一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的激光粒度儀的制作方法
【專利摘要】一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的激光粒度儀，包括激光光源裝置、樣品測試窗口3、散射信號接收裝置4及與之電連接的信號處理系統(tǒng)5，激光光源裝置包括第一激光器1和第二激光器2；散射信號接收裝置是由14組光電探測器按照一定的規(guī)律排列，可以接收來自樣品測試窗口中心固定角度的散射信號，該系統(tǒng)可以將來自樣品測試窗口中心15°~130°的散射信號完整的接收并傳輸至計算機，計算機根據(jù)MIE散射理論可以計算出量程在0.05μm~1μm范圍內(nèi)所測樣品的粒度分布圖。
【專利說明】一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的激光粒度儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是涉及MIE散射原理測量顆粒粒度分布的裝置，具體是一種專門用于測量亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布的激光粒度儀。

【背景技術(shù)】
[0002]基于MIE散射原理的激光粒度儀，其主要結(jié)構(gòu)一般是由激光光源(一般為He-Ne氣體激光器)、擴束鏡、空間濾波器、傅里葉變換鏡頭、樣品測試窗口、光電陣列探測器以及輔助光電探測器組成，這種結(jié)構(gòu)的光路在單獨測試前側(cè)向至后向散射信號的時候，會出現(xiàn)信號探測盲區(qū)導(dǎo)致小顆粒的散射信號始終無法連續(xù)測量，從而使得在亞微米至納米粒度段區(qū)間的粒度分布數(shù)據(jù)存在精度及準確度偏低的問題，為了解決該問題，特設(shè)計一種能夠連續(xù)探測前側(cè)向以及后向散射信號的樣品測試窗口，該窗口實現(xiàn)了自前向15°至后向130°的散射信號可以連續(xù)無探測盲區(qū)，解決了亞微米至納米粒度段區(qū)間的粒度分布數(shù)據(jù)能夠被高準確度測量的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于針對以上不足之處，提供一種裝有特制的樣品測試窗口的激光粒度儀，代替以往的由半導(dǎo)體或氣體激光器、擴束鏡、空間濾波器組成光源系統(tǒng)的激光粒度儀，它克服了以往的光路在單獨測試前側(cè)向至后向散射信號的時候，會出現(xiàn)信號探測盲區(qū)導(dǎo)致小顆粒的散射信號始終無法連續(xù)測量，從而使得在亞微米至納米粒度段區(qū)間的粒度分布數(shù)據(jù)存在精度及準確度偏低的問題。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的激光粒度儀，包括激光光源裝置、樣品測試窗口 3、散射信號接收裝置4及與之電連接的信號處理系統(tǒng)5，所述激光光源裝置的出射光束為平行光束，其特征在于，所述激光光源裝置包括第一激光器I和第二激光器2 ;所述樣品測試窗口 3包括，一位于其中心區(qū)域的截面呈矩形的棱體空腔20，至少三個透光面，至少兩個涂黑面；所述透光面與涂黑面封閉成一截面呈多變形的棱體；所述空腔20的棱邊與樣品測試窗口 3的棱邊平行；所述至少三個透光面包括第一透光面11、第二透光面12、第三透光面13，所述至少兩個涂黑面包括第一涂黑面14、第二涂黑面15，所述第一激光器I和第二激光器2的出射光束分別經(jīng)第二透光面12、第三透光面13垂直入射，并且分別透過第三透光面13后被所述散射信號接收裝置4接收。
[0006]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述第一激光器I和第二激光器2的出射光束在樣品測試窗口 3的空腔20中心區(qū)相交，且其相交的銳角夾角為45°。
[0007]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述第一透光面11與第二透光面12之間的夾角α大于等于119°且小于等于121°，所述第二透光面12與第三透光面13之間的夾角β大于等于74。且小于等于75。。
[0008]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述第一透光面11與第二透光面12之間的夾角α大于等于119°且小于等于121°，所述第二透光面12與第三透光面13之間的夾角β大于等于74。且小于等于75。。
[0009]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述夾角α為120°，所述夾角β為75°。
