專利名稱：基于線陣ccd的顆粒粒徑分布測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粒徑測量技術(shù)，尤其涉及一種基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量
直O(jiān)
背景技術(shù)：
顆粒粒徑分布測量技術(shù)在許多工程與科學(xué)領(lǐng)域有許多重要應(yīng)用?；陬w粒前向光散射特性的激光粒徑測量技術(shù)具有無接觸、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。散射光信號的有效測量是一個重要研究方向。相比于傳統(tǒng)二極管探測器，線陣CCD的單元像素小，數(shù)目多，適合高精度和便攜式測量，而且線陣CCD產(chǎn)品化程度比較高，可以有效降低產(chǎn)品成本?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于線陣CCD的動態(tài)范圍比扇形或環(huán)形探測器陣列要低很多，所以信噪比比較差，而且中心未被散射的入射光線容易引起線陣C⑶的飽和，這些都限制了線陣CCD在前向散射光探測上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種體積小、成本低、測量精度高、速度快、工作穩(wěn)定的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的基于線陣C⑶的顆粒粒徑分布測量裝置，包括激光光源模塊、樣品池、 4-f透鏡組濾波模塊、匯聚透鏡、區(qū)域強度衰減模塊、線陣(XD、信號采集和處理模塊，所述樣品池用于放置待測顆粒群；所述激光光源模塊射出的光線透過所述樣品池后，散射光線和未被散射的入射光線均進入所述4-f透鏡組濾波模塊，經(jīng)所述4-f透鏡組濾波模塊過濾后的散射光線經(jīng)所述匯聚透鏡聚焦后進入所述區(qū)域強度衰減模塊，經(jīng)所述區(qū)域強度衰減模塊進行局部衰減后的散射光線進入所述線陣CCD，所述線陣CCD將接收到的散射光線轉(zhuǎn)換為電信號后進入所述信號采集和處理模塊，所述信號采集和處理模塊實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，由于激光光源模塊射出的光線透過樣品池后，散射光線和未被散射的入射光線均進入4-f透鏡組濾波模塊，經(jīng)4-f透鏡組濾波模塊過濾后的散射光線經(jīng)匯聚透鏡聚焦后進入?yún)^(qū)域強度衰減模塊，經(jīng)區(qū)域強度衰減模塊進行局部衰減后的散射光線進入線陣 CCD,線陣CCD將接收到的散射光線轉(zhuǎn)換為電信號后進入信號采集和處理模塊。能夠消除未被顆粒散射的入射激光引起的探測信號飽和，能夠區(qū)域衰減信號，增強線陣CCD的動態(tài)范圍，有效提高前向散射光測量信號的信噪比，具有體積小、成本低、測量精度高、速度快、工作穩(wěn)定的優(yōu)點，可實現(xiàn)便攜化，適合在線測量和野外作業(yè)。


圖1為本發(fā)明實施例提供的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中的區(qū)域強度衰減模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中信號采集和處理模塊的示意框圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。本發(fā)明的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其較佳的具體實施方式
如圖1 所示包括激光光源模塊、樣品池、4_f透鏡組濾波模塊、匯聚透鏡、區(qū)域強度衰減模塊、 線陣(XD、信號采集和處理模塊，所述樣品池用于放置待測顆粒群；所述激光光源模塊射出的光線透過所述樣品池后，散射光線和未被散射的入射光線均進入所述4-f透鏡組濾波模塊，經(jīng)所述4-f透鏡組濾波模塊過濾后的散射光線經(jīng)所述匯聚透鏡聚焦后進入所述區(qū)域強度衰減模塊，經(jīng)所述區(qū)域強度衰減模塊進行局部衰減后的散射光線進入所述線陣CCD，所述線陣CCD將接收到的散射光線轉(zhuǎn)換為電信號后進入所述信號采集和處理模塊，所述信號采集和處理模塊實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示。所述激光光源模塊包括順序布置的激光器、光束擴束器、濾波光欄和偏振片，所述激光器為固體激光器、半導(dǎo)體激光器或者氣體激光器。所述待測顆粒可以懸浮在裝有溶劑的比色皿中或噴灑并懸浮在空中。