一种激光法与筛析法粒度分析数据的校正方法

技术领域

本发明涉及一种激光法与筛析法粒度分析数据的校正方法，属于粒度分析技术领域。

背景技术

粒度分析是沉积地质研究的常规分析项目,其分析方法有多种，筛析法、沉降法、移液管法、库尔特法、图像法、超声法、激光法等等。粒度表征颗粒的大小，有很多种不同意义的测量和表示方法。筛析粒度分析法和激光粒度分析法是两种常用的方法。在重力及（或）流体的带动下，颗粒向筛孔运动，尝试通过筛孔，越小的颗粒通过通道的概率越大。筛体总是处在振动、晃动状态，改变着所有筛上颗粒的位置及方向。也使不能通过筛孔的颗粒离开筛孔，开始新的随机的尝试。通过充分的振筛，符合通道约束的颗粒都可以通过通道。颗粒通过筛孔的数学模型是很复杂的，常见的筛孔严格地说是一个由4条弯曲圆柱围成的一个3维通道，如图1所示。近似的常把它看成是一个平面正方形。在筛析实际应用中，筛孔边长与颗粒粒径并不能很好的对应。定义长、中、短三轴是简化说明筛析粒度意义的常用方法。将一个不规则形状的颗粒稳定的置于水平平面上。此时，颗粒在平面上投影的最大长度称为颗粒的长轴；在通过投影形状中心的其他方向测得的最小长度（或在垂直长轴的方向测得的最大长度）称为中轴；颗粒在水平面上的高度则称为短轴。一般认为，筛析对中轴最敏感，主要测量的是中轴长度，短轴次之；长轴在充分振筛的理想条件下，对筛析结果没有影响。

米氏理论是激光粒度分析的基础原理，它给出了平面电磁波入射于特定半径的均匀电介质圆球时麦克斯韦方程的精确解。实际颗粒多是不规则形状的，这势必引入一些差异。一般认为，对于不规则形状颗粒，激光法测出的是颗粒的等体积球体的直径。颗粒总体的粒度分析结果可能近似的符合这个说法，但一个不规则形状颗粒的衍射效果是不会和等体积球体衍射效果相同的，其衍射效果应该是在长轴、短轴之间多个不同粒径球体衍射效果的。

标准球体颗粒样品的筛析和激光粒度分析结果在理论上是一致的，实际实验激光粒度仪能够很好地通过玻璃珠标准样品的检验是有说服力的验证。非标准球体颗粒样品测量结果差异的主要原因在于颗粒通常不是球体。对于筛析法，主要是以筛孔形状限制、约束通过筛孔的颗粒的中轴、短轴，长轴的变化不能敏感的表现出来；对于激光法，测的是颗粒的等体积球体的直径。由于长轴总是大于中轴、短轴，所以激光法分析结果粒度数值总是比筛析法偏大。

激光法和筛析法作为两种最常见的粒度分析方法，分析原理的不同势必造成数据的差异，其间的数据转换校正是在数据对比、数据对接时经常遇到且无法回避的问题。目前研究造成激光粒度仪与沉降法、筛析法之间差异的原因及粒度分析结果的对比分析和数据可使用性研究已有许多文章发表，对两种结果差异产生的原因认识比较统一，都认为差异是由于颗粒形状的不规则造成的；对两种结果的对比、校正，一些文章定性的或半定量的指出了两种结果之间的相关关系。 

发明内容

本发明的目的是提供一种激光法与筛析法粒度分析数据的校正方法，以解决目前激光法和筛析法在数据对比、数据对接时经常遇到且无法回避的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种激光法与筛析法粒度分析数据的校正方法，该校正方法的步骤如下：

