[發明專利]一種顆粒球形度同軸數字全息檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201710113862.9
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106769701B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 紀峰;李懷奇;李保生
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/01;G01N21/84
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種顆粒球形度同軸數字全息檢測裝置，其特征在于，包括沿著光照方向依次順序布置的激光光源(10)、濾光片(20)、準直擴束器(30)、顆粒樣品池(40)、顯微鏡(60)、陣列式檢測器(70)；所述顆粒樣品池(40)置于旋轉臺(50)上；所述陣列式檢測器(70)連接計算機(80)；所述激光光源(10)、濾光片(20)、準直擴束器(30)、顆粒樣品池(40)、顯微鏡(60)、陣列式檢測器(70)的中心點均處于一條直線上；所述旋轉臺(50)為電控旋轉臺，此電控旋轉臺與計算機(80)電連接；所述顆粒樣品池(40)可隨所述旋轉臺(50)繞旋轉臺的中心軸旋轉。

2.根據權利要求1所述的一種顆粒球形度同軸數字全息檢測裝置，其特征在于：所述激光光源(10)為單色性的相干光源；所述濾光片(20)使用帶通濾光片；所述準直擴束器(30)用于將激光光源(10)發出的光束進行擴束和準直，使得光束的照射面積略大于所述陣列式檢測器(70)的面積。

3.根據權利要求2所述的一種顆粒球形度同軸數字全息檢測裝置，其特征在于：所述旋轉臺(50)帶動所述顆粒樣品池(40)轉動，改變所述顆粒樣品池(40)中的顆粒相對于光束投射方向的位置，從而產生同一顆粒相對于不同角度光束投射方向下的干涉條紋；所述顯微鏡(60)用于放大所述干涉條紋，提高分辨率；所述陣列式檢測器(70)檢測干涉條紋的光強信號，記錄同一顆粒對應于不同角度光束投射方向下的全息圖數據，并將所述全息圖數據傳送到所述計算機(80)；所述計算機(80)根據同一顆粒對應于不同角度光束投射方向的全息圖數據，利用計算機模擬光學衍射過程，構造出此顆粒對應于不同角度光束投射方向的二維截面投影，對每一個二維截面投影均進行橢圓擬合并計算橢圓系數，所述橢圓系數即為擬合得到的橢圓的短軸與長軸之比，然后取多個二維截面投影的橢圓系數的平均值，即可實現對此顆粒的顆粒球形度的檢測。

4.根據權利要求3所述的一種顆粒球形度同軸數字全息檢測裝置，其特征在于：所述旋轉臺(50)采用步進的控制方式，旋轉臺(50)每轉動一個角度，所述陣列式檢測器(70)便可獲取該角度下的顆粒的全息圖數據；且所述旋轉臺(50)和所述陣列式檢測器(70)通過信號同步控制器實現同步。

5.根據權利要求3所述的一種顆粒球形度同軸數字全息檢測裝置，其特征在于：所述顆粒樣品池(40)內添加使顆粒充分分散的酒精。

6.根據權利要求3或4或5所述的一種顆粒球形度同軸數字全息檢測裝置，其特征在于：所述顆粒樣品池(40)內的顆粒密度控制在1個/mm³。

7.一種顆粒球形度同軸數字全息檢測方法，其特征在于：

S1，采用單色性的相干光源對顆粒樣品池(40)內的顆粒進行照射，獲得顆粒的干涉條紋，根據所得干涉條紋得到并記錄顆粒樣品池(40)內所有顆粒的全息圖數據，然后根據全息圖數據構造出每一個顆粒的二維截面投影，并對所得二維截面投影進行橢圓擬合，然后計算得到每一個顆粒對應的橢圓的橢圓系數，所述橢圓系數即為擬合得到的橢圓的短軸與長軸之比；

S2，轉動顆粒樣品池(40)，此時顆粒樣品池(40)中的顆粒跟隨顆粒樣品池(40)轉到另一個位置，獲得所有顆粒在轉動后位置的干涉條紋，根據所得干涉條紋得到并記錄所有顆粒在轉動后的全息圖數據，然后根據全息圖數據構造出每一個顆粒在轉動后位置的二維截面投影，對所得二維截面投影進行橢圓擬合，然后計算得到每一個顆粒對應的橢圓的橢圓系數，所述橢圓系數即為擬合得到的橢圓的短軸與長軸之比；然后繼續轉動顆粒樣品池(40)，直至獲得所有顆粒的在不同位置時的多個二維截面投影的橢圓系數；

S3，對每一個顆粒通過前述操作獲得的多個二維截面投影的橢圓系數取平均值，即可實現對每一個顆粒的顆粒球形度的檢測。

8.根據權利要求7所述的一種顆粒球形度同軸數字全息檢測方法，其特征在于，在整個檢測過程中，所述顆粒樣品池(40)共旋轉360度，且所述顆粒樣品池(40)每次旋轉的角度均相同。

9.根據權利要求7所述的一種顆粒球形度同軸數字全息檢測方法，其特征在于，在所述顆粒樣品池(40)中，當某一顆粒由前一位置旋轉到下一位置時，確認此顆粒在下一位置的方法如下：

以所述顆粒樣品池(40)的旋轉中心建立空間直角坐標系，設X軸、Z軸所組成的X-Z平面為水平面，Y軸為垂直于水平面的軸，設某一顆粒的前一位置的坐標為(x,z,y)，且此顆粒與Y-Z平面的角度為β，旋轉方向已知，且此顆粒的旋轉角度為α,則旋轉后此顆粒的坐標為(x',z',y')，x',z',y'的值由以下公式計算得到：

β＝arctan(x/z)

y’＝y

由此可以提前算出此顆粒的下一位置，也即此顆粒在旋轉后的所述顆粒樣品池(40)中的位置，然后采用單色性的相干光源對顆粒樣品池(40)內的計算所得下一位置處的顆粒進行照射，則可以獲得同一個顆粒的在轉動后的干涉條紋。