CN102081032A

CN102081032A - 一种多样品池激光粒度仪

Info

Publication number: CN102081032A
Application number: CN 201010576029
Authority: CN
Inventors: 蔡小舒; 苏明旭
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-06-01

Abstract

本发明公开了一种多样品池激光粒度仪，从前向后依次排列有激光器、扩束器、样品池、接收透镜和光探测器，其特点是，在接收透镜的前后布置有多样品池，光探测器件安装在透镜的焦平面上，当测量大粒度颗粒时，样品颗粒放在接收透镜前的样品池上，测得最大颗粒粒度，得到激光粒度仪测量上限；在测量小粒度颗粒时，样品放在接收透镜后的样品池中，得到激光粒度仪测量下限。本发明的有益效果是采用一种多样品池技术方案，用简单结构扩大了激光粒度仪的粒度测量上下限。

Description

一种多样品池激光粒度仪

技术领域

本发明涉及一种激光粒度仪颗粒粒度测量装置，特别涉及一种多样品池激光粒度仪。

背景技术

激光粒度仪已广泛应用在许多领域，它的基本原理是当一束激光入射到被测颗粒样品时，由于散射作用，入射光会偏离原入射方向，向各个方向散射。光散射的空间分布与颗粒的大小有关。颗粒较小时，前向散射光相对较弱，在颗粒较大时前向散射光相对较强。激光粒度仪就是利用该原理测量散射光在不同方向角是分布，然后根据光散射理论和反演算法得到被测颗粒的粒度分布。图1 是经典的激光粒度仪原理示意图。在该光路结构中，样品池置于透镜前，被称为傅里叶变换光路，被绝大多数激光粒度仪采用。如果将样品池置于透镜后，则这样的光路被称为反傅里叶变换光路或倒置傅里叶变换光路。

为提高激光粒度仪的粒度测量范围，提出了多种光路布置方案。为减低激光粒度仪的测量下限，专利01249644.8提出了多角度测量，在侧向和后向布置了多个散射光信号测量，可以同时测量前向、侧向和后向的散射光信号，并可以消除激光束中多模式竞争对测量结果精度的影响。专利200610013967.9提出了共轴双探测面的光路结构，在第1个透镜的焦平面上布置用于小颗粒的大角度散射测量的光探测器件，在该光电探测器件后面布置第2个透镜，用于汇聚透过第1个透镜焦平面上大颗粒的小角度散射光信号，在2个透镜的组合焦平面上布置第2个光电探测器件，用于测量大颗粒的散射光信号。公开的专利申请200810011837.0提出了一种三光束单镜头的光路结构，提出一种双光束的结构，仅用1个透镜和1个光探测器件，但3个激光光束以不同角度入射到样品池，这样这个光探测器件可起到即测量前向散射光信号又测量侧向散射光信号的作用，扩大了测量范围。专利94225544.5提出了一种根据反傅里叶变换原理的样品池布置在透镜后的光路结构，将样品池安装在透镜后不同位置上，等效于采用不同焦距的透镜，从而达到改变测量范围的目的。

上述这些光路结构的目的都是为了扩大激光粒度仪的粒度测量范围，但结构比较复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中要扩大激光粒度仪的粒度测量范围，但结构比较复杂的缺点，提供一种能扩大粒度测量范围而结构简单的一种多样品池激光粒度仪。

本发明的基本原理：本发明的目的是采用较简单的结构扩大激光粒度仪的粒度测量范围。根据光散射理论，激光粒度仪的粒度测量范围与透镜的焦距以及散射光信号探测器的几何尺寸有关。在采用散射理论计算时，可测粒度的大小可以由式（1）估算：

Figure 2010105760296100002DEST_PATH_IMAGE002

（1）

式中λ是激光波长，f是透镜焦距，S是光探测器的尺寸。采用较长的透镜焦距f可以提高粒度仪的测量上限，但同时会降低测量下限。如果增大光探测器件的尺寸S，可以减低测量下限。在仅测量前向散射光信号时，受全反射的限制，最大的光散射角约等于48度。如果进一步增大探测器的直径，大于48度角的散射光将不能被光探测器接收到，也就是说在只测量前向散射光时，进一步增大光探测器的直径是不起作用的。在透镜焦距一定的情况下，光探测器的最大直径也就被确定了，即可测的最小颗粒粒度也就确定了。如果要降低测量下限，就需要采用较短焦距的透镜，但这样将会降低颗粒粒度测量上限。

基于上述的发明原理，本发明的技术方案是：一种多样品池激光粒度仪，从

前向后依次排列有激光器、扩束器、样品池、接收透镜和光探测器，其特点是，根据傅里叶变换光路和倒置傅里叶变换光路原理，在接收透镜的前后布置有多样品池，光探测器件安装在接收透镜的焦平面上，当测量大粒度颗粒时，样品颗粒放在透镜前的样品池上，这样颗粒粒度D的大小根据公式：（1）估算，式中：λ是激光波长，f是透镜焦距，S是光探测器的尺寸，在确定的透镜焦距f和光探测器的尺寸S为最小尺寸时，测得最大颗粒粒度，得到多样品池激光粒度仪测量上限；在测量小粒度颗粒时，样品放在透镜后的样品池中，根据倒置傅里叶变换光路原理，此时样品池到光探测器间的距离等效于傅里叶变换光路中接收透镜的焦距，该距离小于接收透镜的焦距，得到多样品池激光粒度仪测量下限。

