一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的雷射粒度儀的製作方法

2023-05-11 02:53:31

一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的雷射粒度儀的製作方法
【專利摘要】一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的雷射粒度儀，包括雷射光源裝置、樣品測試窗口3、散射信號接收裝置4及與之電連接的信號處理系統5，雷射光源裝置包括第一雷射器1和第二雷射器2；散射信號接收裝置是由14組光電探測器按照一定的規律排列，可以接收來自樣品測試窗口中心固定角度的散射信號，該系統可以將來自樣品測試窗口中心15°~130°的散射信號完整的接收並傳輸至計算機，計算機根據MIE散射理論可以計算出量程在0.05μm~1μm範圍內所測樣品的粒度分布圖。
【專利說明】一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的雷射粒度儀

【技術領域】
[0001]本實用新型是涉及MIE散射原理測量顆粒粒度分布的裝置，具體是一種專門用於測量亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布的雷射粒度儀。

【背景技術】
[0002]基於MIE散射原理的雷射粒度儀，其主要結構一般是由雷射光源(一般為He-Ne氣體雷射器)、擴束鏡、空間濾波器、傅立葉變換鏡頭、樣品測試窗口、光電陣列探測器以及輔助光電探測器組成，這種結構的光路在單獨測試前側向至後向散射信號的時候，會出現信號探測盲區導致小顆粒的散射信號始終無法連續測量，從而使得在亞微米至納米粒度段區間的粒度分布數據存在精度及準確度偏低的問題，為了解決該問題，特設計一種能夠連續探測前側向以及後向散射信號的樣品測試窗口，該窗口實現了自前向15°至後向130°的散射信號可以連續無探測盲區，解決了亞微米至納米粒度段區間的粒度分布數據能夠被高準確度測量的問題。


【發明內容】

[0003]本實用新型的目的在於針對以上不足之處，提供一種裝有特製的樣品測試窗口的雷射粒度儀，代替以往的由半導體或氣體雷射器、擴束鏡、空間濾波器組成光源系統的雷射粒度儀，它克服了以往的光路在單獨測試前側向至後向散射信號的時候，會出現信號探測盲區導致小顆粒的散射信號始終無法連續測量，從而使得在亞微米至納米粒度段區間的粒度分布數據存在精度及準確度偏低的問題。
[0004]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0005]一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的雷射粒度儀，包括雷射光源裝置、樣品測試窗口 3、散射信號接收裝置4及與之電連接的信號處理系統5，所述雷射光源裝置的出射光束為平行光束，其特徵在於，所述雷射光源裝置包括第一雷射器I和第二雷射器2 ;所述樣品測試窗口 3包括，一位於其中心區域的截面呈矩形的稜體空腔20，至少三個透光面，至少兩個塗黑面；所述透光面與塗黑面封閉成一截面呈多變形的稜體；所述空腔20的稜邊與樣品測試窗口 3的稜邊平行；所述至少三個透光面包括第一透光面11、第二透光面12、第三透光面13，所述至少兩個塗黑面包括第一塗黑面14、第二塗黑面15，所述第一雷射器I和第二雷射器2的出射光束分別經第二透光面12、第三透光面13垂直入射，並且分別透過第三透光面13後被所述散射信號接收裝置4接收。
[0006]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述第一雷射器I和第二雷射器2的出射光束在樣品測試窗口 3的空腔20中心區相交，且其相交的銳角夾角為45°。
[0007]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述第一透光面11與第二透光面12之間的夾角α大於等於119°且小於等於121°，所述第二透光面12與第三透光面13之間的夾角β大於等於74。且小於等於75。。
[0008]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述第一透光面11與第二透光面12之間的夾角α大於等於119°且小於等於121°，所述第二透光面12與第三透光面13之間的夾角β大於等於74。且小於等於75。。
[0009]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述夾角α為120°，所述夾角β為75°。
