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激光粒度儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)詳解
發(fā)布日期:2020-07-23 瀏覽次數(shù):3165
當(dāng)前,激光粒度儀在顆粒表征中的應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域則包含了學(xué)術(shù)研究機構(gòu),技術(shù)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(xué)結(jié)構(gòu)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(fù)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(zhuǎn)換成電信號,再經(jīng)數(shù)據(jù)采集板放大和A/D轉(zhuǎn)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(dān)負整個儀器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制任務(wù)。