CN111868503A - 通过光学衍射改善粒度 - Google Patents
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Abstract
提供一种粒度仪器，包括：样品池(10)，用于接收包括多个颗粒的样品(12)；光源(4)，被配置为利用光束(8)对样品(12)进行照射，以通过光束(8)与颗粒的相互作用而产生散射光；第一光学***(30)，包括分别被配置为将散射光的一部分***成散射光的第一部分和第二部分的第一光学元件(31)和第二光学元件(32)；第二光学***(40)，被配置为从第一光学***(30)接收散射光的第一部分和第二部分并且对散射光的第一部分和第二部分进行重新组合而在检测位置处产生干扰信号(25)；以及检测器(14)，被配置为对检测位置处的干扰信号(25)进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光学地确定粒度的仪器和方法，更具体地，通过检测来自颗粒的散射光的图案进行确定。
背景技术
基于衍射的粒度测量是表征尺寸从几毫米至亚微米的颗粒的广泛使用技术。单色光源(例如，激光)用于利用光束照射包括悬浮在流体中、被夹带在流动的空气流中、在诸如平板的光学透明的表面上重力下降或保持静止的颗粒的样品。较大的颗粒以与照射射束成较小的角度散射光，并且较小的颗粒以较大的角度散射光(更为各向同性)。
可以对散射角度范围内的散射光的强度进行检测。使用米氏散射理论可以使该衍射图案反转，以确定负责创建散射图案的颗粒的尺寸。通过这种方式确定的粒度(或粒度分布)通常具有体积等效球直径。
粒度存在下限，其中，来自颗粒的散射充分接近各向同性，以使得变得非常难以区分不同尺寸的小颗粒。可以将该下限称为瑞利(Rayleigh)极限，其中，平均粒度小于约照射光束的波长的1/10。接近并且在该极限以下，颗粒跨检测器几乎各向同性地散射入射光束，这使得非常难以区分相似尺寸的小颗粒(因为对于相似的较小颗粒，散射图案是如此的相似)。
发明内容
需要至少一些上述所述问题的解决方案。
根据本发明的第一方面，提供一种粒度仪器，包括：
样品池，用于接收包括多个颗粒的样品；
光源，被配置为利用光束照射样品，以通过光束与颗粒的相互作用而产生散射光；
第一光学***，包括分别被配置为将散射光的一部分***成散射光的第一部分和第二部分的第一光学元件和第二光学元件；
第二光学***，被配置为从第一光学***接收散射光的第一部分和第二部分，并且对散射光的第一部分和第二部分进行重新组合而在检测位置处产生干扰信号；
检测器，被配置为对检测位置处的干扰信号进行检测。
仪器可以进一步包括光学路径调节器，光学路径调节器用于相对于由散射光的第二部分采取的到检测器的第二光学路径而改变由散射光的第一部分采取的到检测器的第一光学路径，以改变检测位置处的干扰信号。
光学路径调节器可以被配置为调节第一光学元件相对于第二光学元件的位置的位置。第一光学元件和第二光学元件中的至少一个光学元件可以安装在机动平台上(例如，平移、和/或使相应光学元件旋转至少一个自由度)。
光学路径调节器可以被配置为相对于散射光的第二部分的光学路径长度而调节散射光的第一部分的光学路径长度(例如，至第二光学***)。
光学路径调节器可以包括可操作为对光学路径长度进行调节的压电致动器。
第一光学元件可以包括第一光纤的输入孔，并且第二光学元件可以包括第二光纤的输入孔。
第二光学***可以包括用于连接第一光纤和第二光纤的耦合器，以将散射光的第一部分和第二部分组合在第三光纤内。
检测器可以包括诸如雪崩光电二极管(APD)的光子计数设备。检测器可以包括单光子检测器(SPD)元件。检测器可以包括光电倍增管(PMT)。检测器可以包括过渡边缘传感器(TES)。
检测器可以包括布置在检测器焦平面中的检测器元件阵列。
第一光学***的第一元件可以被配置为接收散射光的第一部分并且调整被传送至第二光学***的散射光的第一部分的会聚性。第一光学***的第二元件可以被配置为接收散射光的第二部分并且调整被传送至第二光学***的散射光的第二部分的会聚性。
第一元件和第二元件各自可以包括会聚折射透镜元件。
第一元件和第二元件围绕照射光束可以是对称的。
第二光学***可以包括具有与检测位置(或者，对于焦平面阵列检测器，是检测焦平面)重合的焦平面的会聚折射透镜元件。