[0010]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述夾角α為120°，所述夾角β為75°。
[0011]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述散射信號接收裝置4包括多個光電探測器單元6。
[0012]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述光電探測器單元6為14個，呈線狀分布；所述14個光電探測器單兀6接收來自第一雷射器I在樣品測試窗口 3中心的散射信號，其中下部的5個光電探測器單兀6接收來自第二雷射器2在樣品測試窗口 3中心的散射信號。
[0013]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，接收來自第一雷射器I在樣品測試窗口 3中心的散射信號時，所述14個光電探測器單兀6自下而上分別置於與散射信號角度為(15.43° -16.96° )(17.19° -18.86° )(19.18° -21.00° )(21.46° -23.44 ° )(24.08 ° -26.27 ° )(27.12° -29.58 ° )(30.64 ° -33.45 ° )(34.72 ° -37.95 ° )(39.48 ° -43.21° )(44.95 ° -49.22 ° )(51.28° -56.10° )(58.77 ° -64.14° )(67.88° -73.74° ) (79.68° -85.63° )的位置；接收來自第二雷射器2在樣品測試窗口 3中心的散射信號時,所述5個光電探測器單兀6自下而上分別置於與散射信號角度為(89.95° -94.22° )(96.28° -101.10° )(103.77° -109.14° )(112.88° -118.74° )(124.68° -130.63° )的位置。
[0014]上述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述散射信號接收裝置4為平行線陣列光電探測器。
[0015]本實用新型提供的雷射粒度儀，主光源採用兩個能夠輸出平行光束的半導體雷射器，配合帶有特殊結構樣品測試窗口以及按照一定的順序排列的光電探測器組合，實現了自前向15°至後向130°散射信號無盲區探測的目的，同時在樣品測試窗口透光面的角度設計上解決了信號幹擾的問題，使得探測器所探測到的散射信號最大程度上接近理論散射倉tfi。
[0016]本實用新型提供的雷射粒度儀與現有技術相比，所產生的有益效果是:
[0017]本實用新型顯著解決了散射信號自前向至後向存在探測盲區的問題，有效提高了亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布測量的精度。
[0018]本實用新型顯著降低了散射信號探測過程中雜散信號的幹擾問題，很好的保證了測試值與理論值之間的一致性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0020]圖1為本實用新型提供的雷射粒度儀的樣品測試窗口實施例一的截面示意圖；
[0021]圖2為本實用新型提供的雷射粒度儀的樣品測試窗口實施例二的截面示意圖；
[0022]圖3為本實用新型提供的雷射粒度儀的樣品測試窗口實施例三的截面示意圖；
[0023]圖4為本實用新型提供的雷射粒度儀光路示意圖。
[0024]圖中:1、第一雷射器,2、第二雷射器,3、樣品測試窗口，4、散射信號接收裝置,5、信號處理系統，6、光電探測器單元，11、第一透光面，12、第二透光面，13第三透光面，14、第一塗黑面，15、第二塗黑面，16、第一輔助面16，17、第二輔助面17，20、空腔。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型提供的的一種測量亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布的雷射粒度儀作詳細的說明。
[0026]參見圖1一圖4，本實用新型的一種專門用於測量亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布的雷射粒度儀，其結構包括第一雷射器1、第二雷射器2、樣品測試窗口 3、散射信號接收裝置4、信號處理系統5，並且上述元件按照光束前進方向的位置關係排列。如圖1一圖3所示，樣品測試窗口 3為中心區域設有一空腔20的稜柱形玻璃製品，樣品測試窗口 3的截面為至少為5個邊的不等邊多邊形。本發明提供的雷射粒度儀的實施例中，第一雷射器1、第二雷射器2米用輸出雷射波長650nm的半導體雷射器。
