專利名稱：一種多樣品池激光粒度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光粒度儀顆粒粒度測(cè)量裝置，特別涉及一種多樣品池激光粒度儀。
背景技術(shù)：
激光粒度儀已廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域，它的基本原理是當(dāng)一束激光入射到被測(cè)顆粒 樣品時(shí)，由于散射作用，入射光會(huì)偏離原入射方向，向各個(gè)方向散射。光散射的空間分布與 顆粒的大小有關(guān)。顆粒較小時(shí)，前向散射光相對(duì)較弱，在顆粒較大時(shí)前向散射光相對(duì)較強(qiáng)。 激光粒度儀就是利用該原理測(cè)量散射光在不同方向角是分布，然后根據(jù)光散射理論和反演 算法得到被測(cè)顆粒的粒度分布。圖1是經(jīng)典的激光粒度儀原理示意圖。在該光路結(jié)構(gòu)中， 樣品池置于透鏡前，被稱為傅里葉變換光路，被絕大多數(shù)激光粒度儀采用。如果將樣品池置 于透鏡后，則這樣的光路被稱為反傅里葉變換光路或倒置傅里葉變換光路。為提高激光粒度儀的粒度測(cè)量范圍，提出了多種光路布置方案。為減低激光粒度 儀的測(cè)量下限，專利01M9644. 8提出了多角度測(cè)量，在側(cè)向和后向布置了多個(gè)散射光信號(hào) 測(cè)量，可以同時(shí)測(cè)量前向、側(cè)向和后向的散射光信號(hào)，并可以消除激光束中多模式競(jìng)爭(zhēng)對(duì)測(cè) 量結(jié)果精度的影響。專利200610013967. 9提出了共軸雙探測(cè)面的光路結(jié)構(gòu)，在第1個(gè)透 鏡的焦平面上布置用于小顆粒的大角度散射測(cè)量的光探測(cè)器件，在該光電探測(cè)器件后面布 置第2個(gè)透鏡，用于匯聚透過第1個(gè)透鏡焦平面上大顆粒的小角度散射光信號(hào)，在2個(gè)透 鏡的組合焦平面上布置第2個(gè)光電探測(cè)器件，用于測(cè)量大顆粒的散射光信號(hào)。公開的專利 申請(qǐng)200810011837.0提出了一種三光束單鏡頭的光路結(jié)構(gòu)，提出一種雙光束的結(jié)構(gòu)，僅用 1個(gè)透鏡和1個(gè)光探測(cè)器件，但3個(gè)激光光束以不同角度入射到樣品池，這樣這個(gè)光探測(cè) 器件可起到即測(cè)量前向散射光信號(hào)又測(cè)量側(cè)向散射光信號(hào)的作用，擴(kuò)大了測(cè)量范圍。專利 94225544. 5提出了一種根據(jù)反傅里葉變換原理的樣品池布置在透鏡后的光路結(jié)構(gòu)，將樣品 池安裝在透鏡后不同位置上，等效于采用不同焦距的透鏡，從而達(dá)到改變測(cè)量范圍的目的。上述這些光路結(jié)構(gòu)的目的都是為了擴(kuò)大激光粒度儀的粒度測(cè)量范圍，但結(jié)構(gòu)比較 復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中要擴(kuò)大激光粒度儀的粒度測(cè)量范圍，但結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜的缺點(diǎn)，提供一種能擴(kuò)大粒度測(cè)量范圍而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的一種多樣品池激光粒度儀。本發(fā)明的基本原理本發(fā)明的目的是采用較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)擴(kuò)大激光粒度儀的粒度測(cè) 量范圍。根據(jù)光散射理論，激光粒度儀的粒度測(cè)量范圍與透鏡的焦距以及散射光信號(hào)探測(cè) 器的幾何尺寸有關(guān)。在采用散射理論計(jì)算時(shí)，可測(cè)粒度的大小可以由式(1)估算
0 = 1357, //^(1)
式中λ是激光波長(zhǎng)，/是透鏡焦距，S是光探測(cè)器的尺寸。采用較長(zhǎng)的透鏡焦距/可 以提高粒度儀的測(cè)量上限，但同時(shí)會(huì)降低測(cè)量下限。如果增大光探測(cè)器件的尺寸義可以減 低測(cè)量下限。在僅測(cè)量前向散射光信號(hào)時(shí)，受全反射的限制，最大的光散射角約等于48度。
