一种测量亚微米至纳米粒度段粒度分布的激光粒度仪

技术领域

本发明是涉及MIE散射原理测量颗粒粒度分布的装置，具体是一种专门用于测量亚微米至纳米粒度段颗粒粒度分布的激光粒度仪。

背景技术

基于MIE散射原理的激光粒度仪，其主要结构一般是由激光光源（一般为He-Ne气体激光器）、扩束镜、空间滤波器、傅里叶变换镜头、样品测试窗口、光电阵列探测器以及辅助光电探测器组成，这种结构的光路在单独测试前侧向至后向散射信号的时候，会出现信号探测盲区导致小颗粒的散射信号始终无法连续测量，从而使得在亚微米至纳米粒度段区间的粒度分布数据存在精度及准确度偏低的问题，为了解决该问题，特设计一种能够连续探测前侧向以及后向散射信号的样品测试窗口，该窗口实现了自前向15°至后向130°的散射信号可以连续无探测盲区，解决了亚微米至纳米粒度段区间的粒度分布数据能够被高准确度测量的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对以上不足之处，提供一种装有特制的样品测试窗口的激光粒度仪，代替以往的由半导体或气体激光器、扩束镜、空间滤波器组成光源系统的激光粒度仪，它克服了以往的光路在单独测试前侧向至后向散射信号的时候，会出现信号探测盲区导致小颗粒的散射信号始终无法连续测量，从而使得在亚微米至纳米粒度段区间的粒度分布数据存在精度及准确度偏低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种测量亚微米至纳米粒度段粒度分布的激光粒度仪，包括激光光源装置、样品测试窗口3、散射信号接收装置4及与之电连接的信号处理系统5，所述激光光源装置的出射光束为平行光束，其特征在于，所述激光光源装置包括第一激光器1和第二激光器2；所述样品测试窗口3包括，一位于其中心区域的截面呈矩形的棱体空腔20，至少三个透光面，至少两个涂黑面；所述透光面与涂黑面封闭成一截面呈多变形的棱体；所述空腔20的棱边与样品测试窗口3的棱边平行；所述至少三个透光面包括第一透光面11、第二透光面12、第三透光面13，所述至少两个涂黑面包括第一涂黑面14、第二涂黑面15，所述第一激光器1和第二激光器2的出射光束分别经第二透光面12、第三透光面13垂直入射，并且分别透过第三透光面13后被所述散射信号接收装置4接收。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述第一激光器1和第二激光器2的出射光束在样品测试窗口3的空腔20中心区相交，且其相交的锐角夹角为45°。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述第一透光面11与第二透光面12之间的夹角α大于等于119°且小于等于121°，所述第二透光面12与第三透光面13之间的夹角β大于等于74°且小于等于75°。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述第一透光面11与第二透光面12之间的夹角α大于等于119°且小于等于121°，所述第二透光面12与第三透光面13之间的夹角β大于等于74°且小于等于75°。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述夹角α为120°，所述夹角β为75°。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述夹角α为120°，所述夹角β为75°。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述散射信号接收装置4包括多个光电探测器单元6。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述光电探测器单元6为14个，呈线状分布；所述14个光电探测器单元6接收来自第一激光器1在样品测试窗口3中心的散射信号，其中下部的5个光电探测器单元6接收来自第二激光器2在样品测试窗口3中心的散射信号。

上述的激光粒度仪，其特征在于，接收来自第一激光器1在样品测试窗口3中心的散射信号时，所述14个光电探测器单元6自下而上分别置于与散射信号角度为（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；接收来自第二激光器2在样品测试窗口3中心的散射信号时，所述5个光电探测器单元6自下而上分别置于与散射信号角度为（89.95°-94.22°）（96.28°-101.10°）（103.77°-109.14°）（112.88°-118.74°）（124.68°-130.63°）的位置。

上述的激光粒度仪，其特征在于，所述散射信号接收装置4为平行线阵列光电探测器。

本发明提供的激光粒度仪，主光源采用两个能够输出平行光束的半导体激光器，配合带有特殊结构样品测试窗口以及按照一定的顺序排列的光电探测器组合，实现了自前向15°至后向130°散射信号无盲区探测的目的，同时在样品测试窗口透光面的角度设计上解决了信号干扰的问题，使得探测器所探测到的散射信号最大程度上接近理论散射能量。

       本发明提供的激光粒度仪与现有技术相比，所产生的有益效果是：

       本发明显著解决了散射信号自前向至后向存在探测盲区的问题，有效提高了亚微米至纳米粒度段颗粒粒度分布测量的精度。

本发明显著降低了散射信号探测过程中杂散信号的干扰问题，很好的保证了测试值与理论值之间的一致性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明提供的激光粒度仪的样品测试窗口实施例一的截面示意图；

