於(yu)圓(yuan)形(xing)噴(pen)嘴(zui)，這(zhe)樣(yang)會(hui)增(zeng)加(jia)能(neng)耗(hao)(這點非常重要，特別是在采用電池供電時)。扁平噴嘴的製造比較複雜，價格也較高
，而且它和激光之間的配合也是一個問題。

 

入(ru)口(kou)噴(pen)嘴(zui)為(wei)圓(yuan)形(xing)時(shi)

，激(ji)光(guang)束(shu)則(ze)通(tong)常(chang)與(yu)入(ru)射(she)口(kou)的(de)軸(zhou)線(xian)大(da)致(zhi)成(cheng)直(zhi)角(jiao)。粒(li)子(zi)會(hui)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)狹(xia)窄(zhai)
，強(qiang)度(du)很(hen)高(gao)的(de)激(ji)光(guang)麵(mian)。圓(yuan)形(xing)噴(pen)嘴(zui)比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)

，因(yin)為(wei)它(ta)的(de)橫(heng)截(jie)麵(mian)較(jiao)大(da)，對(dui)於(yu)速(su)度(du)相(xiang)同(tong)的(de)氣(qi)流(liu)
，對(dui)真(zhen)空(kong)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)較(jiao)低(di)，所(suo)以(yi)當(dang)空(kong)氣(qi)吸(xi)入(ru)時(shi)，能(neng)耗(hao)也(ye)較(jiao)小(xiao)。相(xiang)對(dui)於(yu)扁(bian)平(ping)噴(pen)嘴(zui)
，氣(qi)流(liu)速(su)度(du)較(jiao)低(di)意(yi)味(wei)著(zhe)每(mei)個(ge)粒(li)子(zi)散(san)射(she)的(de)光(guang)也(ye)更(geng)多(duo)。形(xing)噴(pen)嘴(zui)的(de)缺(que)點(dian)在(zai)於(yu)它(ta)會(hui)降(jiang)低(di)氣(qi)流(liu)的(de)均(jun)勻(yun)性(xing)，而(er)且(qie)激(ji)光(guang)束(shu)的(de)功(gong)率(lv)不(bu)是(shi)均(jun)勻(yun)的(de);光束會變粗，因而精度較低。

 

 

空氣粒子計數器是測試空氣塵埃粒子顆粒的粒徑及其分布的專用儀器，由顯微鏡發展而來，經曆了顯微鏡、沉降管
、沉降儀、離心沉降儀、顆粒計數器、激光空氣粒子計數器
、PCS納米激光空氣粒子計數器的過程，其中因激光空氣粒子計數器測試速度快
、動態分布寬
、不受人為影響等各方麵的優勢，而成為近年來很多行業的主流產品。