CN103398926B - 一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置 - Google Patents
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Abstract
单光束双工位大量程激光粒度测量装置，包括一用于发射激光的激光器1，激光器1的后端按照激光光路的前进方向依次设置有扩束镜2、傅里叶透镜4、用于改变激光光路方向的光学组件、光电探测器阵列10，一样品窗6，所述傅里叶透镜4和光学组件之间设有第一工位12，所述光学组件和光电探测器阵列10之间设有第二工位9，所述样品窗6在所述第一工位12和第二工位9之间相对移动。本发明的有益效果为：采用折叠光路，可移动样品窗，实现了对样品的二次测试，扩大了仪器测量范围,光路长度缩短为原长的1/2。大大减小了仪器体积，提高了仪器测量精度，为激光粒度仪的广泛普及提供了一种全新最优化的结构。
Description
技术领域
本发明涉及激光粒度测量装置，尤其涉及一种单光束激光粒度测量装置。
背景技术
目前激光粒度测量装置扩大量程有两种途经，1、加长光路长度以获得更小角度的散射光；此技术以马尔文为代表。此技术路线的缺点是光路长仪器体积庞大运输使用均不方便，另外光路上增加很多附加探测器，增加了仪器校准的工作量。2、将光束中心附近的高频频谱再次放大，使用第二谱面探测器。此技术以德国辛帕泰克为代表。因为有两个谱面，光路复杂,使用多个探测器也为仪器测试增加了误差出现的几率。
本发明提供了一种全新的光路结构，使得激光粒度测试装置测试范围增大数倍，而光路长度缩短了1/2——1/3。只用一只激光器一只光电探测器即可实现量程的扩展。本发明具有结构简单，量程大，体积小，测量精度更高，使用更加方便实用的突出优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型光路结构，可以方便地将测量范围从0.1微米扩大到毫米级颗粒粒度。同时不增加光路长度，不提高设备的复杂程度。
为了解决以上问题本发明所采用以下技术方案：
一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，包括一用于发射激光的激光器1，激光器1的后端按照激光光路的前进方向依次设置有扩束镜2、傅里叶透镜4、用于改变激光光路方向的光学组件、光电探测器阵列10，一样品窗6，所述傅里叶透镜4和光学组件之间设有第一工位12，所述光学组件和光电探测器阵列10之间设有第二工位9，所述样品窗6在所述第一工位12和第二工位9之间相对移动。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，所述样品窗6、第一工位12和第二工位9均与激光光路主轴正交。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，第一工位12和第二工位9在同一直线上。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，设有与激光光路主轴正交的导轨5，样品窗6沿导轨5移动。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，所述光学组件由反射镜7和反射镜8构成，反射镜7和反射镜8的反光面相对垂直设置；或者，所述光学组件由直角棱镜13和直角棱镜14，直角棱镜13和直角棱镜14的反光斜面相对垂直设置。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，在光电探测器阵列10之后，沿激光光路前进方向还设置有保证光束两次测试都处于严格对中状态的对中系统11。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，在扩束镜2和傅里叶透镜4之间还设置有空间滤波器3。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，所述反射镜7和反射镜8，或者，直角棱镜13和直角棱镜14，可在激光主轴方向上移动。
作为本发明的进一步改进，如上所述的激光粒度测量装置，所述样品窗6为中空石英流动池。