根据上述的一种多样品池激光粒度仪，其特点是，在接收透镜前置有1个样品池，在接收透镜后置有两个样品池，其中1个样品池布置在透镜后距光探测器近距离处，而在测量中等大小颗粒粒度时，样品颗粒放入接收透镜后距光探测器远距离处，在测量大颗粒粒度时，则将颗粒样品放入接收透镜前样品池中。

本发明的有益效果是采用一种的多样品池技术方案，用简单结构扩大了激光粒度仪的粒度测量上下限。

附图说明

图1为经典的激光粒度仪原理示意图；

图2为本发明实施例1示意图；

图3为实施例2示意图；

图4为实施例3示意图。

具体实施方式

一种多样品池激光粒度仪，由图2、图3所示，从前向后依次排列有激光器

1、扩束器2、第一样品池3、接收透镜4和光探测器5，其特点是，根据傅里叶

变换光路和倒置傅里叶变换光路原理，在接收透镜4的前后布置有多样品池，光探测器5安装在接收透镜4的焦平面上，当测量大粒度颗粒时，样品颗粒放在透镜前的第一样品池3上，这样颗粒粒度D的大小根据公式：

（1）估算，式中：λ是激光波长，f是透镜焦距，S是光探测器的尺寸，在确定的透镜焦距f和光探测器的尺寸S为最小尺寸时，测得最大颗粒粒度，得到多样品池激光粒度仪测量上限；在测量小粒度颗粒时，样品放在透镜后的第二样品池7中，根据倒置傅里叶变换光路原理，此时样品池到光探测器间的距离等效于傅里叶变换光路中接收透镜的焦距11，该距离小于接收透镜的焦距8，得到多样品池激光粒度仪测量下限。

根据上述的一种多样品池激光粒度仪，由图4所示，其特点是，在接收透镜4前置有1个样品池3，在接收透镜后置有两个样品池7和12，其中1个样品池12布置在接收透镜4后距光探测器5近距离处，而在测量中等大小颗粒粒度时，样品颗粒放入接收透镜4后距光探测器5远距离处的样品池7中，在测量大颗粒粒度时，则将颗粒样品放入接收透镜4前样品池3中。

实施例1：

由图2所示，在被测颗粒粒度较大时，颗粒样品放入样品池3中，激光束6入射到颗粒样品，散射光信号9被接收透镜4接收后到光探测器5上被接收。由于颗粒粒度较大，散射光信号9相对集中在前向较小散射角度10。采用较长焦距8的接收透镜4可以测得更精细的散射光空间分布。

实施例2 ：

与例1相反，在本实施例中，由图3所示，被测颗粒粒度较小，颗粒样品放入样品池7中，汇聚的激光束6入射到颗粒样品，散射光信号9被光探测器5接收。由于等效焦距11较小，在采用与实施例1同样光探测器5时，可以测得较大角度内的散射光信号，减低了测量下限。

实施例3：

由图4所示，由于在倒置傅里叶变换光路中透镜焦距是固定的，而在接收透镜后样品池的位置可根据不同颗粒粒度分档来确定。因此，如果要进一步降低测量下限，可以将1个样品池12布置在接收透镜4后距光探测器5较近距离处，而在测量中等大小颗粒粒度时，样品可以放入透镜后距光探测器较远距离处的样品池7中。在测量大颗粒粒度时，则将颗粒样品放入接收透镜4前样品池3中。

在本实施例中，被测颗粒的粒度比实施例2更小，颗粒样品放入样品池12中，汇聚的激光束5入射到颗粒样品，散射光信号9被光电探测器5接收。由于样品池12的等效焦距11小于实施例2中样品池7的等效焦距11，在相同光探测器5时，可测粒度上限小于实施例1 和实施例2的情况，但由于有更大的散射角10，测量下限也小于实施例2的测量下限。在该实施例中，受最大散射角10的限制，样品池到光电探测器的最小距离应基本等于光探测器的尺寸，散射角10不能超过48度。

Claims

1.一种多样品池激光粒度仪，从前向后依次排列有激光器、扩束器、样品池、

接收透镜和光探测器，其特征在于，根据傅里叶变换光路和倒置傅里叶变换光路原理，在接收透镜的前后布置有多样品池，光探测器件安装在透镜的焦平面上，当测量大粒度颗粒时，样品颗粒放在透镜前的样品池上，这样颗粒粒度D的大小根据公式：

（1）估算，式中：λ是激光波长，f是透镜焦距，S是光探测器的尺寸，在确定的透镜焦距f和光探测器的尺寸S为最小尺寸时，测得最大颗粒粒度，得到多样品池激光粒度仪测量上限；在测量小粒度颗粒时，样品放在透镜后的样品池中，根据倒置傅里叶变换光路原理，此时样品池到光探测器间的距离等效于傅里叶变换光路中接收透镜的焦距，该距离小于接收透镜的焦距，得到多样品池激光粒度仪测量下限。

2.根据权利要求1所述的一种多样品池激光粒度仪，其特征在于，在接收透镜前置有1个样品池，在接收透镜后置有两个样品池，其中1个样品池布置在透镜后距光探测器近距离处，而在测量中等大小颗粒粒度时，样品颗粒放入接收透镜后距光探测器远距离处样品池中，在测量大颗粒粒度时，则将颗粒样品放入接收透镜前样品池中。