[0010]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述夾角α為120°，所述夾角β為75°。
[0011]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述散射信號接收裝置4包括多個光電探測器單元6。
[0012]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述光電探測器單元6為14個，呈線狀分布；所述14個光電探測器單兀6接收來自第一激光器I在樣品測試窗口 3中心的散射信號，其中下部的5個光電探測器單兀6接收來自第二激光器2在樣品測試窗口 3中心的散射信號。
[0013]上述的激光粒度儀，其特征在于，接收來自第一激光器I在樣品測試窗口 3中心的散射信號時，所述14個光電探測器單兀6自下而上分別置于與散射信號角度為(15.43° -16.96° )(17.19° -18.86° )(19.18° -21.00° )(21.46° -23.44 ° )(24.08 ° -26.27 ° )(27.12° -29.58 ° )(30.64 ° -33.45 ° )(34.72 ° -37.95 ° )(39.48 ° -43.21° )(44.95 ° -49.22 ° )(51.28° -56.10° )(58.77 ° -64.14° )(67.88° -73.74° ) (79.68° -85.63° )的位置；接收來自第二激光器2在樣品測試窗口 3中心的散射信號時,所述5個光電探測器單兀6自下而上分別置于與散射信號角度為(89.95° -94.22° )(96.28° -101.10° )(103.77° -109.14° )(112.88° -118.74° )(124.68° -130.63° )的位置。
[0014]上述的激光粒度儀，其特征在于，所述散射信號接收裝置4為平行線陣列光電探測器。
[0015]本實用新型提供的激光粒度儀，主光源采用兩個能夠輸出平行光束的半導(dǎo)體激光器，配合帶有特殊結(jié)構(gòu)樣品測試窗口以及按照一定的順序排列的光電探測器組合，實現(xiàn)了自前向15°至后向130°散射信號無盲區(qū)探測的目的，同時在樣品測試窗口透光面的角度設(shè)計上解決了信號干擾的問題，使得探測器所探測到的散射信號最大程度上接近理論散射倉tfi。
[0016]本實用新型提供的激光粒度儀與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生的有益效果是:
[0017]本實用新型顯著解決了散射信號自前向至后向存在探測盲區(qū)的問題，有效提高了亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布測量的精度。
[0018]本實用新型顯著降低了散射信號探測過程中雜散信號的干擾問題，很好的保證了測試值與理論值之間的一致性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0020]圖1為本實用新型提供的激光粒度儀的樣品測試窗口實施例一的截面示意圖；
[0021]圖2為本實用新型提供的激光粒度儀的樣品測試窗口實施例二的截面示意圖；
[0022]圖3為本實用新型提供的激光粒度儀的樣品測試窗口實施例三的截面示意圖；
[0023]圖4為本實用新型提供的激光粒度儀光路示意圖。
[0024]圖中:1、第一激光器,2、第二激光器,3、樣品測試窗口，4、散射信號接收裝置,5、信號處理系統(tǒng)，6、光電探測器單元，11、第一透光面，12、第二透光面，13第三透光面，14、第一涂黑面，15、第二涂黑面，16、第一輔助面16，17、第二輔助面17，20、空腔。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本實用新型提供的的一種測量亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布的激光粒度儀作詳細的說明。
[0026]參見圖1一圖4，本實用新型的一種專門用于測量亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布的激光粒度儀，其結(jié)構(gòu)包括第一激光器1、第二激光器2、樣品測試窗口 3、散射信號接收裝置4、信號處理系統(tǒng)5，并且上述元件按照光束前進方向的位置關(guān)系排列。如圖1一圖3所示，樣品測試窗口 3為中心區(qū)域設(shè)有一空腔20的棱柱形玻璃制品，樣品測試窗口 3的截面為至少為5個邊的不等邊多邊形。本發(fā)明提供的激光粒度儀的實施例中，第一激光器1、第二激光器2米用輸出激光波長650nm的半導(dǎo)體激光器。
[0027]如圖1所示，樣品測試窗口 3的截面為五邊形，其中有三個面為透光面、兩個面為不透光的涂黑面；所述三個透光面中，第二透光面12、第三透光面13為入射面，第一透光面