[0027]如圖1所示，樣品測試窗口 3的截面為五邊形，其中有三個面為透光面、兩個面為不透光的塗黑面；所述三個透光面中，第二透光面12、第三透光面13為入射面，第一透光面
11為散射面；所述兩個塗黑面為第一塗黑面14、第二塗黑面15，塗黑面用於消除散射光的幹擾。空腔20的邊界形成一長方體稜體，其截面為矩形，其上下兩端的至少一端開口，用於容納待測量的介質與顆粒樣品；空腔20的稜邊與樣品測試窗口 3的稜邊平行。
[0028]如圖2所示，樣品測試窗口 3的截面為六邊形，與圖1所示的樣品測試窗口 3相比較，除了在第二透光面12和第三透光面13之間增加一第一輔助面16外，其它均與圖1所示的樣品測試窗口 3相同。所述第一輔助面16可以為透光面，也可以為不透光的塗黑面。
[0029]如圖3所示，樣品測試窗口 3的截面為七邊形，與圖2所示的樣品測試窗口 3相比較，除了在第一塗黑面14和第二塗黑面15之間增加一第二輔助面17外，其它均與圖2所示的樣品測試窗口 3相同。所述第二輔助面17為不透光的塗黑面。
[0030]上述樣品測試窗口 3的高度不小於25mm ;本樣品測試窗口 3的突出效果:消除雜散光的幹擾，提高測量精度。如圖4所示，所述第一雷射器1、第二雷射器2作為主光源，出射光束為平行光束，第一雷射器1、第二雷射器2輸出的平行光束在樣品測試窗口 3中心區域相交，其銳角夾角為45° ,第一雷射器I輸出的雷射光束自樣品測試窗口 3的第二透光面12入射，在另一側向的第一透光面11出射，第二雷射器2輸出的雷射光束自樣品測試窗口3的第三透光面13入射，在側向的第一透光面11出射。第一透光面11與第二透光面12之間的夾角為α，119°彡α彡121°，α優選為120° ;第二透光面12與第三透光面13之間的夾角為β，74° < β <76°，β優選為75°。所述散射信號接收裝置4，可以是多個分立的光電探測器單元6的組合，也可以是多個光電探測器單元6集成在一個矽片上構成的陣列光電探測器，比如平行線陳列光電探測器。本實施例中的散射信號接收裝置4為14個分立的光電探測器單元6的組合形式。
[0031]參見圖4，本實用新型提供的雷射粒度儀的測量工作分為2步進行:第一步，當第一雷射器I照射時，所述14個光電探測器單元6接收來自第一雷射器I在樣品測試窗口 3中心的散射信號，所述14個光電探測器單元6由下至上的散射信號角度分別為(15.43° -16.96° ) (17.19° -18.86° ) (19.18° -21.00° ) (21.46° -23.44° )(24.08 ° -26.27 ° )(27.12° -29.58 ° )(30.64 ° -33.45 ° )(34.72 ° -37.95 ° )(39.48 ° -43.21° )(44.95 ° -49.22 ° )(51.28° -56.10° )(58.77 ° -64.14° )(67.88° -73.74° ) (79.68° -85.63° )，共得到14個信號；第二步，第一雷射器I關閉，第二雷射器2照射，所述14個光電探測器單元6中的下部的5個探測器單元重複利用，接收來自第二雷射器2在樣品測試窗口 3中心的散射信號，所述下部的5個探測器單元由下至上的散射角度分別為(89.95° -94.22。) (96.28° -101.10。) (103.77° -109.14。)(112.88° -118.74° )(124.68° -130.63° )，共得到5個信號；前述兩次測試共得到的19個信號被傳輸至信號處理系統5，在信號處理系統5經過Α/D轉換後成為數位訊號，然後被輸送到計算機，計算機通過軟體的反演運算，根據MIE散射理論可以計算出量程在0.05 μ πΓ? μ m範圍內所測樣品的粒度分布圖。
[0032]由於本實用新型提供的雷射粒度儀的主光源採用兩個能夠輸出平行光束的雷射器，配合帶有特殊結構樣品測試窗口 3以及按照一定的順序排列的光電探測器單元6組合，實現了自前向15°至後向130°散射信號無盲區探測的目的，同時在樣品測試窗口 3的透光面的角度設計上解決了信號幹擾的問題，使得探測器所探測到的散射信號最大程度上接近理論散射能量。
[0033]本實用新型提供的雷射粒度儀與現有技術相比，所產生的有益效果是:
[0034]1、本實用新型顯著解決了散射信號自前向至後向存在探測盲區的問題，有效提高了亞微米至納米粒度段顆粒粒度分布測量的精度。
[0035]2、本實用新型顯著降低了散射信號探測過程中雜散信號的幹擾問題，很好的保證了測試值與理論值之間的一致性。