图2为本发明提供的激光粒度仪的样品测试窗口实施例二的截面示意图；

图3为本发明提供的激光粒度仪的样品测试窗口实施例三的截面示意图；

图4为本发明提供的激光粒度仪光路示意图。

图中：1、第一激光器，2、第二激光器，3、样品测试窗口，4、散射信号接收装置，5、信号处理系统，6、光电探测器单元，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、第一辅助面16，17、第二辅助面17，20、空腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的的一种测量亚微米至纳米粒度段颗粒粒度分布的激光粒度仪作详细的说明。

参见图1—图4，本发明的一种专门用于测量亚微米至纳米粒度段颗粒粒度分布的激光粒度仪，其结构包括第一激光器1、第二激光器2、样品测试窗口3、散射信号接收装置4、信号处理系统5，并且上述元件按照光束前进方向的位置关系排列。如图1—图3所示，样品测试窗口3为中心区域设有一空腔20的棱柱形玻璃制品，样品测试窗口3的截面为至少为5个边的不等边多边形。本发明提供的激光粒度仪的实施例中，第一激光器1、第二激光器2采用输出激光波长650nm的半导体激光器。

如图1所示，样品测试窗口3的截面为五边形，其中有三个面为透光面、两个面为不透光的涂黑面；所述三个透光面中，第二透光面12、第三透光面13为入射面，第一透光面11为散射面；所述两个涂黑面为第一涂黑面14、第二涂黑面15，涂黑面用于消除散射光的干扰。空腔20的边界形成一长方体棱体，其截面为矩形，其上下两端的至少一端开口，用于容纳待测量的介质与颗粒样品；空腔20的棱边与样品测试窗口3的棱边平行。

如图2所示，样品测试窗口3的截面为六边形，与图1所示的样品测试窗口3相比较，除了在第二透光面12和第三透光面13之间增加一第一辅助面16外，其它均与图1所示的样品测试窗口3相同。所述第一辅助面16可以为透光面，也可以为不透光的涂黑面。

如图3所示，样品测试窗口3的截面为七边形，与图2所示的样品测试窗口3相比较，除了在第一涂黑面14和第二涂黑面15之间增加一第二辅助面17外，其它均与图2所示的样品测试窗口3相同。所述第二辅助面17为不透光的涂黑面。

上述样品测试窗口3的高度不小于25mm；本样品测试窗口3的突出效果：消除杂散光的干扰，提高测量精度。如图4所示，所述第一激光器1、第二激光器2作为主光源，出射光束为平行光束，第一激光器1、第二激光器2输出的平行光束在样品测试窗口3中心区域相交，其锐角夹角为45°，第一激光器1输出的激光光束自样品测试窗口3的第二透光面12入射，在另一侧向的第一透光面11出射，第二激光器2输出的激光光束自样品测试窗口3的第三透光面13入射，在侧向的第一透光面11出射。第一透光面11与第二透光面12之间的夹角为α，119°≤α≤121°，α优选为120°；第二透光面12与第三透光面13之间的夹角为β，74°≤β≤76°，β优选为75°。所述散射信号接收装置4，可以是多个分立的光电探测器单元6的组合，也可以是多个光电探测器单元6集成在一个硅片上构成的阵列光电探测器，比如平行线陈列光电探测器。本实施例中的散射信号接收装置4为14个分立的光电探测器单元6的组合形式。

参见图4，本发明提供的激光粒度仪的测量工作分为2步进行：第一步，当第一激光器1照射时，所述14个光电探测器单元6接收来自第一激光器1在样品测试窗口3中心的散射信号，所述14个光电探测器单元6由下至上的散射信号角度分别为（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个信号；第二步，第一激光器1关闭，第二激光器2照射，所述14个光电探测器单元6中的下部的5个探测器单元重复利用，接收来自第二激光器2在样品测试窗口3中心的散射信号，所述下部的5个探测器单元由下至上的散射角度分别为（89.95°-94.22°）（96.28°-101.10°）（103.77°-109.14°）（112.88°-118.74°）（124.68°-130.63°），共得到5个信号；前述两次测试共得到的19个信号被传输至信号处理系统5，在信号处理系统5经过A/D转换后成为数字信号，然后被输送到计算机，计算机通过软件的反演运算，根据MIE散射理论可以计算出量程在0.05μm~1μm范围内所测样品的粒度分布图。

由于本发明提供的激光粒度仪的主光源采用两个能够输出平行光束的激光器，配合带有特殊结构样品测试窗口3以及按照一定的顺序排列的光电探测器单元6组合，实现了自前向15°至后向130°散射信号无盲区探测的目的，同时在样品测试窗口3的透光面的角度设计上解决了信号干扰的问题，使得探测器所探测到的散射信号最大程度上接近理论散射能量。

       本发明提供的激光粒度仪与现有技术相比，所产生的有益效果是：

       1、本发明显著解决了散射信号自前向至后向存在探测盲区的问题，有效提高了亚微米至纳米粒度段颗粒粒度分布测量的精度。

2、本发明显著降低了散射信号探测过程中杂散信号的干扰问题，很好的保证了测试值与理论值之间的一致性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。