一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法及裝置，測(cè)量步驟包括：首先將激光二極管發(fā)出的發(fā)散光束直接照射到樣品池溶液中的納米顆粒，獲得自混頻信號(hào)，所述自混頻信號(hào)包含所述納米顆粒粒徑信息；然后將所述自混頻信號(hào)轉(zhuǎn)變，獲得由M個(gè)不同頻率處的功率組成的功率譜；最后將所述功率譜處理得到所述納米顆粒粒徑分布列向量X。測(cè)量裝置包括：激光器、樣品池、跨阻放大電路和多通道真有效值轉(zhuǎn)換電路。采用發(fā)散光束直接照射樣品池，極大地簡(jiǎn)化了光學(xué)結(jié)構(gòu)，有效地防止光學(xué)器件界面的反射對(duì)自混頻信號(hào)的干擾。采用多通道真有效值轉(zhuǎn)換電路處理信號(hào)，降低對(duì)數(shù)據(jù)采集速度、數(shù)據(jù)采集量、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量和數(shù)據(jù)處理量等方面的要求，可實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。
【專利說明】一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米顆粒粒徑分布測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種無需外置光學(xué)器件的激光 自混頻納米顆粒粒徑分布的快速測(cè)量方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，激光自混頻技術(shù)在納米顆粒粒徑測(cè)量領(lǐng)域備受關(guān)注，歸咎于如下優(yōu)點(diǎn)：
[0003] 1、采用后向散射信號(hào)可有效避免大顆粒的影響、復(fù)散射效應(yīng)等。
[0004] 2、采用自混頻信號(hào)放大技術(shù)，極大降低了對(duì)探測(cè)器靈敏度的要求、避免雜散光影 響和激光本身頻率漂移的影響。
[0005] 3、測(cè)量裝置無需復(fù)雜光路實(shí)現(xiàn)光的時(shí)間和空間相干條件、無需相關(guān)器和光電倍增 管提高探測(cè)靈敏度，相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可望應(yīng)用于在線實(shí)時(shí)測(cè)量場(chǎng)合。
[0006] 迄今為止，激光自混頻測(cè)量方法及裝置仍需借助若干個(gè)光學(xué)器件將激光傳輸至樣 品池中納米顆粒上。激光自混頻對(duì)外界光反饋非常敏感，反饋光一方面來自于納米顆粒微 弱的后向散射光，另一方面來自光學(xué)器件界面的反射。為了盡可能減小后者的干擾，對(duì)光學(xué) 器件本身以及彼此的耦合需提出更高的要求，另外，光學(xué)器件易被污染、易被損壞、高質(zhì)量 光學(xué)器件本身的高成本。以上諸多問題限制了顆粒粒徑測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)激光自混頻技術(shù)的廣泛 應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的之一在于建立一個(gè)無需外置光學(xué)器件的激光自混頻納米顆粒粒徑的 快速測(cè)量裝置及方法，本發(fā)明極大地簡(jiǎn)化了測(cè)量裝置，操作簡(jiǎn)單、測(cè)量快速、精確。
[0008] 本發(fā)明提供一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法，方法步驟如下：
[0009]S1 :將激光二極管發(fā)出的發(fā)散光束直接照射到樣品池溶液中的納米顆粒，獲得自 混頻信號(hào)；
[0010] S2 :將所述自混頻信號(hào)轉(zhuǎn)變，獲得由M個(gè)不同頻率處的功率組成的功率譜；
[0011] S3 :將所述功率譜處理得到所述納米顆粒粒徑分布列向量X。
[0012] 步驟S1具體包括：所述納米顆粒被所述發(fā)散光束照射后產(chǎn)生后向散射光，所述后 向散射光返回進(jìn)入所述激光二極管的激光諧振腔內(nèi)，與所述激光諧振腔內(nèi)的原始光發(fā)生自 混頻并產(chǎn)生自混頻信號(hào)，所述自混頻信號(hào)包含所述納米顆粒粒徑的信息。
[0013] 步驟S2具體包括：
[0014] 所述自混頻信號(hào)從激光腔后端面射出，經(jīng)光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)；