仪器可以包括处理器，处理器被配置为从指示检测位置处的干扰信号的检测器接收测量数据并且从测量数据确定粒度和/或粒度分布。
确定粒度可以包括：使用根据米氏散射理论而获得的逆散射矩阵，逆散射矩阵使多个不同散射角的散射光的强度与多个不同尺寸的颗粒的频率(即，粒度分布)相关。
确定粒度可以包括：从逆散射矩阵与光学矩阵的组合获得逆矩阵，光学矩阵表示第一光学***和第二光学***对散射光进行的变换。
光源可以包括激光或LED。光源可以是相干的。光源可以具有用于完成例如“Dynamic Light Scattering:With Applications to Chemistry,Biology,andPhysics,”Berne,B.J.,Pecora,R.,Dover(2000)中阐述的动态光散射(DLS)实验所必需的相干程度。
仪器可以被配置为通过将第一光学***和/或第二光学***中的至少一些元件移至样品与检测器之间的散射光的光学路径上而用作干涉仪或者常规非干涉光散射仪器。
根据第二方面，提供一种从包括颗粒的样品获得粒度或粒度分布的方法，包括：
利用光束照射样品，由此从光束与颗粒的相互作用产生散射光；将散射光的一部分***成散射光的第一部分和第二部分；
在检测焦平面处对散射光的第一部分和第二部分进行重新组合，以在检测焦平面处产生干涉图案；
检测焦平面处的干涉图案；
对所检测的干涉图案进行处理，以确定粒度或粒度分布。
样品可以包括下列中的至少一项：流体中悬浮的颗粒；流动的空气流中夹带的颗粒；重力下降的颗粒；以及在诸如平板的光学透明的表面上保持静止的颗粒。
通过第一光学***可以执行***，包括：
第一元件，被配置为限定与散射光的第一部分对应的第一孔；
第二元件，被配置为限定与散射光的第二部分对应的第二孔。
第一光学元件可以包括第一光纤的输入孔，并且第二光学元件可以包括第二光纤的输入孔；和/或第一光学元件可以包括第一折射会聚透镜；并且第二光学元件可以包括第二折射会聚透镜。
使用根据第一方面的仪器可以执行第二方面的方法，包括其任意可选特征。
根据第三方面，提供一种配置有软件的机器可读介质，当在合适配置的处理器上运行时，软件将使处理器通过对干扰信号进行处理而确定粒度或粒度分布，即：从根据第一方面的仪器获得，或根据第二方面的方法获得。
可以将各个方面的特征(包括光学特征)与任意其他方面的特征进行组合。
附图说明
现在，参考附图，仅以示例的方式描述实施例，其中：
图1是非干涉粒度布置的示意性例图，示出了具有接近瑞利极限的相似粒度的两个颗粒在检测器处的散射光的相似分布；
图2是干涉粒度布置的示意性例图，其中，通过第一透镜元件和第二透镜元件将散射光***成第一部分和第二部分，并且然后，通过第三透镜元件在检测器焦平面处进行重新组合；
图3是从现有技术衍射仪器获得对接近瑞利极限的相似样品的测量数据与根据实施方式的对相同相似样品的干涉测量进行比较的一组图表；
图4是示出尤其在考虑噪音时如何能够使用干涉测量对具有接近瑞利极限的相似尺寸的颗粒的干涉图案之间的差异更容易地进行区分的一组图表；
图5A是从第一方向观看的根据可替代的实施方式的干涉粒度布置的示意性例图，其中，将散射光***成第一部分和第二部分，第一部分和第二部分分别耦合至第一光纤和第二光纤，并且然后，在被导向至单一检测器元件之前，在纤维耦合器处进行重新组合；
图5B是从与第一观看方向正交的第二方向观看的图5A中的干涉粒度布置的示意性例图；并且
图6是根据第二可替代的实施方式的干涉粒度布置的示意性例图。
图7是通用干涉粒度仪器的示意性框图。
具体实施方式
参考图1，示出了现有技术粒度仪器的示意图，其中，通过以多个不同的散射角度测量散射光的强度而推断粒度，并且然后，使用米氏散射理论来确定与各个角度的散射光的分布一致的尺寸分布。
仪器包括包含样品12的样品池10。样品12包括分散在流体中的颗粒(可以是诸如水的液体或诸如空气的气体)。光源(未示出)产生照射样品12的光束8，从而使光从颗粒散射。通过折射透镜18采集在正向方向上散射的光的一部分(即，传播方向具有与照射光束传播的相同方向上的分量)并且使光的一部分聚焦在检测平面处。焦平面阵列检测器14设置在检测平面处并且检测不同散射角度的范围处的散射光强度的分布。该仪器可以进一步包括用于检测反向散射光的至少一个额外的检测器(即，传播方向具有与照射光束8的传播方向相反的方向上的分量)。检测器14包括用于使照射光束8穿过的通孔(例如，射束陷阱)，因此，仅对散射光进行检测。
