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激光粒度儀的光學結構詳解
發(fā)布日期：2020-07-23 瀏覽次數(shù)：3996
當前，激光粒度儀在顆粒表征中的應用已經(jīng)非常廣泛。測量對象涵蓋三種形態(tài)的顆粒體系：固體粉末、懸浮液（包括固液、氣液和液液等各類二相流體）以及液體霧滴。應用領域則包含了學術研究機構，技術開發(fā)部門和生產(chǎn)監(jiān)控部門。
經(jīng)典的激光粒度儀的光學結構由激光器、空間濾波器、準直鏡、測量池、傅里葉透鏡和環(huán)形光電探測器這列組成。此外還有數(shù)據(jù)采集板和計算機。
從激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過空間濾波器后，變成一束發(fā)散但波前純凈的光束，經(jīng)準直透鏡后，變成一束平行光，照射到測量池中的待測顆粒上，被顆粒散射。散射光透過測量池的玻璃，被傅里葉透鏡收集起來。在傅里葉透鏡的后焦面上，放置了一個環(huán)形探測器陣列。探測器陣列由數(shù)十個獨立的探測單元組成，每個單元都是一個環(huán)帶，所有環(huán)帶對應于相同的圓心。環(huán)帶的平均半徑從圓心往外數(shù)呈指數(shù)式增長，理想情況下環(huán)帶的有效探測面積與環(huán)帶的平均半徑成正比。環(huán)帶的共同圓心上開了一個直徑約100微米的通孔（也有做成實心反射面的）。通孔的中心（也是環(huán)帶的圓心）位于光學系統(tǒng)的光軸上。通孔的后方斜置了一個獨立的探測器，通常被稱為“零環(huán)探測器”或“中心探測器”，而中心外的其他單元從里往外數(shù)分別稱為1環(huán)、2環(huán)、3環(huán)，……。未經(jīng)散射的光被聚焦到中心孔內(nèi)，穿過探測器陣列平面，照射到零環(huán)探測器上。
傅里葉透鏡把相同散射角的光線聚焦到探測平面相同的半徑位置上，因此每個探測單元接收到的散射光代表一個確定的散射角范圍內(nèi)散射光能的總和。未被顆粒散射的光被聚焦到中心探測器上。該探測器根據(jù)測量池中放入被測顆粒前后接收到的光信號的相對變化（稱為“遮光比或遮光度”），可以判斷待測顆粒在測量池中的濃度。顆粒濃度應該控制在適合的范圍內(nèi)，以散射信號既有足夠高的信噪比，又不會發(fā)生復散射（即入射光只被顆粒散射一次）。其他探測單元用來接收散射。散射光被探測器轉換成電信號，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集板放大和A/D轉換，變成數(shù)字信號，然后傳輸給計算機。計算機軟件根據(jù)散射光能分布計算散射顆粒的粒度分布。這個計算過程是一個求解高階、病態(tài)的線性方程組的過程，行業(yè)中通常稱為“反演過程”，具體的算法稱為“反演算法”。計算機同時還擔負整個儀器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制任務。
