[發(fā)明專利]同時(shí)測量多顆粒的動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110064276.2
• 申請日: 2011-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN102109454A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡小舒;蘇明旭
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/02
• 分類號(hào): G01N15/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

1.一種同時(shí)測量多顆粒的動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度的裝置，其特征在于，該測量裝置從左到右由激光源、樣品池、透鏡、面陣光敏器件同軸布置構(gòu)成，激光源發(fā)出的激光束入射激光照射到樣品池中的顆粒，在入射激光照射下樣品池中作布朗運(yùn)動(dòng)的顆粒產(chǎn)生動(dòng)態(tài)光散射，這些顆粒的動(dòng)態(tài)光散射信號(hào)經(jīng)過透鏡后匯聚，被布置在透鏡焦面上的面陣光敏器件連續(xù)記錄，產(chǎn)生M幅時(shí)間序列的顆粒運(yùn)動(dòng)的連續(xù)圖像，所述的連續(xù)圖像上顆粒光散射產(chǎn)生的光點(diǎn)形成了被測顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.一種利用權(quán)利要求1所述測量裝置的同時(shí)測量多顆粒的動(dòng)態(tài)光散射納米顆

粒粒度的方法，其特征在于，該方法具體步驟為：

將由激光光源發(fā)出的激光束入射到樣品池，樣品池中加有水或其他顆

粒分散液體；

用面陣光敏器件拍攝這時(shí)的背景光信號(hào)圖像并記錄；

在樣品池中加入被測顆粒樣品；

連續(xù)拍攝并記錄保存至少一幅以上顆粒的動(dòng)態(tài)光散射圖像；?

在得到至少一幅以上連續(xù)的顆粒動(dòng)態(tài)光散射圖像后，先根據(jù)背景光圖

像用小波變換、濾波算法或其它信號(hào)去噪算法對顆粒動(dòng)態(tài)光散射信號(hào)圖像進(jìn)行處理，消除背景光的噪音；

對消除噪音后的顆粒動(dòng)態(tài)光散射信號(hào)選用下述2種數(shù)據(jù)處理方法之

一進(jìn)行處理，得到顆粒的粒度及分布：

a.將每幅圖像分割成N個(gè)網(wǎng)格，其每個(gè)網(wǎng)格中多個(gè)顆粒光點(diǎn)信號(hào)取平均值，再將連續(xù)采集獲得的該幅圖像中相應(yīng)網(wǎng)格的信號(hào)構(gòu)成時(shí)間序列信號(hào)，這樣共可以構(gòu)成N個(gè)時(shí)間序列信號(hào)，由于顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成的散射光強(qiáng)時(shí)間序列信號(hào)將是脈動(dòng)信號(hào)，對其做功率譜處理，分析各脈動(dòng)頻率段的功率譜信號(hào)，然后應(yīng)用Stocks-Einstein公式

???????????????????????（1）

式中K_B是波爾茨曼常數(shù)，T是絕對溫度，η是粘度，R是待測顆粒的半徑，獲得顆粒的粒度分布，將N個(gè)時(shí)間序列信號(hào)做功率譜后取平均值，再應(yīng)用Stocks-Einstein公式（1），可以得到更準(zhǔn)確的顆粒粒度分布；

b.對連續(xù)采集獲得的至少一幅以上時(shí)序圖像中的各個(gè)光散射點(diǎn)進(jìn)行追蹤，得到其軌跡，根據(jù)布朗運(yùn)動(dòng)理論，在時(shí)刻散射光點(diǎn)相對原點(diǎn)位移平方的期望值是：

?????????????????????????（2）

由散射光點(diǎn)的軌跡根據(jù)式（2）可以求得擴(kuò)散系數(shù)D_t，再應(yīng)用Stocks-Einstein公式（1）得到該軌跡對應(yīng)的顆粒粒度，將所有這些結(jié)果綜合后，可以獲得被測顆粒的粒度分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)測量多顆粒的動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度的裝置，其特征在于，所述的樣品池布置在接收透鏡的后面，激光源發(fā)出的激光束先經(jīng)透鏡后入射到樣品池，其顆粒的動(dòng)態(tài)散射光再被面陣光敏器件或攝像機(jī)連續(xù)接收記錄，獲得連續(xù)變化散射光點(diǎn)空間分布運(yùn)動(dòng)圖像序列。

4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的同時(shí)測量多顆粒的動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度的裝置，其特征在于，所述的激光光源后置有轉(zhuǎn)角棱鏡，以減小測量裝置的尺寸，由激光

光源發(fā)出的激光束經(jīng)轉(zhuǎn)角棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)90度后，入射到透鏡或樣品池。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圖像動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度裝置，其特征在于，在所述的面陣光敏器件和樣品池之間布置了道威棱鏡來改變散射光的路徑，激光束經(jīng)透鏡后入射到在樣品池中的被測顆粒，作布朗運(yùn)動(dòng)的顆粒的動(dòng)態(tài)散射光在轉(zhuǎn)角棱鏡中經(jīng)2次全反射后到達(dá)面陣光敏器件，面陣光敏器件連續(xù)記錄顆粒的動(dòng)態(tài)光散射信號(hào)，獲得時(shí)序圖像。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同時(shí)測量多顆粒的動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度的裝置，其特征在于，面陣光敏器件布置在入射激光束側(cè)向小于180度,大于0度角位置，面陣光敏器件在側(cè)向測得顆粒的動(dòng)態(tài)光散射信號(hào)，根據(jù)側(cè)向測得的顆粒動(dòng)態(tài)散射光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到納米顆粒的粒度。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同時(shí)測量多顆粒的動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度的裝置，其特征在于，所述的面陣光敏器件由2個(gè)面陣光敏器件組成，所述2個(gè)面陣光敏器分別布置在激光源發(fā)出的入射激光束的前向0度位置和側(cè)向小于180度角位置，同時(shí)測量顆粒的前向和側(cè)向動(dòng)態(tài)散射光。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的動(dòng)態(tài)圖像動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒粒度測量裝置，其特征在于，面陣光敏器件采用CCD和CMOS相機(jī)。