可替代地或除诸如反射元件的折射元件之外，粒度仪器可以包括其他光聚焦光学器件。例如，反射元件可以是离轴定位的反射镜或多个反射镜。粒度仪器可以包括折叠光学器件。
对于接近瑞利极限的两个相似(但不同的)粒度，在检测器14处看到相似的散射图案。图1中对此进行了示意性地示出，其示出了来自具有接近瑞利极限的颗粒的第一样品的第一散射图案20和来自具有略微更大颗粒的第二样品的第二散射图案22(也接近瑞利极限)。这两种情况下的散射接近各向同性，但是，对于第一样品(相对于第二样品)，略微更为各向同性。尤其当考虑噪音时(例如，光学噪音和/或电/读出噪音)，可能难以区分各个检测角度处的强度的这种较小的差异。因此，利用使不同散射角度的范围处的散射光强度反向的仪器难以对小的颗粒进行精确的分析来确定粒度或粒度分布(例如，使用米氏理论)。
图2是根据实施方式的仪器的示意图，包括光源4、样品支持器10、第一光学***30、第二光学***40、以及检测器14。
光源4可以是产生单色相干光的激光或LED。光源4被配置为产生光束8，光束8沿着光束轴6传播通过样品12。样品支持器(或池)10包含包括分散在流体(例如，液体或气体)中的颗粒的样品12。光束8被颗粒散射而产生散射光。
第一光学***30包括第一光学元件31和第二光学元件32，限定将散射光***成第一部分和第二部分的采样孔。在本实施例中，第一光学元件31和第二光学元件32包括会聚折射光学透镜，但是，在其他实施方式中，可以使用多个透镜元件来采集散射光的第一部分和第二部分中的任一部分，并且可以使用反射元件代替折射元件。在一些实施方式中，可以使用折射元件和反射元件(和/或其他光学元件)的组合对散射光的第一部分和/或第二部分的散射光进行采样。
在本实施方式中，第一光学元件31和第二光学元件32围绕光束轴6对称地布置，但这不是必须的情况。还可以使用非对称的模式。在本实施方式中，会聚折射光学透镜各自通过其轴被定向成与光束轴6平行，但这也不是必须的情况。
除接收散射光的第一部分和第二部分之外，第一光学元件31和第二光学元件32至少还可以接收照射射束8的一部分(如图2中描述)。
将通过第一光学***30接收的光导向至第二光学***40。第二光学***40使在检测位置处对散射光进行重新组合，以从散射光的第一部分和第二部分的相长干涉或相消干涉产生干扰信号。在本实施方式中，第二光学***40包括从检测器焦平面处的散射光的第一部分与第二部分的干涉产生干涉条纹图案的聚焦透镜。第二光学***40可以限定与第二光学***40的光轴重合的检测轴。图2中的示例性实施方式的检测轴与照射轴6共线，但这不是必要的(检测轴可以与照射轴6成非零角度)。
由于第一光学******，在各个检测位置处，与第二部分相比较，对于第一部分，以特定角度从样品散射的光的光学路径长度是不同的。这导致在检测器处产生光学条纹。通过第一光学元件和第二光学元件接收的照射射束的部分聚焦在检测焦平面的同一点处。在本实施例中，照射射束聚焦在与光轴6重合的位置处。
在本实施方式中，检测器14是焦平面阵列检测器，包括位于检测器焦平面的多个不同位置处的多个检测元件。缝隙或孔16设置在检测器14中，以允许照射射束8绕过检测器14(例如，被接收在射束陷阱处)。这允许更易于对相对少量的散射光进行检测。
图2示出了检测器14处的干涉图案25。这可能与现有技术中的非干涉性仪器中的检测器处的散射光20、22的分布相反。
图3示出了具有接近瑞利极限的相似粒度的一对样品的这种差异。图表中的顶行与第一样品的散射图案20和干涉图案25对应，并且图表中的第二行与第二样品的散射图案22和干涉图案26对应。图表中的左列与从非干涉仪器获得的散射光20、22的图案对应，并且图表中的右列与检测器处的干涉图案25、26对应。每个图表示出了(y轴上)散射光的标准化强度作为检测位置的函数，且每个检测位置与具体的散射角度对应(x轴上所示，且90与和照射射束轴6平行散射的光对应，并且连续标号表示与所指示的角度对应的位置)。
粒度差导致光学条纹的间隔发生变化。干涉图案25中的光学条纹与干涉图案26中的条纹具有不同的间隔。如图4中示出的，在干涉图案的数值分析过程中，干涉图案25中的光学条纹与干涉图案26中的光学条纹的间隔差可能变得明显。