11為散射面；所述兩個涂黑面為第一涂黑面14、第二涂黑面15，涂黑面用于消除散射光的干擾?？涨?0的邊界形成一長方體棱體，其截面為矩形，其上下兩端的至少一端開口，用于容納待測量的介質(zhì)與顆粒樣品；空腔20的棱邊與樣品測試窗口 3的棱邊平行。
[0028]如圖2所示，樣品測試窗口 3的截面為六邊形，與圖1所示的樣品測試窗口 3相比較，除了在第二透光面12和第三透光面13之間增加一第一輔助面16外，其它均與圖1所示的樣品測試窗口 3相同。所述第一輔助面16可以為透光面，也可以為不透光的涂黑面。
[0029]如圖3所示，樣品測試窗口 3的截面為七邊形，與圖2所示的樣品測試窗口 3相比較，除了在第一涂黑面14和第二涂黑面15之間增加一第二輔助面17外，其它均與圖2所示的樣品測試窗口 3相同。所述第二輔助面17為不透光的涂黑面。
[0030]上述樣品測試窗口 3的高度不小于25mm ;本樣品測試窗口 3的突出效果:消除雜散光的干擾，提高測量精度。如圖4所示，所述第一激光器1、第二激光器2作為主光源，出射光束為平行光束，第一激光器1、第二激光器2輸出的平行光束在樣品測試窗口 3中心區(qū)域相交，其銳角夾角為45° ,第一激光器I輸出的激光光束自樣品測試窗口 3的第二透光面12入射，在另一側(cè)向的第一透光面11出射，第二激光器2輸出的激光光束自樣品測試窗口3的第三透光面13入射，在側(cè)向的第一透光面11出射。第一透光面11與第二透光面12之間的夾角為α，119°彡α彡121°，α優(yōu)選為120° ;第二透光面12與第三透光面13之間的夾角為β，74° < β <76°，β優(yōu)選為75°。所述散射信號接收裝置4，可以是多個分立的光電探測器單元6的組合，也可以是多個光電探測器單元6集成在一個硅片上構(gòu)成的陣列光電探測器，比如平行線陳列光電探測器。本實施例中的散射信號接收裝置4為14個分立的光電探測器單元6的組合形式。
[0031]參見圖4，本實用新型提供的激光粒度儀的測量工作分為2步進行:第一步，當?shù)谝患す馄鱅照射時，所述14個光電探測器單元6接收來自第一激光器I在樣品測試窗口 3中心的散射信號，所述14個光電探測器單元6由下至上的散射信號角度分別為(15.43° -16.96° ) (17.19° -18.86° ) (19.18° -21.00° ) (21.46° -23.44° )(24.08 ° -26.27 ° )(27.12° -29.58 ° )(30.64 ° -33.45 ° )(34.72 ° -37.95 ° )(39.48 ° -43.21° )(44.95 ° -49.22 ° )(51.28° -56.10° )(58.77 ° -64.14° )(67.88° -73.74° ) (79.68° -85.63° )，共得到14個信號；第二步，第一激光器I關(guān)閉，第二激光器2照射，所述14個光電探測器單元6中的下部的5個探測器單元重復(fù)利用，接收來自第二激光器2在樣品測試窗口 3中心的散射信號，所述下部的5個探測器單元由下至上的散射角度分別為(89.95° -94.22。) (96.28° -101.10。) (103.77° -109.14。)(112.88° -118.74° )(124.68° -130.63° )，共得到5個信號；前述兩次測試共得到的19個信號被傳輸至信號處理系統(tǒng)5，在信號處理系統(tǒng)5經(jīng)過Α/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號，然后被輸送到計算機，計算機通過軟件的反演運算，根據(jù)MIE散射理論可以計算出量程在0.05 μ πΓ? μ m范圍內(nèi)所測樣品的粒度分布圖。
[0032]由于本實用新型提供的激光粒度儀的主光源采用兩個能夠輸出平行光束的激光器，配合帶有特殊結(jié)構(gòu)樣品測試窗口 3以及按照一定的順序排列的光電探測器單元6組合，實現(xiàn)了自前向15°至后向130°散射信號無盲區(qū)探測的目的，同時在樣品測試窗口 3的透光面的角度設(shè)計上解決了信號干擾的問題，使得探測器所探測到的散射信號最大程度上接近理論散射能量。
[0033]本實用新型提供的激光粒度儀與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生的有益效果是:
[0034]1、本實用新型顯著解決了散射信號自前向至后向存在探測盲區(qū)的問題，有效提高了亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布測量的精度。
[0035]2、本實用新型顯著降低了散射信號探測過程中雜散信號的干擾問題，很好的保證了測試值與理論值之間的一致性。
