一種單光束雙工位大量程雷射粒度測量裝置的製作方法
2023-06-30 05:37:16 1
本發明涉及雷射粒度測量裝置，尤其涉及一種單光束雷射粒度測量裝置。
背景技術：
目前雷射粒度測量裝置擴大量程有兩種途經，1、加長光路長度以獲得更小角度的散射光；此技術以馬爾文為代表。此技術路線的缺點是光路長儀器體積龐大運輸使用均不方便，另外光路上增加很多附加探測器，增加了儀器校準的工作量。2、將光束中心附近的高頻頻譜再次放大，使用第二譜面探測器。此技術以德國辛帕泰克為代表。因為有兩個譜面，光路複雜,使用多個探測器也為儀器測試增加了誤差出現的機率。本發明提供了一種全新的光路結構，使得雷射粒度測試裝置測試範圍增大數倍，而光路長度縮短了1/2——1/3。只用一隻雷射器一隻光電探測器即可實現量程的擴展。本發明具有結構簡單，量程大，體積小，測量精度更高，使用更加方便實用的突出優點。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種新型光路結構，可以方便地將測量範圍從0.1微米擴大到毫米級顆粒粒度。同時不增加光路長度，不提高設備的複雜程度。為了解決以上問題本發明所採用以下技術方案：一種單光束雙工位大量程雷射粒度測量裝置，包括一用於發射雷射的雷射器1，雷射器1的後端按照雷射光路的前進方向依次設置有擴束鏡2、傅立葉透鏡4、用於改變雷射光路方向的光學組件、光電探測器陣列10，一樣品窗6，所述傅立葉透鏡4和光學組件之間設有第一工位12，所述光學組件和光電探測器陣列10之間設有第二工位9，所述樣品窗6在所述第一工位12和第二工位9之間相對移動。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，所述樣品窗6、第一工位12和第二工位9均與雷射光路主軸正交。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，第一工位12和第二工位9在同一直線上。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，設有與雷射光路主軸正交的導軌5，樣品窗6沿導軌5移動。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，所述光學組件由反射鏡7和反射鏡8構成，反射鏡7和反射鏡8的反光面相對垂直設置；或者，所述光學組件由直角稜鏡13和直角稜鏡14，直角稜鏡13和直角稜鏡14的反光斜面相對垂直設置。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，在光電探測器陣列10之後，沿雷射光路前進方向還設置有保證光束兩次測試都處於嚴格對中狀態的對中系統11。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，在擴束鏡2和傅立葉透鏡4之間還設置有空間濾波器3。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，所述反射鏡7和反射鏡8，或者，直角稜鏡13和直角稜鏡14，可在雷射主軸方向上移動。作為本發明的進一步改進，如上所述的雷射粒度測量裝置，所述樣品窗6為中空石英流動池。本發明具有以下有益效果：1、採用摺疊會聚光路，光路長度大大縮短，樣品窗的移動距離很小，減小了儀器體積；2、測試範圍變化很大，擴大了儀器測量範圍，因此測得的散射譜可以輕易覆蓋0.1微米至數千微米的範圍；3、可移動樣品窗，雷射器、探測器與樣品窗重複使用，儀器結構實現了最簡化，大大降低了儀器成本，提高了儀器可靠性；4、在整個量程上全面地提高了顆粒粒度的測試精度；5、本發明的操作非常簡單方便，測試一次小於十分鐘。附圖說明圖1是本發明優選實施方式一的結構示意圖。圖2是本發明優選實施方式二的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本發明的具體實施做出詳細的說明。實施例一，如圖1所示，一種單光束雙工位大量程雷射粒度測量裝置，包括一個用於發射雷射的雷射器1，雷射器1的後端按照雷射光路的前進方向依次設置有擴束鏡2、空間濾波器3、長焦透鏡4、樣品窗6的第一工位12、用於改變雷射光路方向的光學組件、樣品窗6的第二工位9、光電探測器陣列10，在光電探測器陣列10之後沿雷射光路前進方向還設置有保證光束兩次測試都處於嚴格對中狀態的對中系統11；還包括一個樣品窗6。樣品窗6為中空石英流動池，可以藉助導軌等機械部件沿著與光軸垂直的方向平行移動，由第一工位12移動到第二工位9，二次通過主光束；優選的，本實施例的樣品窗6上設置有與光路光軸垂直的導軌5，樣品窗6可以沿著導軌5由第一工位12位置移動到第二工位9位置；樣品窗6在第一工位12上進行第一次測量，移至第二工位9上進行第二次測量，因此使用一隻雷射器的同一束雷射和同一個探測器即可實現對同一樣品的二次測量；按照雷射光路的前進方向來看，上述光學組件設置在第一工位12和第二工位9之間，所述光學組件為一對反射鏡或直角稜鏡，優選的，本實施例為反射鏡7和反射鏡8，反射鏡7和反射鏡8的反光面相對垂直設置，反射鏡8之後沿雷射光路前進方向依次設置有上述第二工位9、光電探測器陣列10和對中系統11。本實施例中，雷射器1發出的雷射經過傅立葉透鏡4之後，主光束是會聚光束，經過兩隻反射鏡改變光路方向，成為與主軸平行但反向的摺疊光束，匯聚在光電探測器陣列的中心。上述反射鏡7和反射鏡8可在雷射主軸方向上移動，以取得不同的測量範圍，達到多量程測量的目的。上述全部元器件均在同一個平面內。雷射經過傅立葉透鏡4之後為會聚光束，經過反射鏡7和反射鏡8改變光路方向後，匯聚在光電探測器陣列11的中心。實施例二，如圖2所示，除了將實施例一中的反射鏡7和反射鏡8替換為直角稜鏡13和直角稜鏡14之外，其它與實施例一相同，不再贅述。實施本發明時，雷射器1和擴束鏡2組成的光源組產生單色發散光束，空間濾波器3，用於過濾雜散光；傅立葉透鏡4採用長焦透鏡，光路為會聚光路；經兩個反射鏡7、8或直角稜鏡13、14摺疊以減小光路長度；樣品窗6位於第一工位12時等效焦距為1200毫米,測量範圍達到2000微米，樣品窗位於第二工位9時，等效焦距70毫米，探測器半徑70毫米，測量最小顆粒為0.1微米，因此儀器測量範圍0.1微米至2000微米；如果配合反射鏡7、8或直角稜鏡13、14在主軸方向上移動，以改變光路長度，可以在不同量程上取得很好的測量效果；樣品窗6的移動由計算機控制步進電機自動完成。進行樣品值測量之前，先分別測量無樣品的樣品窗6在第一工位12和第二工位9上的背景數值，然後用有樣品的樣品窗6的測量值減去無樣品的背景數值，得到顆粒的散射譜。兩次測試的散射譜由計算機軟體自動連接並一次反演為粒度分布，由於使用同一個光路，同一探測器陣列10，同一個樣品窗6，因此與使用多個附加探頭或者更換透鏡方案相比，散射譜操作引入的誤差可以降至最小，對中系統11可以保證光束在二次測試是都處於嚴格對中狀態。通過以上技術方案的實施：採用摺疊會聚光路，光路長度大大縮短，樣品窗的移動距離很小，減小了儀器體積；測試範圍變化很大，擴大了儀器測量範圍，因此測得的散射譜可以輕易覆蓋0.1微米至數千微米的範圍；可移動樣品窗，雷射器、探測器與樣品窗重複使用，儀器結構實現了最簡化，大大降低了儀器成本，提高了儀器可靠性；在整個量程上全面地提高了顆粒粒度的測試精度；本發明的操作非常簡單方便，測試一次小於十分鐘。