图4示出了根据现有技术(非干涉)的散射图案与使用根据实施方式的干涉仪的散射图案之间的差异。在最左侧的图表中，点线23与图3中的散射图案20、22之间的差异对应，并且实线27与图3中的干涉图案25与26之间的差异对应。相比于相似的散射图案20、22之间的差异23，能够更为易于对相似的干涉图案25、26之间的差异27进行表征。图表29中更为清晰地进行了示出，其示出了最左侧图表中所示的散射角度的更小子集。如图4中的右上方图表29a中所示，当考虑噪音时，则更为明显。
相比于两个相似的散射图案，能够更为易于对两个相似的干涉图案进行区分。这等同于改善检测器处的信噪比，即，提高仪器对小的颗粒进行分析的能力。这进而可以用于提供改善粒度的分辨率(或粒度分布)、提高粒度的准确性(具体地，对于较小的颗粒)、和/或改善较大范围的粒度表征(例如，扩大能够被表征的最小尺寸)。
第一光学***的第一元件和第二元件限定散射光的第一采样孔和第二采样孔。在一些实施方式中，例如，可以响应控制信号而经由调节机构(诸如机动平台)对采样孔进行调节。例如，通过至少使第一光学元件和第二光学元件中的一个光学元件相对于另一光学元件移动而可以对第一采样孔与第二采样孔之间的间隔进行调节。可替代地或此外，可以对至少一个采样孔的形状进行调节。可替代地或此外，可以对散射光的第一部分相对于散射光的第二部分的光学路径长度(在检测器处进行重新组合)进行调节。这可以在重新组合时对散射光的第一部分的相位(相对于散射光的第二部分的相位)进行调节。
在一些实施方式中，第一光学***可以耦合至致动器，致动器操作为将第一光学***从散射光的路径移至检测器，以使得将仪器重新配置为常规非干涉粒度仪器，并且***第一光学***而将基于常规衍射的粒度仪器重新配置成干涉仪。
第一光学***和/或第二光学***的配置的控制可以是自动的并且响应通过仪器所获得的测量数据。在测量过程中，可以响应样品条件的变化或趋势而对第一光学***的配置进行调节。例如，其示例性的应用对悬浮于空气中的干颗粒的连续过程监测。更一般地，仪器可以被重新配置为使用干涉测量来提高与所测量的样品的米氏散射最小值重合的具体检测角度处的信噪比。
图5A和图5B示出了其中照射和样品支持器通过与图2的实施方式相同的方式进行配置的可替代实施方式。图5A是从第一方向(例如，侧面)观看的干涉粒度布置的示意性例图，并且图5B是从第二方向(例如，平面)观看的干涉布置的示意性例图，其中，第一示图与第二示图彼此正交。在本实施方式中，第一光学***30中的第一元件31和第二元件32再次各自包括折射透镜。第一元件31和第二元件32的折射透镜分别使散射光耦合至第一光纤33和第二光纤34，以使得第一光学***30(限定散射光的第一部分和第二部分的采样孔)包括光纤33、34的输入孔。第一光纤中包括光学路径长度调节器35。
第一元件31的轴与第二元件32的轴可以是平行的。图5B中对第一元件轴5进行了描述。从图5B的方向观看，第一元件与第二元件的轴看似是重合的，但是，其是偏离的(如图5A中所示)。如图5B中所示，第一元件31的轴和第二元件32的轴各自与光束8和光束6成非零的角度。在穿过样品之后，进入样品的光束8的相当一部分基本不发生偏射。离开样品的光束可以被接收在光束转储7处，以防止其发生反射/散射并且构成光学噪音。第一元件31和第二元件32被配置为仅采集散射光进行检测。为清晰起见，图5A中省去了图5B中所示的光束转储7。
在变化的热环境中，或如果纤维在测量过程移动，则不能一直确保光纤34的光学稳定性。出于此原因，光学路径长度调节器可以被配合在包括光纤33的光学支路和包括光纤34的光学支路中，从而允许对两个光学支路之间的光学路径差进行更为精确的控制。
第二光学***40包括耦合器42和第三光纤45。第一光纤和第二光纤连接至耦合器42，耦合器42将散射光的第一部分和第二部分重新组合成第三光纤45。第三光纤45将被组合的散射光耦合至检测器14中，检测器14可以是诸如雪崩光电二极管的单检测器元件。
当被重新组合时，散射光的第一部分相比于散射光的第二部分的光学路径长度差OPD的调节将对第一部分与第二部分的相对相位进行调节。因此，散射光的第一部分相对于第二部分的相位的调节将跨检测器元件14对干涉图案进行扫描，由此能够使得点检测器对有效散射角度的范围进行采样。