1）.选取有代表性的样品；

2）.以适当的粒度间隔，用筛析法从有代表性的样品中选取多个窄粒度分布范围样品，并计算出各个窄粒度分布范围样品的筛析法中值；

3）.对各个窄粒度分布范围样品进行激光粒度分析，得到各个样品激光法中值；

4）.对得到的各个窄粒度分布范围样品的筛析法中值和激光法中值进行数据回归分析，得到校正公式；

5）.利用校正公式将样品的激光法粒度分析结果校正为筛析法粒度分析结果或将筛析粒度分析结果校正为激光法粒度分析结果。

本发明的有益效果是：本发明针对激光法和其它方法分析数据的明显差异，在大量实验数据对比分析的基础上，建立校正公式，从原理上合理的解决了激光法和筛析法粒度分析数据在数据对比和数据对接时数据的校正问题。该方法可以推广至其它粒度分析方法的数据校正。

附图说明

图1是常见标准筛筛孔的放大结构图；

图2是本发明实施例中激光法与筛析法粒度分析数据的校正方法的流程图；

图3是本发明实施例中激光法和筛析法分析数据对比图；

图4是本发明实施例中样品分析数据校正实例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的以多个窄粒度分布范围样品分别作不同方法的粒度分析，通过数据对比的方法，对激光法与筛析法分析数据系统误差的产生原因和影响因素进行了研究，探讨了在数据对比和数据对接时分析数据转换校正问题，并提出激光法与筛析法粒度分析数据的校正公式，激光法与筛析以外其它方法粒度分析数据的校正公式可以仿照进行。

实施例

本实施例中我们以筛析法为例来详细说明本发明的具体实施过程，如图2所示，其具体步骤如下：

1.选取有代表性的样品，这里我们以某地样品为例，其成分主要为石英、长石、长英质岩屑及少量不透明矿物、少量云母，颗粒磨圆度多呈次棱状。

2.标准筛选择2000～63um，粒径间隔0.25Φ，筛析仪选择中国科学院南京地理与湖泊沉积研究所制造的声波全自动筛析仪，将大约200g选取的代表性样品，使用筛析仪在710～63um范围，按0.25Φ粒径间隔进行筛分，振筛一般在10min左右，各粒级质量基本稳定后停止，按筛析孔径序列，计算出各个筛析区间中值，如表1所示，即相邻两个标准筛孔径的平均值，以此表示该标准筛筛上样品的粒度，筛析区间中值是孔径Φ值的平均值，而不是长度值的平均值，经过筛分后，粒级内的颗粒粒度分布范围较窄，只有0.25Φ。

3.利用马尔文公司制造的型号Mastersizer 2000激光粒度分析仪 将筛分后的各粒级颗粒，也就是各个标准筛上的样品分别做激光粒度分析，软件分析参数颗粒成分设定为缺省，分散介质为水；颗粒形状为不规则；测量时间为12s；计算模型为单峰，当粗颗粒激光分析出现明显异常峰时则设定计算模型为缺省，得到各个样品激光法中值，如下表所示。

4.对得到的各个窄粒度分布范围样品的筛析法中值和激光法中值进行数据回归分析，如图3所示，激光法中值数据线稳定的出现在筛析区间中值数据线下方，二者几乎为平行线，显然是一个有规律的系统误差，激光法中值趋势线公式可以近似的改写为:  

X ≈ Y+0.3                  （1）

即激光粒度分析的粒径Φ值加0.3后就可以近似的校正为筛析Φ值。如果以长度为单位，那么近似的：

X ≈ Y*2^（-0.3）≈ Y*0.8    （2）

即激光粒度分析的粒径长度值乘以0.8后就可以近似的校正为筛析长度值。

同样通过该校正公式筛析法结果也可以校正为激光法粒度分析结果。

图3中下方Φ值粒径中值差线和mm值粒径中值比线形态趋势近似于水平直线，展示了的意义也是一样的。

5.利用校正公式将样品的激光法粒度分析结果进行校正，如图4所示，三条数据点曲线分别为筛析粒度分布曲线、激光法粒度分布曲线和用本方法校正以后的激光法粒度分布曲线，由图4可见，校正后的激光法粒度分布曲线与筛析分布曲线明显有更好的匹配关系。

校正公式（1）和（2）适用于一部分样品种类，在颗粒形状比较特殊时，校正公式以实际实验值为准；激光法与筛析以外其它方法粒度分析数据的校正公式可以仿照此例进行。