所述4-f透鏡組濾波模塊包括焦距相同的第一透鏡和第二透鏡，還包括反射鏡， 所述第一透鏡與第二透鏡之間的距離等于兩倍焦距，反射鏡的中心位于第一個透鏡的焦平面位置且反射鏡傾角為45°，第一透鏡至第二透鏡系統(tǒng)光軸轉(zhuǎn)向90° ；如圖2所示，所述反射鏡的中心區(qū)域透光，其它區(qū)域反射光線。所述反射鏡的中心區(qū)域的半徑為0. lmm-0. 5mm。如圖3所示，所述區(qū)域強度衰減模塊包括光學(xué)玻璃基板和偏振薄膜，所述偏振薄膜貼附在玻璃基板上，并覆蓋一半的玻璃基板，所述偏振薄膜的檢偏方向與入射激光的偏振方向夾角為70° -80°。所述偏振薄膜偏振衰減引起的透射率為0. 03-0. 1。所述線陣CCD方向垂直或者平行與入射激光偏振方向，并處在所述匯聚透鏡的焦平面上，線陣C⑶的中心處于系統(tǒng)光軸中心處。如圖4所示，所述信號采集和處理模塊包括驅(qū)動電路、微處理器、顯示屏；所述驅(qū)動電路完成信號放大的功能；所述微處理器包括用于模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集卡，還包括用于控制信號采集和計算粒徑分布的軟件程序；所述顯示屏用于顯示測量數(shù)據(jù)和粒徑分布結(jié)果。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、成本低，適合于在線和便攜化測量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于能夠消除未被顆粒散射的入射激光引起的探測信號飽和；能夠區(qū)域衰減信號，增強線陣CCD的動態(tài)范圍，有效提高前向散射光測量信號的信噪比；偏振薄膜用于偏振衰減，有效降低了成本；測量裝置具有體積小、成本低、測量精度高、速度快、工作穩(wěn)定的優(yōu)點，本裝置可實現(xiàn)便攜化，適合在線測量和野外作業(yè)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細敘述。參照圖1，該顆粒粒徑分布測量裝置包括激光光源模塊16、樣品池5、4_f透鏡組濾波模塊17、匯聚透鏡12、區(qū)域強度衰減模塊13、線陣CCD14、信號采集和處理模塊15。激光器1發(fā)出窄光束，經(jīng)過光束擴束器2、濾波光欄3和偏振片4后，實現(xiàn)激光擴束和雜散光濾除。經(jīng)處理的光線通過包含待測顆粒的樣品池5，出射光線包括了能夠反映粒徑分布信息的散射光線6和未被散射的入射光線7。這兩種光線進入由第一透鏡9、反射鏡10和第二透鏡11構(gòu)成的4-f透鏡組濾波模塊17，第一透鏡9和第二透鏡11的焦距相同，間距為兩倍焦距，反射鏡10中心放在中間位置，即處在第一透鏡9的焦平面，同時反射鏡10傾斜45°，系統(tǒng)光軸8偏折90°。如圖2所示，示意性給出了反射鏡10的鍍膜結(jié)構(gòu)，整個表面分為鍍膜區(qū)18(反射光線的其它區(qū)域)和非鍍膜區(qū)19 (透光的中心區(qū)域)。未被散射的入射光線7直接通過非鍍膜區(qū)19，能夠反映粒徑分布的散射光線6被鍍膜區(qū)18反射，實現(xiàn)了兩種光線的分離。經(jīng)過4-f系統(tǒng)濾波的散射光線6被緊貼第二透鏡11之后的匯聚透鏡12收集，并進行傅里葉變換，同一角度的散射光將聚焦在焦平面上同一位置。區(qū)域強度衰減模塊13用于解決小角度和大角度的散射光線強度高對比度問題。如圖3所示，示意性地給出了區(qū)域強度衰減模塊的結(jié)構(gòu)，玻璃基板20的透光性好， 偏振薄膜21粘貼在玻璃基板20表面一半的區(qū)域。由于在平行或垂直于入射激光偏振方向的散射光場偏振態(tài)是相同的，從而保證光軸一側(cè)A區(qū)光強透射率t = 0. 03-0. 1，另外一側(cè)B 區(qū)的光強不被衰減。局域衰減的光線被鏡焦平面上的(XD14吸收，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，光軸在(XD14上， CCD14的中心在光軸附近，線陣CCD方向垂直或者平行入射激光偏振方向。信號采集和處理模塊15實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示。如圖4所示，示意性給出了測量裝置嵌入式信號處理模塊框圖，電信號經(jīng)過驅(qū)動電路的信號放大等處理后，被數(shù)據(jù)采集卡采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)光軸在線陣CCD上的位置計算各點對應(yīng)的散射光強IJ θ )，處在A區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)被除以透射率t修正。設(shè)定強度閾值為飽和信號的0. 9倍，B區(qū)域高于閾值的數(shù)據(jù)被等角度的A區(qū)域數(shù)據(jù)代替，最終獲得整個角度范圍的強度數(shù)據(jù)I ( θ )。第i個像素對應(yīng)的角度為θ i，對應(yīng)的散射光強Ii由下式表示
