同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置及方法
2023-06-04 07:34:16 1
專利名稱：同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種基於動態光散射原理的顆粒粒度測量裝置及方法，特別涉及一種 採用面陣光敏器件連續檢測顆粒的布朗運動從而得到納米、亞微米和微米顆粒粒度及分布 的測量裝置及方法。
背景技術：
顆粒測量的最主要方法有基於光散射理論的雷射粒度儀，在雷射粒度儀中是測量 顆粒的靜態散射光。其基本原理是當雷射入射到被測顆粒時，顆粒會散射入射雷射，其散射 光能的空間分布與顆粒的大小有關，測量其散射光能的空間分布，然後應用光散射理論和 反演算法可以獲得被測顆粒的粒度分布。在這種測量方法及基於該方法發展的雷射粒度儀 中，因為只考慮顆粒的散射光強與顆粒大小的關係，所以稱為靜態光散射法測量。這種方法 適用於亞微米顆粒到微米顆粒的粒度測量，受靜態光散射原理的限制，不能測量納米顆粒 的粒度。納米顆粒的粒度測量主要有電子顯微鏡和基於動態光散射理論而發展的多種動 態光散射納米顆粒粒度測量方法，其中最主要的是光子相關光譜法Wioton correlation spectroscopy,簡禾爾 PCS0PCS納米顆粒粒度測量方法的基本原理是當一束雷射入射到被測納米顆粒樣品 時，由於納米顆粒在液體中的布朗運動，其散射光會發生脈動，其脈動頻率的高低與顆粒 的擴散係數有關，而擴散係數久與顆粒的粒度大小有關，顆粒的擴散與粒度的關係可以用 Stocks-Einstein 公式描述
權利要求
1.一種同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置，其特徵在於，該測量裝置 從左到右由雷射源、樣品池、透鏡、面陣光敏器件同軸布置構成，雷射源發出的雷射束入射 雷射照射到樣品池中的顆粒，在入射雷射照射下樣品池中作布朗運動的顆粒產生動態光散 射，這些顆粒的動態光散射信號經過透鏡後匯聚，被布置在透鏡焦面上的面陣光敏器件連 續記錄，產生M幅時間序列的顆粒運動的連續圖像，所述的連續圖像上顆粒光散射產生的 光點形成了被測顆粒的布朗運動軌跡。
2.一種利用權利要求1所述測量裝置的同時測量多顆粒的動態光散射納米顆 粒粒度的方法，其特徵在於，該方法具體步驟為將由雷射光源發出的雷射束入射到樣品池，樣品池中加有水或其他顆 粒分散液體；用面陣光敏器件拍攝這時的背景光信號圖像並記錄； 在樣品池中加入被測顆粒樣品；連續拍攝並記錄保存至少一幅以上顆粒的動態光散射圖像； 在得到至少一幅以上連續的顆粒動態光散射圖像後，先根據背景光圖 像用小波變換、濾波算法或其它信號去噪算法對顆粒動態光散射信號圖像進行處理， 消除背景光的噪音；對消除噪音後的顆粒動態光散射信號選用下述2種數據處理方法之 一進行處理，得到顆粒的粒度及分布a.將每幅圖像分割成N個網格，其每個網格中多個顆粒光點信號取平均值，再將連續 採集獲得的該幅圖像中相應網格的信號構成時間序列信號，這樣共可以構成N個時間序列 信號，由於顆粒的布朗運動，構成的散射光強時間序列信號將是脈動信號，對其做功率譜處 理，分析各脈動頻率段的功率譜信號，然後應用Mocks-Einstein公式
3.根據權利要求1所述的同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置，其特徵 在於，所述的樣品池布置在接收透鏡的後面，雷射源發出的雷射束先經透鏡後入射到樣品 池，其顆粒的動態散射光再被面陣光敏器件或攝像機連續接收記錄，獲得連續變化散射光 點空間分布運動圖像序列。
4.根據權利要求1、3所述的同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置，其特 徵在於，所述的雷射光源後置有轉角稜鏡，以減小測量裝置的尺寸，由雷射光源發出的雷射束經轉角稜鏡轉動90度後，入射到透鏡或樣品池。
5.根據權利要求1所述的動態圖像動態光散射納米顆粒粒度裝置，其特徵在於，在所 述的面陣光敏器件和樣品池之間布置了道威稜鏡來改變散射光的路徑，雷射束經透鏡後入 射到在樣品池中的被測顆粒，作布朗運動的顆粒的動態散射光在轉角稜鏡中經2次全反射 後到達面陣光敏器件，面陣光敏器件連續記錄顆粒的動態光散射信號，獲得時序圖像。
6.根據權利要求3所述的同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置，其特徵 在於，面陣光敏器件布置在入射雷射束側向小於180度，大於0度角位置，面陣光敏器件在 側向測得顆粒的動態光散射信號，根據側向測得的顆粒動態散射光信號進行數據處理，得 到納米顆粒的粒度。
7.根據權利要求3所述的同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置，其特徵 在於，所述的面陣光敏器件由2個面陣光敏器件組成，所述2個面陣光敏器分別布置在雷射 源發出的入射雷射束的前向0度位置和側向小於180度角位置，同時測量顆粒的前向和側 向動態散射光。
8.根據權利要求1-7所述的動態圖像動態光散射納米顆粒粒度測量裝置，其特徵在 於，面陣光敏器件採用CXD和CMOS相機。
全文摘要
本發明公開了一種同時測量多顆粒的動態光散射納米顆粒粒度的裝置及方法，特點是，裝置是由雷射源、樣品池、透鏡、面陣光敏器件同軸布置構成。雷射束照射到樣品池中的顆粒，樣品池中作布朗運動的顆粒產生動態光散射，這些顆粒的動態光散射信號經過透鏡後匯聚，被面陣光敏器件連續記錄，產生M幅時間序列的顆粒運動的連續圖像，連續圖像上顆粒光散射產生的光點形成了被測顆粒的布朗運動軌跡。本發明的有益效果是利用面陣數字相機可同時測量許多顆粒的動態光散射信號，對所有這些顆粒的動態光散射信號進行處理，就可以得到顆粒的粒度分布，大大減少了測量時間，而且可以同時測量粒度從納米到微米分布範圍較寬的顆粒。
文檔編號G01N15/02GK102109454SQ20111006427
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者蘇明旭, 蔡小舒 申請人:上海理工大學