这可能是有利的，因为雪崩光电二极管(APD)可能具有比光电二极管、电荷耦合设备、或有源像素传感器更高的量子效率(例如，在400nm-700nm的波长范围内，为80％-90％)，但是，可能比多使用几个散射角昂贵的多(例如，在阵列中，或检测两个或三个以上的散射角)。相比于通过在角度的范围内对检测器进行扫描的散射角度的调节，路径长度的调节可能更为直接。光学调制器(例如，基于压电器件)能够快速地操作(例如，>1kHz、或>10kHz)并且因此可操作为以与现代样品呈现方案可比较的时间尺度捕获衍射图案，诸如基于流体的再循环池等，并且具体地，对于基于一次性的空气的方案。
在一些实施方式中，可以将焦平面阵列检测器(例如，包括CMOS光电传感器)与至少一个APD检测器进行组合。例如，对于其中需要监测重要的米氏散射最小值的应用，例如，在具有固定(目标)粒度分布的应用中，APD检测器可以定位在与具体检测角度相关联的位置处。
图6示出了其中将聚焦光学元件9定位在光源与样品池10之间的第二可替代实施方式。聚焦光学元件9的焦点与光束转储17重合。聚焦光学元件9被配置为确保光束8不入射在第一光学***30或第二光学***40上。由此，第一元件31和第二元件32仅采集散射光进行检测。
在本实施方式中，包括第一光学***30、第二光学***40、以及检测器14的干涉粒度布置的特征可以与图5A中示出的实施方式中的特征相同，并且还可以对本实施方式应用任意可选的特征。
图7示意性地示出了根据实施方式的通用仪器，包括光源4、样品支持器12、第一光学***30、第二光学***40、检测器14、处理器60、以及光学显示设备70。
在一些实施方式中，仪器可以包括数据记录设备和反馈回路，反馈回路耦合至第一光学***30和/或第二光学***40，以确定是否需要通过仪器的光学***对初始粒度分布特征做出响应。例如，如果粒度分布的相当一部分包括具有瑞利极限、接近瑞利极限(例如，50％内)、或小于瑞利极限的尺寸的颗粒，则可以优先使用本公开的光学***进行分析(例如，优选更为典型的、非干涉散射检测布置)。如上所述，通过移除第一光学***可以产生非干涉散射检测布置。如果初始分析表示不存在具有接近瑞利极限的尺寸的颗粒，则可以优先使用非干涉散射检测布置。
如果在具体的检测器通道上检测到米氏最小值，例如，通过向第一光学元件31和/或第二光学元件32添加光学深度，则本发明的光学器件可以以具体的检测器通道为中心。可以设置光学深度，例如，可变的深度光轮、连续巴比涅补偿器、或光学路径差的替代物、以及由此包括一个或两个光学支路中的光学路径长度调节器的实施方式中的包括光纤33的光学支路与包括光纤34的光学支路之间的相位差。
如上面已经描述的，光源6利用光束照射样品支持器12，从而从位于样品支持器12上(例如，在液滴的情况下)或样品支持器12中的样品中所悬浮的颗粒产生散射光。通过第一光学***对散射光的第一部分和第二部分进行样品，第一光学***通过不同的光学路径将散射光的第一部分和第二部分传递至第二光学***。由于第一部分和第二部分的光学路径不同，第二光学***使对散射光的第一部分和第二部分进行重新组合而在检测器处产生干涉图案。通过检测器14对干涉图案或指示干涉图案的干扰信号进行检测(其可以是焦平面阵列检测器、或结合散射光的第一部分与第二部分之间的可变光学路径差的单一检测器)。
与不同散射角度对应的多个不同检测位置处的散射光s的强度通过散射矩阵A(根据米氏散射理论可以确定，见(W J.Wiscombe,Mie scattering calculations:advancesin technique and fast vector-speed computer codes,NCAR technical note,August1996))与颗粒频率在各个尺寸范围内的矢量q相关：
s＝Aq
为了从所测量的散射强度的矢量确定粒度分布，可以使用逆散射矩阵来确定粒度分布：
q＝(ATA)-1ATs
在根据实施方式的***中，考虑到第一光学***和第二光学***，对散射光应用额外的变换F。通过光学器件的数值模拟，例如，使用诸如Zemax等可商购的光学模拟软件，可以确定变换矩阵F：
s＝AFq
能够将组合的散射和光学矩阵A′定义为：
A′＝AF
然后，从下列式子可以确定粒度分布：
q＝(A′TA′)-1A′Ts
在基于非干涉衍射的粒度测量仪器(例如，Mastersizer 3000)中，能够使用散射矩阵描述散射过程：
x＝Ab
