[發明專利]一種基于光學俘獲的顆粒粒徑檢測方法

有效

• 申請號: 201410685965.9
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104374676A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 周金華;李迪;李銀妹;鐘敏成;王自強
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;李新華

1.一種基于光學俘獲的顆粒粒徑檢測方法，其特征在于：該方法的步驟如下：

步驟(1)、構建一套光鑷系統作為檢測系統，包括俘獲光源、各種透鏡、高數值孔徑物鏡、寬帶快速位置敏感探測器、照明燈、位移平臺和相機；將激光經過擴束鏡擴束后由聚焦透鏡將光束耦合進入高數值孔徑物鏡內，位置敏感探測器放置在照明透鏡的后焦面的共軛面上，探測光阱中顆粒的布朗運動信號，樣品室放置在位移移動平臺上，可以通過平臺控制樣品室作正弦運動；

步驟(2)、將標準尺寸的顆粒與待測樣品混勻用水稀釋充滿注入樣品室，光鑷捕獲標準尺寸顆粒，通過平臺控制樣品室做正弦運動，通過位置探測器采集標準微粒在光阱中的布朗運動信號；分析運動信號的功率譜信號，該信號包括受限布朗運動時熱噪聲的洛侖茲線型分布和受迫運動的尖峰；通過位置探測器采集被捕獲顆粒的布朗運動信號，其功率譜P(f)與采用頻率f之間滿足：

P(f)＝P_thermal(f)+P_force(f)，

其中熱運動的功率譜為D為顆粒的擴散系數，f_c為顆粒在光阱中的特征參數；受迫運動的功率譜為Pforce(f)=A22(1+fc2fd2)δ(f-fd),P(f)=β2Pvolt(f),]]>A為平臺運動的真實振幅，平臺運動的頻率為f_d，β為電壓比例系數，δ為脈沖函數；根據洛侖茲線型擬合為擬合獲得則電壓比例系數其中wth=A2/2(1+fc2/fd2),]]>wex=[Pvolt(fd)-Pthermalvolt(fd)]Δf,]]>B為擬合參數；溫度T和粘滯系數η滿足η(T)/T＝12π³β²Br_s/k_B，其中k_B為玻爾茲曼常數，r_s為標準尺寸微粒的半徑，根據溶液粘滯系數與溫度關系，求解確定溫度T以及在此溫度下η(T)；

步驟(3)、用光鑷捕獲待測樣品，重復步驟(2)的檢測過程，標定捕獲待測粒徑時位置敏感探測器器件的電壓比例系數β；在光阱激光功率較低時，步驟(2)測量的溫度就代表了任意測量光阱中的溫度；待測顆粒功率譜信號的同樣采用洛侖茲線型擬合含擴散系數項B，則測量半徑r_measure＝k_BT/(12π³β²B)。