[0036]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的激光粒度儀，包括激光光源裝置、樣品測試窗口(3)、散射信號接收裝置(4)及與之電連接的信號處理系統(tǒng)(5)，所述激光光源裝置的出射光束為平行光束，其特征在于，所述激光光源裝置包括第一激光器(I)和第二激光器(2);所述樣品測試窗口(3)包括，一位于其中心區(qū)域的截面呈矩形的棱體空腔(20)，至少三個透光面，至少兩個涂黑面；所述透光面與涂黑面封閉成一截面呈多變形的棱體；所述空腔(20)的棱邊與樣品測試窗口(3)的棱邊平行；所述至少三個透光面包括第一透光面(11)、第二透光面(12)、第三透光面(13)，所述至少兩個涂黑面包括第一涂黑面(14)、第二涂黑面(15)，所述第一激光器(I)和第二激光器(2)的出射光束分別經(jīng)第二透光面(12)、第三透光面(13)垂直入射，并且分別透過第三透光面(13)后被所述散射信號接收裝置(4)接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒度儀，其特征在于，所述第一激光器(I)和第二激光器(2 )的出射光束在樣品測試窗口( 3 )的空腔(20 )中心區(qū)相交，且其相交的銳角夾角為45 °。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光粒度儀，其特征在于，所述第一透光面(11)與第二透光面(12)之間的夾角α大于等于119°且小于等于121°，所述第二透光面(12)與第三透光面(13)之間的夾角β大于等于74°且小于等于75°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光粒度儀，其特征在于，所述第一透光面(11)與第二透光面(12)之間的夾角α大于等于119°且小于等于121°，所述第二透光面(12)與第三透光面(13)之間的夾角β大于等于74°且小于等于75°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光粒度儀，其特征在于，所述夾角α為120°，所述夾角β為 75。。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光粒度儀，其特征在于，所述夾角α為120°，所述夾角β為 75。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的激光粒度儀，其特征在于，所述散射信號接收裝置(4)包括多個光電探測器單元(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光粒度儀，其特征在于，所述光電探測器單元(6)為14個，呈線狀分布；所述14個光電探測器單元(6)接收來自第一激光器(I)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號，其中下部的5個光電探測器單元(6)接收來自第二激光器(2)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光粒度儀，其特征在于，接收來自第一激光器(I)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號時,所述14個光電探測器單兀(6)自下而上分別置于與散射信號角度為(15.43° -16.96。)(17.19。-18.86。)(19.18。-21.00。)(21.46。-23.44。)(24.08 ° -26.27 ° )(27.12° -29.58 ° )(30.64 ° -33.45 ° )(34.72 ° -37.95 ° )(39.48 ° -43.21° )(44.95 ° -49.22 ° )(51.28° -56.10° )(58.77 ° -64.14° )(67.88° -73.74° )(79.68° -85.63° )的位置；接收來自第二激光器(2)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號時,所述5個光電探測器單兀(6)自下而上分別置于與散射信號角度為(89.95° -94.22° )(96.28° -101.10° )(103.77° -109.14° )(112.88° -118.74° )(124.68° -130.63° )的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的激光粒度儀，其特征在于，所述散射信號接收裝置(4)為平行線陣列光電探測器。
【文檔編號】G01N15/02GK204086079SQ201420378380
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】任中京, 于代軍 申請人:濟南微納顆粒儀器股份有限公司