3如果進(jìn)一步增大探測(cè)器的直徑，大于48度角的散射光將不能被光探測(cè)器接收到，也就是說 在只測(cè)量前向散射光時(shí)，進(jìn)一步增大光探測(cè)器的直徑是不起作用的。在透鏡焦距一定的情 況下，光探測(cè)器的最大直徑也就被確定了，即可測(cè)的最小顆粒粒度也就確定了。如果要降低 測(cè)量下限，就需要采用較短焦距的透鏡，但這樣將會(huì)降低顆粒粒度測(cè)量上限?；谏鲜龅陌l(fā)明原理，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多樣品池激光粒度儀，從
前向后依次排列有激光器、擴(kuò)束器、樣品池、接收透鏡和光探測(cè)器，其特點(diǎn)是，根據(jù)傅里 葉變換光路和倒置傅里葉變換光路原理，在接收透鏡的前后布置有多樣品池，光探測(cè)器件 安裝在接收透鏡的焦平面上，當(dāng)測(cè)量大粒度顆粒時(shí)，樣品顆粒放在透鏡前的樣品池上，這樣 顆粒粒度D的大小根據(jù)公式D = 1.3574f/i (1)估算，式中λ是激光波長(zhǎng)，/是透鏡焦 距，S是光探測(cè)器的尺寸，在確定的透鏡焦距/和光探測(cè)器的尺寸S力最小尺寸時(shí)，測(cè)得最 大顆粒粒度，得到多樣品池激光粒度儀測(cè)量上限；在測(cè)量小粒度顆粒時(shí)，樣品放在透鏡后的 樣品池中，根據(jù)倒置傅里葉變換光路原理，此時(shí)樣品池到光探測(cè)器間的距離等效于傅里葉 變換光路中接收透鏡的焦距，該距離小于接收透鏡的焦距，得到多樣品池激光粒度儀測(cè)量 下限。根據(jù)上述的一種多樣品池激光粒度儀，其特點(diǎn)是，在接收透鏡前置有1個(gè)樣品池， 在接收透鏡后置有兩個(gè)樣品池，其中1個(gè)樣品池布置在透鏡后距光探測(cè)器近距離處，而在 測(cè)量中等大小顆粒粒度時(shí)，樣品顆粒放入接收透鏡后距光探測(cè)器遠(yuǎn)距離處，在測(cè)量大顆粒 粒度時(shí)，則將顆粒樣品放入接收透鏡前樣品池中。本發(fā)明的有益效果是采用一種的多樣品池技術(shù)方案，用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了激光粒度 儀的粒度測(cè)量上下限。


圖1為經(jīng)典的激光粒度儀原理示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1示意圖3為實(shí)施例2示意圖； 圖4為實(shí)施例3示意圖。
具體實(shí)施例方式一種多樣品池激光粒度儀，由圖2、圖3所示，從前向后依次排列有激光器 1、擴(kuò)束器2、第一樣品池3、接收透鏡4和光探測(cè)器5，其特點(diǎn)是，根據(jù)傅里葉
變換光路和倒置傅里葉變換光路原理，在接收透鏡4的前后布置有多樣品池，光探測(cè) 器5安裝在接收透鏡4的焦平面上，當(dāng)測(cè)量大粒度顆粒時(shí)，樣品顆粒放在透鏡前的第一樣品 池3上，這樣顆粒粒度D的大小根據(jù)公式D = 1.3574/7 (1)估算，式中λ是激光波長(zhǎng)，
/是透鏡焦距，^是光探測(cè)器的尺寸，在確定的透鏡焦距/和光探測(cè)器的尺寸^力最小尺寸 時(shí)，測(cè)得最大顆粒粒度，得到多樣品池激光粒度儀測(cè)量上限；在測(cè)量小粒度顆粒時(shí)，樣品放 在透鏡后的第二樣品池7中，根據(jù)倒置傅里葉變換光路原理，此時(shí)樣品池到光探測(cè)器間的 距離等效于傅里葉變換光路中接收透鏡的焦距11，該距離小于接收透鏡的焦距8，得到多 樣品池激光粒度儀測(cè)量下限。根據(jù)上述的一種多樣品池激光粒度儀，由圖4所示，其特點(diǎn)是，在接收透鏡4前置有1個(gè)樣品池3，在接收透鏡后置有兩個(gè)樣品池7和12，其中1個(gè)樣品池12布置在接收透 鏡4后距光探測(cè)器5近距離處，而在測(cè)量中等大小顆粒粒度時(shí)，樣品顆粒放入接收透鏡4后 距光探測(cè)器5遠(yuǎn)距離處的樣品池7中，在測(cè)量大顆粒粒度時(shí)，則將顆粒樣品放入接收透鏡4 前樣品池3中。
實(shí)施例1
由圖2所示，在被測(cè)顆粒粒度較大時(shí)，顆粒樣品放入樣品池3中，激光束6入射到顆粒 樣品，散射光信號(hào)9被接收透鏡4接收后到光探測(cè)器5上被接收。由于顆粒粒度較大，散射 光信號(hào)9相對(duì)集中在前向較小散射角度10。采用較長(zhǎng)焦距8的接收透鏡4可以測(cè)得更精細(xì) 的散射光空間分布。實(shí)施例2