權(quán)利要求
1.一種基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，包括激光光源模塊、樣品池、4-f透鏡組濾波模塊、匯聚透鏡、區(qū)域強度衰減模塊、線陣(XD、信號采集和處理模塊，所述樣品池用于放置待測顆粒群；所述激光光源模塊射出的光線透過所述樣品池后，散射光線和未被散射的入射光線均進入所述4-f透鏡組濾波模塊，經(jīng)所述4-f透鏡組濾波模塊過濾后的散射光線經(jīng)所述匯聚透鏡聚焦后進入所述區(qū)域強度衰減模塊，經(jīng)所述區(qū)域強度衰減模塊進行局部衰減后的散射光線進入所述線陣CCD，所述線陣CCD將接收到的散射光線轉(zhuǎn)換為電信號后進入所述信號采集和處理模塊，所述信號采集和處理模塊實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述激光光源模塊包括順序布置的激光器、光束擴束器、濾波光欄和偏振片，所述激光器為固體激光器、半導(dǎo)體激光器或者氣體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述待測顆粒懸浮在裝有溶劑的比色皿中或噴灑并懸浮在空中。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的基于線陣CXD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述4-f透鏡組濾波模塊包括焦距相同的第一透鏡和第二透鏡，還包括反射鏡，所述第一透鏡與第二透鏡之間的距離等于兩倍焦距，反射鏡的中心位于第一個透鏡的焦平面位置且反射鏡傾角為45°，第一透鏡至第二透鏡系統(tǒng)光軸轉(zhuǎn)向90° ；所述反射鏡的中心區(qū)域透光，其它區(qū)域反射光線。
5.根據(jù)權(quán)利4所述的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述反射鏡的中心區(qū)域的半徑為0. lmm-0. 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述區(qū)域強度衰減模塊包括光學(xué)玻璃基板和偏振薄膜，所述偏振薄膜貼附在玻璃基板上，并覆蓋一半的玻璃基板，所述偏振薄膜的檢偏方向與入射激光的偏振方向夾角為70° -80°。
7.根據(jù)權(quán)利6所述的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述偏振薄膜偏振衰減引起的透射率為0. 03-0. 1。
8.根據(jù)權(quán)利1所述的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述線陣 CCD方向垂直或者平行于入射激光偏振方向，并處在所述匯聚透鏡的焦平面上，線陣CCD的中心處于系統(tǒng)光軸中心處。
9.根據(jù)權(quán)利1所述的基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，其特征在于，所述信號采集和處理模塊包括驅(qū)動電路、微處理器、顯示屏；所述驅(qū)動電路完成信號放大的功能；所述微處理器包括用于模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集卡，還包括用于控制信號采集和計算粒徑分布的軟件程序；所述顯示屏用于顯示測量數(shù)據(jù)和粒徑分布結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于線陣CCD的顆粒粒徑分布測量裝置，包括激光光源模塊、樣品池、4-f透鏡組濾波模塊、匯聚透鏡、區(qū)域強度衰減模塊、線陣CCD、信號采集和處理模塊。4-f透鏡組濾波模塊能夠消除未被顆粒散射的入射激光引起的探測信號飽和，區(qū)域強度衰減模塊能夠區(qū)域衰減信號，增強線陣CCD的動態(tài)范圍，有效提高前向散射光測量信號的信噪比，具有體積小、成本低、測量精度高、速度快、工作穩(wěn)定的優(yōu)點，可實現(xiàn)便攜化，適合在線測量和野外作業(yè)。
文檔編號G01N15/02GK102288523SQ201110202649
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者徐勝利, 明海, 楊福桂, 王安廷 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)