本文旨在研制一种高灵敏度的尘埃粒子计数传感器,以满足现代洁净室对尘埃粒子计数器的高要求。本文调研分析了国内外微粒测量技术的特点,运用大量理论计算,提出了本文的方案,并在光路、气路、电路方面进行了实现。本文首先概述了洁净plant biotechnology室的技术及标准,介绍了监测亚微米微粒的意义。通过对比主要的测量微粒的技术特点,本文采用光散射法设计尘埃粒子计数传感器。通过对比国内外的发展状况,阐述了符合ISO 21501-4标准的国产尘埃粒子计数器的研究意义。其次,从尘埃粒子计数传感器的工作原理出发,介绍了Mie散射理论及Rayleigh散射与Fraunhofer衍射。然后在MATLAB软件中将Mie散射理论编程计算,得到了散射照度空间分布随散射角θ与方位角φ的变化规律,对比了粒径、波长等因素引起的散射光强分布。然后使用散射光通量表达式计算了不同散射光路系统收集的散射光通量。最后,介绍了粒子计数器的关键性能指标。通过Mie散射理论和MATLAB软件的计算,本文分析了微粒的散射照度空间分布规律,得出了采用直角散射光路系统较前向结构更优的结论。然后,本文阐述了粒子计数传感器的设计目标,详细探讨了设计传感器时需要考虑的各种要求,并针对照明光路系统、散射光路系统、采样气路系统和信号处理电路等方面进行了深入的分析和设计并结合理论分析、仿真计算和实验验证,最终确定了元件的型号。基于粒子计数传感器光敏区域的设计要求,本文探究了使用非球面透镜和柱面镜实现激光准直并将光束能量分布由原本的高斯分布转换为平顶分布的方法,并借助ZEMAX软件设计出适用于粒子计数传感器的照明光路系统,以满足其性能指标。照明光路系统采用了激光二极管,并利用非球面镜和柱面镜对激PR-171 IC50光进行整形,得到光敏区域光斑大小约为2.0mm×0.3mm。进气口使用了类似拉瓦尔喷管的结构以减小气流扩散。本文采用ANSYS FLUENT软件模拟了采样气路系统中的流场分布和微粒轨迹,结果表明气路达到了减少微粒扩散的效果。对于直角散射光路系统,采用BMS-354825体内实验剂量了数值孔径54mm的球面反射镜,收光立体角范围为17～163度。在光电转换器件方面,本文采用了LSSPD-10型号PIN硅光电二极管。为消除背景噪声和外界电磁干扰,本文采用了技术成熟的带通型放大电路,兼顾隔直和滤波作用,该电路可以在放大高频信号电压幅值的同时,能够实现对直流成分电压幅值和低频成分电压幅值的截止,实现在不引入新噪声的前提下对微弱电压信号进行非线性放大。最后,通过实验标定的方法对设计出的粒子计数传感器的性能参数进行研究,以验证其性能是否符合设计要求。使用标准PSL微粒,分别为0.3μm、0.4μm、0.5μm和0.6μm的微粒,对传感器的灵敏度和粒径-电压曲线进行了实验标定。经过实验验证,设计出的粒子计数传感器灵敏度达到了0.3μm。在获得的标定曲线中,0.3μm通道的中值电压为80m V,0.5μm通道的中值电压为540m V。此外,还分析了传感器的粒径分布误差和计数效率,并探讨了测量结果可能存在的误差。通过实验验证,传感器的各项性能参数满足了相关标准的要求,实现了尘埃粒子计数传感器的设计目标,证明了本文研究内容对国内研究提升粒子计数传感器性能的方法具备一定实用价值和参考意义。