與例1相反，在本實(shí)施例中，由圖3所示，被測(cè)顆粒粒度較小，顆粒樣品放入樣品池7 中，匯聚的激光束6入射到顆粒樣品，散射光信號(hào)9被光探測(cè)器5接收。由于等效焦距11 較小，在采用與實(shí)施例1同樣光探測(cè)器5時(shí)，可以測(cè)得較大角度內(nèi)的散射光信號(hào)，減低了測(cè) 量下限。實(shí)施例3:
由圖4所示，由于在倒置傅里葉變換光路中透鏡焦距是固定的，而在接收透鏡后樣品 池的位置可根據(jù)不同顆粒粒度分檔來確定。因此，如果要進(jìn)一步降低測(cè)量下限，可以將1個(gè) 樣品池12布置在接收透鏡4后距光探測(cè)器5較近距離處，而在測(cè)量中等大小顆粒粒度時(shí)， 樣品可以放入透鏡后距光探測(cè)器較遠(yuǎn)距離處的樣品池7中。在測(cè)量大顆粒粒度時(shí)，則將顆 粒樣品放入接收透鏡4前樣品池3中。在本實(shí)施例中，被測(cè)顆粒的粒度比實(shí)施例2更小，顆粒樣品放入樣品池12中，匯聚 的激光束5入射到顆粒樣品，散射光信號(hào)9被光電探測(cè)器5接收。由于樣品池12的等效焦 距11小于實(shí)施例2中樣品池7的等效焦距11，在相同光探測(cè)器5時(shí)，可測(cè)粒度上限小于實(shí) 施例1和實(shí)施例2的情況，但由于有更大的散射角10，測(cè)量下限也小于實(shí)施例2的測(cè)量下 限。在該實(shí)施例中，受最大散射角10的限制，樣品池到光電探測(cè)器的最小距離應(yīng)基本等于 光探測(cè)器的尺寸，散射角10不能超過48度。
權(quán)利要求
1.一種多樣品池激光粒度儀，從前向后依次排列有激光器、擴(kuò)束器、樣品池、接收透鏡和光探測(cè)器，其特征在于，根據(jù)傅里葉變換光路和倒置傅里葉變換光路 原理，在接收透鏡的前后布置有多樣品池，光探測(cè)器件安裝在透鏡的焦平面上，當(dāng)測(cè)量 大粒度顆粒時(shí)，樣品顆粒放在透鏡前的樣品池上，這樣顆粒粒度D的大小根據(jù)公式 D = 1.3571//^ (1)估算，式中λ是激光波長(zhǎng)，/是透鏡焦距，S是光探測(cè)器的尺寸，在確定的透鏡焦距/和光探測(cè)器的尺寸^力最小尺寸時(shí)，測(cè)得最大顆粒粒度，得到多樣品池激光 粒度儀測(cè)量上限；在測(cè)量小粒度顆粒時(shí)，樣品放在透鏡后的樣品池中，根據(jù)倒置傅里葉變換 光路原理，此時(shí)樣品池到光探測(cè)器間的距離等效于傅里葉變換光路中接收透鏡的焦距，該 距離小于接收透鏡的焦距，得到多樣品池激光粒度儀測(cè)量下限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多樣品池激光粒度儀，其特征在于，在接收透鏡前置有 1個(gè)樣品池，在接收透鏡后置有兩個(gè)樣品池，其中1個(gè)樣品池布置在透鏡后距光探測(cè)器近距 離處，而在測(cè)量中等大小顆粒粒度時(shí)，樣品顆粒放入接收透鏡后距光探測(cè)器遠(yuǎn)距離處樣品 池中，在測(cè)量大顆粒粒度時(shí)，則將顆粒樣品放入接收透鏡前樣品池中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多樣品池激光粒度儀，從前向后依次排列有激光器、擴(kuò)束器、樣品池、接收透鏡和光探測(cè)器，其特點(diǎn)是，在接收透鏡的前后布置有多樣品池，光探測(cè)器件安裝在透鏡的焦平面上，當(dāng)測(cè)量大粒度顆粒時(shí)，樣品顆粒放在接收透鏡前的樣品池上，測(cè)得最大顆粒粒度，得到激光粒度儀測(cè)量上限；在測(cè)量小粒度顆粒時(shí)，樣品放在接收透鏡后的樣品池中，得到激光粒度儀測(cè)量下限。本發(fā)明的有益效果是采用一種多樣品池技術(shù)方案，用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了激光粒度儀的粒度測(cè)量上下限。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102081032SQ201010576029
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者蘇明旭, 蔡小舒 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)