[發明專利]一種帶環形測量池的激光粒度分析儀

在審

• 申請號: 201710233885.3
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106908360A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 張福根;潘林超
• 申請（專利權）人: 珠海真理光學儀器有限公司
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N15/00
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙)11411
• 代理人: 張清彥

技術領域

本發明涉及儀器儀表領域，特別涉及一種帶環形測量池的激光粒度分析儀。

背景技術

激光粒度分析儀是利用顆粒光散射原理測量乳液、粉體材料和液體噴霧的粒度分布的儀器。它出現在激光器誕生以后，至今已有50年左右的歷史。由于顆粒越小，散射角越大；為了擴展儀器的測量下限，必須擴大散射角的測量范圍。傳統上，都用兩塊相互平行的平板玻璃組成測量池，把待測顆粒懸浮在兩塊玻璃之間。由于用于懸浮待測顆粒的介質多為液體，而液體的折射率大于空氣，因此當散射角大于一定范圍，散射光就不能出射到空氣中，從而限制了小顆粒的測量。散射角大于臨界角的散射光，被全反射，不能出射到空氣中，而不能被探測器接收、測量。以水介質為例，臨界角為47.87°。如果采用傳統的技術，能被測量到的最大散射角小于臨界角，測量下限只能達到0.3μm左右。

為了擴大角度測量范圍，人們提出了各種方法，比如多光束技術。該技術方案中，除了原有的主入射光之外，另外增加一束斜入射的照明光，被該光束照明的顆粒產生的較大角散射光相對于后玻璃的入射角仍未超過水-空氣等效界面的臨界角，故仍能出射到空氣中，從而被接收。這種技術中，斜入射照明光只能用于測量大角(例如45°以上)散射光，而主入射光只能用來測量小角散射光。進行粒度數據反演計算前，必須把大角和小角散射光的數據先拼接在一起。由于照明光束不同，數據的拼接往往很難做得很光滑，因此給數據反演帶來困難。

另外也有人提出用梯形窗口技術解決全反射的問題。它是用一塊梯形玻璃代替了傳統測量池中的后側平板玻璃。該方案可以用單光束照明，比前述的雙光束方法簡潔。大角散射光從玻璃往空氣出射時，原先的平行面變成了斜面，減小了光線對玻璃—空氣界面的入射角，從而避免了全反射的發生。小角散射光則從平行面出射。其缺點是斜面出射的光和平行面出射的光有一部分會在空氣中的同一區域疊加，相互干擾。為了解決這一問題，必須增加較復雜的機械結構。

圓柱透鏡窗口技術(專利授權公告號：CN202281738U)也是一種超臨界角散射光出射問題的解決方案，使45°—135°的散射光能夠出射到空氣中，從而被探測到。激光器發出的照明光順著平板玻璃之間的狹縫照射到測量區，含有被測顆粒的懸浮液處在狹縫中。大角散射光透過平板玻璃，并被膠合在上面的柱面鏡聚焦。探測器陣列處在柱面鏡的焦面上。據發明人稱，這種方案適用于測量45°以上的散射光，小角度的散射光不知如何接收。

申請號201310186026.5的專利文獻(以下簡稱“文獻2”)提出了一種檢測水中乳化油含量的方案。該方案把待測乳化液置于圓桶形(即本專利所稱的“環形”)測量池中，采用近紅外的半導體激光器作光源，把光照射到測量池內，光線遇到待測顆粒后，會發生散射。用多單元的光電探測器陣列測量小角散射光，然后根據散射光的分布計算水中乳化液的含量。此方案與本專利的方案從表面看非常相似，主要表現在：(1)測量對象都是水中的顆粒物；(2)都采用了圓筒形測量池；(3)都是測量散射光的分布。但從效能和思路看，兩種方案有著顯著差異：該專利聲稱只測量小角散射光，所以我們可以判斷，它只利用了圓筒的液體承載功能和透明特性。如果把這個圓筒換成矩形、半圓形等其他形狀的透明容器，也能實現該專利所稱的相同效果。實際上從光學的專業角度看，測量池用兩塊平行成間隔設置的平板玻璃方案更加合適。

綜上所述，現有的激光粒度儀存在著散射光探測范圍小、或者數據反演困難、或者結構復雜等諸多不足。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種帶環形測量池的激光粒度分析儀，其能夠實現單光束照明的條件下，0°到180°散射光的連續探測，并實現足夠精度的聚焦，克服了現有技術的諸多不足。其測量上限可以保持現有技術的水平，而測量下限則可以順利達到20nm，即0.02μm(峰值位置)。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種帶環形測量池的激光粒度分析儀，包括激光器、透鏡、針孔(帶微孔的金屬薄片)、柱面鏡、環形測量池、探測器組件、機架；

所述探測器組件包括中心探測器、主探測器、若干個大角探測器；

所述激光器、透鏡、針孔、柱面鏡、環形測量池和主探測器在同一光軸上并依次設于機架之上；

所述大角探測器以環形測量池為中心成環形布設，中心探測器設于主探測器之后；

所述環形測量池為圓柱體結構的玻璃環柱，其中部設有圓柱形內腔，用于盛放液體，由柱面鏡、環形測量池的玻璃壁和其內腔所盛的液體組成了一個透鏡組，從針孔發出的光線經該透鏡組能夠聚焦于主探測器的中心；

所述針孔為帶微孔的金屬薄片。