激光粒度儀測量原理

 

    激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強的方向性，所以一束平行的激光在沒有阻礙的無限空間中將會照射到無限遠(yuǎn)的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。當(dāng)光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光榮的傳播方向形成一個夾角θ。散射理論和結(jié)果證明，散射角θ的大小與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越小；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。

 

    激光粒度儀經(jīng)典的光路由發(fā)射、接受和測量窗口等三部分組成。發(fā)射部分由光源和光束處理器件組成，主要是為儀器提供單色的平行光作為照明光。接收器是儀器光學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。測量窗口主要是讓被測樣品在完全分散的懸浮狀態(tài)下通過測量區(qū)，以便儀器獲得樣品的粒度信息。

 

    接收器由傅立葉選鏡和光電探測器陣列組成。所謂傅立葉選鏡就是針對物方在無限遠(yuǎn)，像方在后焦面的情況消除像差的選鏡。激光粒度儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)是一個光學(xué)傅立葉變換系統(tǒng)，即系統(tǒng)的觀察面為系統(tǒng)的后焦面。由于焦平面上的光強分布等于物體(不論其放置在透鏡前的什么位置)的光振幅分布函數(shù)的數(shù)學(xué)傅立葉變換的模的平方，即物體光振幅分布的頻譜。激光粒度儀將探測器放在透鏡的后焦面上，因此相同傳播方向的平行光將聚焦在探測器的同一點上。據(jù)測器由多個中心在光軸上的同心圓環(huán)組成，每一環(huán)是一個獨立的探測單元。這樣的探測器又稱為環(huán)形光電探測器陣列，簡稱光電探測器陣列。

 

    激光器發(fā)出的激光束經(jīng)聚焦、低通濾波和準(zhǔn)直后，變成直徑為8~25mm的平行光。平行光束照到測量窗口內(nèi)的顆粒后，發(fā)生散射。散射光經(jīng)過傅立葉透鏡后，同樣散射角的光被聚焦到探測器的同一半徑上。一個探測單元輸出的光電信號就代表一個角度范圍(大小由探測器的內(nèi)、外半徑之差及透鏡的焦距決定)內(nèi)的散射光能量，各單元輸出的信號就組成了散射光能的分布。盡管散射光的強度分布總是中心大，邊緣小，但是由于探測單元的面積總是里面小外面大，所以測得的光能分布的峰值一般是在中心和邊緣之間的某個單元上。當(dāng)顆粒直徑變小時，散射光的分布范圍變大，光能分布的峰值也隨之外移。所以不同大小的顆粒對應(yīng)于不同的光能分布，反之由測得的光能分布就可推算樣品的粒度分布。

 

    測量下限是激光粒度儀重要的技術(shù)指標(biāo)。激光粒度儀光學(xué)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)基本上都是為了擴展其測量下限或是小顆粒段的分辨率基本思路是增大散射光的測量范圍、測量精度或者減少照明光的波長。