其中，x是各个检测器通道处的散射光强度的矢量，通常，A是非正方形矩阵并且b是粒度矢量。矩阵描述了颗粒对入射在测量池上的波形的影响。目标是计算PSD，因此，我们求等式(1)的逆并且求解b。
b＝A-1x
然而，在本发明的实施方式中，测量池与检测器之间存在额外的光学部件。考虑这些额外部件的一种方式可以是定义新的矩阵A′＝A+P，其中，P是额外光学器件对散射光产生的影响。
因此，根据实施方式，处理器60可以被配置为从干扰信号确定粒度和/或粒度分布。
处理器可以操作为在显示器70上显示粒度和/或粒度分布、或将从该分析中得到的数据传输至远程计算机和/或将数据记录至机器可读存储介质。
在这种情况下，尽管图示出了散射光的采样孔的二维矩阵，然而，应当认识到，这出于示出方便之目的并且并不是必须地。在一些实施方式中，可以对散射光的两个以上的部分进行采样并且然后重新组合而在检测器处产生干扰信号。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种粒度仪器，包括：
样品池，用于接收包括多个颗粒的样品；
光源，被配置为利用光束对所述样品进行照射，以通过所述光束与所述颗粒的相互作用而产生散射光；
第一光学***，包括分别被配置为将所述散射光的一部分***成散射光的第一部分和第二部分的第一光学元件和第二光学元件；
第二光学***，被配置为从所述第一光学***接收所述散射光的第一部分和第二部分，并且对所述散射光的第一部分和第二部分进行重新组合而在检测位置处产生干扰信号；
检测器，被配置为对所述检测位置处的所述干扰信号进行检测，以及
处理器，被配置为从指示所述检测位置处的所述干扰信号的所述检测器接收测量数据，并且从所述测量数据确定粒度和/或粒度分布。
2.根据权利要求1所述的仪器，进一步包括光学路径调节器，相对于由所述散射光的第二部分采取的到所述检测器的第二光学路径，所述光学路径调节器用于改变由所述散射光的第一部分采取的到所述检测器的第一光学路径，以改变所述检测位置处的所述干扰信号。
3.根据权利要求2所述的仪器，其中，所述光学路径调节器被配置为调节所述第一光学元件相对于所述第二光学元件的位置的位置。
4.根据权利要求2或3所述的仪器，其中，所述光学路径调节器被配置为相对于所述散射光的第二部分到所述第二光学***的光学路径长度而调节所述散射光的第一部分到所述第二光学***的光学路径长度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述第一光学元件包括第一光纤的输入孔，并且所述第二光学元件包括第二光纤的输入孔。
6.根据权利要求5所述的仪器，其中，所述第二光学***包括用于连接所述第一光纤和所述第二光纤的耦合器，以在光纤的长度内对所述散射光的第一部分和第二部分进行组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述检测器包括雪崩光电二极管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述检测器包括布置在检测器焦平面中的检测器元件阵列。
9.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中：
所述第一光学***的所述第一元件被配置为接收所述散射光的第一部分并且调整被传送至所述第二光学***的所述散射光的第一部分的会聚性；
所述第一光学***的所述第二元件被配置为接收所述散射光的第二部分并且调整被传送至所述第二光学***的所述散射光的第二部分的会聚性。
10.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述第一元件和所述第二元件各自包括会聚折射透镜元件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述第一元件和所述第二元件围绕所述照射光束是对称的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中：
(i)所述第二光学***包括具有与所述检测位置重合的焦平面的会聚折射透镜元件；或