[0015] 所述電流信號(hào)經(jīng)跨阻放大電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，然后并行送入多通道真有效值轉(zhuǎn) 換電路，并得到M個(gè)不同頻率處的信號(hào)真有效值；
[0016] 所述信號(hào)真有效值被A/D采集卡采樣送入計(jì)算機(jī)中，獲得M個(gè)不同頻率處的功率， 所述功率組成功率譜，可表示為：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法，其特征在于，方法步驟如下： 51 :將激光二極管發(fā)出的發(fā)散光束直接照射到樣品池中的納米顆粒，獲得自混頻信 號(hào)； 52 :將所述自混頻信號(hào)轉(zhuǎn)變，獲得由M個(gè)不同頻率處功率組成的功率譜； 53 :將所述功率譜處理得到所述納米顆粒粒徑分布列向量X。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法，其特征在 于，步驟Sl具體包括：所述納米顆粒被所述發(fā)散光束照射后產(chǎn)生后向散射光，所述后向散 射光返回進(jìn)入所述激光二極管的激光諧振腔內(nèi)，與所述激光諧振腔內(nèi)的原始光發(fā)生自混頻 并產(chǎn)生自混頻信號(hào)，所述自混頻信號(hào)包含所述納米顆粒粒徑的信息。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法，其特征在 于，步驟S2具體包括： 所述自混頻信號(hào)從激光腔后端面射出，經(jīng)光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)； 所述電流信號(hào)經(jīng)跨阻放大電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，然后并行送入多通道真有效值轉(zhuǎn)換電 路，并得到M個(gè)不同頻率處的信號(hào)真有效值； 所述信號(hào)真有效值被A/D采集卡采樣送入計(jì)算機(jī)中，獲得M個(gè)不同頻率處的功率，所述 功率組成功率譜，可表示為：
其中，i是頻率通道號(hào)（i= 1，2，···，M)，M是通道總數(shù)；j是顆粒粒徑分檔號(hào)（j= 1，2,…，N)，N是顆粒粒徑分檔總數(shù)是第j檔顆粒粒徑平均值；△h是第j檔粒徑的分 檔寬度；q是散射矢量的值；h是第j檔粒徑的顆粒擴(kuò)散系數(shù)，包含了納米顆粒粒徑^的信 息；積分變量ω是與布朗運(yùn)動(dòng)有關(guān)的角頻率；氏（Qcu,ω)是第i通道帶通濾波器的頻率響 應(yīng)函數(shù)，該通道帶通濾波器的中心頻率為Wcu，適用于各階無源和有源濾波器；p(Xj)是第 j檔粒徑的顆粒分布函數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量方法，其特征 在于，步驟S3具體包括： 首先將所述公式（1)轉(zhuǎn)變成矩陣，得到： S~KX 其中，功率譜分布列向量S為一組測(cè)量量，由所述自混頻信號(hào)經(jīng)所述跨阻放大 電路和所述多通道真有效值轉(zhuǎn)換電路處理得到，系數(shù)矩陣K根據(jù)所述公式⑴中
計(jì)算得到； 然后求解矩陣方程SOCΚΧ，獲得所述納米顆粒粒徑分布列向量X。
5. -種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置包括激光器、 樣品池、跨阻放大電路和多通道真有效值轉(zhuǎn)換電路，所述激光器包括激光二極管和置于其 后的光電檢測(cè)器，所述多通道真有效值轉(zhuǎn)換電路為M路由緩沖器、不同中心頻率的帶通濾 波器和真有效值轉(zhuǎn)換器串聯(lián)而成的電路，所述激光二極管發(fā)出的發(fā)散光束直接照射樣品池 中的納米顆粒，產(chǎn)生自混頻信號(hào)并被光電檢測(cè)器接收，所述光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)跨阻 放大電路放大后，并行送入所述多通道真有效值轉(zhuǎn)換電路，得到M個(gè)不同頻率處的信號(hào)真 有效值，被A/D采集卡采樣，最終得到信號(hào)的功率譜。
6.如權(quán)利要求5所述的一種激光自混頻納米顆粒粒徑分布快速測(cè)量裝置，其特征在 于，所述激光器緊貼所述樣品池，所述激光二極管發(fā)出的發(fā)散光束直接照射樣品池中的納 米顆粒；顆粒后向散射光返回進(jìn)入激光二極管諧振腔內(nèi)，與腔內(nèi)原始光發(fā)生自混頻，一部分 自混頻信號(hào)從激光諧振腔后端面射出。
【文檔編號(hào)】G01N15/02GK104458514SQ201410734409
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】王華睿, 沈建琪, 蔡小舒 申請(qǐng)人:江蘇師范大學(xué)