[0036]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種測量亞微米至納米粒度段粒度分布的雷射粒度儀，包括雷射光源裝置、樣品測試窗口(3)、散射信號接收裝置(4)及與之電連接的信號處理系統(5)，所述雷射光源裝置的出射光束為平行光束，其特徵在於，所述雷射光源裝置包括第一雷射器(I)和第二雷射器(2);所述樣品測試窗口(3)包括，一位於其中心區域的截面呈矩形的稜體空腔(20)，至少三個透光面，至少兩個塗黑面；所述透光面與塗黑面封閉成一截面呈多變形的稜體；所述空腔(20)的稜邊與樣品測試窗口(3)的稜邊平行；所述至少三個透光面包括第一透光面(11)、第二透光面(12)、第三透光面(13)，所述至少兩個塗黑面包括第一塗黑面(14)、第二塗黑面(15)，所述第一雷射器(I)和第二雷射器(2)的出射光束分別經第二透光面(12)、第三透光面(13)垂直入射，並且分別透過第三透光面(13)後被所述散射信號接收裝置(4)接收。
2.根據權利要求1所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述第一雷射器(I)和第二雷射器(2 )的出射光束在樣品測試窗口( 3 )的空腔(20 )中心區相交，且其相交的銳角夾角為45 °。
3.根據權利要求1所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述第一透光面(11)與第二透光面(12)之間的夾角α大於等於119°且小於等於121°，所述第二透光面(12)與第三透光面(13)之間的夾角β大於等於74°且小於等於75°。
4.根據權利要求2所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述第一透光面(11)與第二透光面(12)之間的夾角α大於等於119°且小於等於121°，所述第二透光面(12)與第三透光面(13)之間的夾角β大於等於74°且小於等於75°。
5.根據權利要求3所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述夾角α為120°，所述夾角β為 75。。
6.根據權利要求4所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述夾角α為120°，所述夾角β為 75。。
7.根據權利要求1-6任一權利要求所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述散射信號接收裝置(4)包括多個光電探測器單元(6)。
8.根據權利要求7所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述光電探測器單元(6)為14個，呈線狀分布；所述14個光電探測器單元(6)接收來自第一雷射器(I)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號，其中下部的5個光電探測器單元(6)接收來自第二雷射器(2)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號。
9.根據權利要求8所述的雷射粒度儀，其特徵在於，接收來自第一雷射器(I)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號時,所述14個光電探測器單兀(6)自下而上分別置於與散射信號角度為(15.43° -16.96。)(17.19。-18.86。)(19.18。-21.00。)(21.46。-23.44。)(24.08 ° -26.27 ° )(27.12° -29.58 ° )(30.64 ° -33.45 ° )(34.72 ° -37.95 ° )(39.48 ° -43.21° )(44.95 ° -49.22 ° )(51.28° -56.10° )(58.77 ° -64.14° )(67.88° -73.74° )(79.68° -85.63° )的位置；接收來自第二雷射器(2)在樣品測試窗口(3)中心的散射信號時,所述5個光電探測器單兀(6)自下而上分別置於與散射信號角度為(89.95° -94.22° )(96.28° -101.10° )(103.77° -109.14° )(112.88° -118.74° )(124.68° -130.63° )的位置。
10.根據權利要求1-6任一權利要求所述的雷射粒度儀，其特徵在於，所述散射信號接收裝置(4)為平行線陣列光電探測器。
【文檔編號】G01N15/02GK204086079SQ201420378380
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】任中京, 於代軍 申請人:濟南微納顆粒儀器股份有限公司