(ii)所述第二光学***包括具有与所述检测位置重合的焦平面的会聚反射元件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，确定粒度包括：使用根据米氏散射理论而获得的逆散射矩阵，所述逆散射矩阵使多个不同散射角度的散射光的强度与多个不同尺寸的颗粒的分布相关。
14.根据权利要求13所述的仪器，其中，确定粒度包括：从逆散射矩阵与光学矩阵的组合获得逆矩阵，所述光学矩阵表示所述第一光学***和所述第二光学***对所述散射光进行的变换。
15.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述光源包括激光或LED。
16.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述第一元件和所述第二元件中的至少一个元件安装在机动平台上。
17.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述仪器被配置为通过将所述第一光学***和/或所述第二光学***中的至少一些元件移至所述样品与所述检测器之间的所述散射光的光学路径上而用作干涉仪或常规非干涉光散射仪器。
18.一种从包括流体中所悬浮的颗粒的样品获得粒度或粒度分布的方法，包括：
利用光束照射所述样品，由此从所述光束与所述颗粒的相互作用产生散射光；
将所述散射光的一部分***成散射光的第一部分和第二部分；
在检测焦平面处对所述散射光的第一部分和第二部分进行重新组合，以在所述检测焦平面处产生干涉图案；
检测所述焦平面处的所述干涉图案；
对所检测的干涉图案进行处理，以确定粒度或粒度分布。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过第一光学***执行***，包括：
第一元件，被配置为限定与所述散射光的第一部分对应的第一孔；
第二元件，被配置为限定与所述散射光的第二部分对应的第二孔。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述第一光学元件包括第一光纤的输入孔，并且所述第二光学元件包括第二光纤的输入孔；和/或
所述第一光学元件包括第一折射会聚透镜；并且所述第二光学元件包括第二折射会聚透镜。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，使用根据权利要求1至17中任一项所述的仪器而执行。
22.一种配置有软件的机器可读介质，当在合适配置的处理器上运行时，所述软件使所述处理器通过对干扰信号进行处理而确定粒度或粒度分布，即：从根据权利要求1至17中任一项所述的仪器获得和/或使用根据权利要求8至21中任一项的方法获得。
Claims (23)
1.一种粒度仪器，包括：
样品池，用于接收包括多个颗粒的样品；
光源，被配置为利用光束对所述样品进行照射，以通过所述光束与所述颗粒的相互作用而产生散射光；
第一光学***，包括分别被配置为将所述散射光的一部分***成散射光的第一部分和第二部分的第一光学元件和第二光学元件；
第二光学***，被配置为从所述第一光学***接收所述散射光的第一部分和第二部分，并且对所述散射光的第一部分和第二部分进行重新组合而在检测位置处产生干扰信号；
检测器，被配置为对所述检测位置处的所述干扰信号进行检测。
2.根据权利要求1所述的仪器，进一步包括光学路径调节器，相对于由所述散射光的第二部分采取的到所述检测器的第二光学路径，所述光学路径调节器用于改变由所述散射光的第一部分采取的到所述检测器的第一光学路径，以改变所述检测位置处的所述干扰信号。
3.根据权利要求2所述的仪器，其中，所述光学路径调节器被配置为调节所述第一光学元件相对于所述第二光学元件的位置的位置。
4.根据权利要求2或3所述的仪器，其中，所述光学路径调节器被配置为相对于所述散射光的第二部分到所述第二光学***的光学路径长度而调节所述散射光的第一部分到所述第二光学***的光学路径长度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述第一光学元件包括第一光纤的输入孔，并且所述第二光学元件包括第二光纤的输入孔。
6.根据权利要求5所述的仪器，其中，所述第二光学***包括用于连接所述第一光纤和所述第二光纤的耦合器，以在光纤的长度内对所述散射光的第一部分和第二部分进行组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述检测器包括雪崩光电二极管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述检测器包括布置在检测器焦平面中的检测器元件阵列。
9.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中：
所述第一光学***的所述第一元件被配置为接收所述散射光的第一部分并且调整被传送至所述第二光学***的所述散射光的第一部分的会聚性；
所述第一光学***的所述第二元件被配置为接收所述散射光的第二部分并且调整被传送至所述第二光学***的所述散射光的第二部分的会聚性。
10.根据权利要求9所述的仪器，其中，所述第一元件和所述第二元件各自包括会聚折射透镜元件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述第一元件和所述第二元件围绕所述照射光束是对称的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中：
(i)所述第二光学***包括具有与所述检测位置重合的焦平面的会聚折射透镜元件；或
(ii)所述第二光学***包括具有与所述检测位置重合的焦平面的会聚反射元件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，进一步包括处理器，所述处理器被配置为从指示所述检测位置处的所述干扰信号的所述检测器接收测量数据并且从所述测量数据确定粒度和/或粒度分布。
14.根据权利要求13所述的仪器，其中，确定粒度包括：使用根据米氏散射理论而获得的逆散射矩阵，所述逆散射矩阵使多个不同散射角度的散射光的强度与多个不同尺寸的颗粒的分布相关。
15.根据权利要求14所述的仪器，其中，确定粒度包括：从逆散射矩阵与光学矩阵的组合获得逆矩阵，所述光学矩阵表示所述第一光学***和所述第二光学***对所述散射光进行的变换。
16.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述光源包括激光或LED。
17.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述第一元件和所述第二元件中的至少一个元件安装在机动平台上。
18.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其中，所述仪器被配置为通过将所述第一光学***和/或所述第二光学***中的至少一些元件移至所述样品与所述检测器之间的所述散射光的光学路径上而用作干涉仪或常规非干涉光散射仪器。
19.一种从包括流体中所悬浮的颗粒的样品获得粒度或粒度分布的方法，包括：
利用光束照射所述样品，由此从所述光束与所述颗粒的相互作用产生散射光；
将所述散射光的一部分***成散射光的第一部分和第二部分；
在检测焦平面处对所述散射光的第一部分和第二部分进行重新组合，以在所述检测焦平面处产生干涉图案；
检测所述焦平面处的所述干涉图案；
对所检测的干涉图案进行处理，以确定粒度或粒度分布。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，通过第一光学***执行***，包括：
第一元件，被配置为限定与所述散射光的第一部分对应的第一孔；
第二元件，被配置为限定与所述散射光的第二部分对应的第二孔。
21.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述第一光学元件包括第一光纤的输入孔，并且所述第二光学元件包括第二光纤的输入孔；和/或
所述第一光学元件包括第一折射会聚透镜；并且所述第二光学元件包括第二折射会聚透镜。
22.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，使用根据权利要求1至18中任一项所述的仪器而执行。
23.一种配置有软件的机器可读介质，当在合适配置的处理器上运行时，所述软件使所述处理器通过对干扰信号进行处理而确定粒度或粒度分布，即：从根据权利要求1至18中任一项所述的仪器获得和/或使用根据权利要求19至22中任一项的方法获得。
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