本发明具有以下有益效果：1、采用折叠会聚光路，光路长度大大缩短，样品窗的移动距离很小，减小了仪器体积；2、测试范围变化很大，扩大了仪器测量范围，因此测得的散射谱可以轻易覆盖0.1微米至数千微米的范围；3、可移动样品窗，激光器、探测器与样品窗重复使用，仪器结构实现了最简化，大大降低了仪器成本，提高了仪器可靠性；4、在整个量程上全面地提高了颗粒粒度的测试精度；5、本发明的操作非常简单方便，测试一次小于十分钟。
附图说明
图1是本发明优选实施方式一的结构示意图。
图2是本发明优选实施方式二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施做出详细的说明。
实施例一，如图1所示，一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，包括一个用于发射激光的激光器1，激光器1的后端按照激光光路的前进方向依次设置有扩束镜2、空间滤波器3、长焦透镜4、样品窗6的第一工位12、用于改变激光光路方向的光学组件、样品窗6的第二工位9、光电探测器阵列10，在光电探测器阵列10之后沿激光光路前进方向还设置有保证光束两次测试都处于严格对中状态的对中系统11；还包括一个样品窗6。样品窗6为中空石英流动池，可以借助导轨等机械部件沿着与光轴垂直的方向平行移动，由第一工位12移动到第二工位9，二次通过主光束；优选的，本实施例的样品窗6上设置有与光路光轴垂直的导轨5，样品窗6可以沿着导轨5由第一工位12位置移动到第二工位9位置；样品窗6在第一工位12上进行第一次测量，移至第二工位9上进行第二次测量，因此使用一只激光器的同一束激光和同一个探测器即可实现对同一样品的二次测量；按照激光光路的前进方向来看，上述光学组件设置在第一工位12和第二工位9之间，所述光学组件为一对反射镜或直角棱镜，优选的，本实施例为反射镜7和反射镜8，反射镜7和反射镜8的反光面相对垂直设置，反射镜8之后沿激光光路前进方向依次设置有上述第二工位9、光电探测器阵列10和对中系统11。本实施例中，激光器1发出的激光经过傅里叶透镜4之后，主光束是会聚光束，经过两只反射镜改变光路方向，成为与主轴平行但反向的折叠光束，汇聚在光电探测器阵列的中心。上述反射镜7和反射镜8可在激光主轴方向上移动，以取得不同的测量范围，达到多量程测量的目的。上述全部元器件均在同一个平面内。
激光经过傅里叶透镜4之后为会聚光束，经过反射镜7和反射镜8改变光路方向后，汇聚在光电探测器阵列11的中心。
实施例二，如图2所示，除了将实施例一中的反射镜7和反射镜8替换为直角棱镜13和直角棱镜14之外，其它与实施例一相同，不再赘述。
实施本发明时，激光器1和扩束镜2组成的光源组产生单色发散光束，空间滤波器3，用于过滤杂散光；傅里叶透镜4采用长焦透镜，光路为会聚光路；经两个反射镜7、8或直角棱镜13、14折叠以减小光路长度；样品窗6位于第一工位12时等效焦距为1200毫米,测量范围达到2000微米，样品窗位于第二工位9时，等效焦距70毫米，探测器半径70毫米，测量最小颗粒为0.1微米，因此仪器测量范围0.1微米至2000微米；如果配合反射镜7、8或直角棱镜13、14在主轴方向上移动，以改变光路长度，可以在不同量程上取得很好的测量效果；样品窗6的移动由计算机控制步进电机自动完成。进行样品值测量之前，先分别测量无样品的样品窗6在第一工位12和第二工位9上的背景数值，然后用有样品的样品窗6的测量值减去无样品的背景数值，得到颗粒的散射谱。
两次测试的散射谱由计算机软件自动连接并一次反演为粒度分布，由于使用同一个光路，同一探测器阵列10，同一个样品窗6，因此与使用多个附加探头或者更换透镜方案相比，散射谱操作引入的误差可以降至最小，对中系统11可以保证光束在二次测试是都处于严格对中状态。
通过以上技术方案的实施：采用折叠会聚光路，光路长度大大缩短，样品窗的移动距离很小，减小了仪器体积；测试范围变化很大，扩大了仪器测量范围，因此测得的散射谱可以轻易覆盖0.1微米至数千微米的范围；可移动样品窗，激光器、探测器与样品窗重复使用，仪器结构实现了最简化，大大降低了仪器成本，提高了仪器可靠性；在整个量程上全面地提高了颗粒粒度的测试精度；本发明的操作非常简单方便，测试一次小于十分钟。
Claims (10)
1.一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，包括一用于发射激光的激光器（1），激光器（1）的后端按照激光光路的前进方向依次设置有扩束镜（2）、傅里叶透镜（4）、用于改变激光光路方向的光学组件、光电探测器阵列（10），一样品窗（6），其特征在于，所述傅里叶透镜（4）和光学组件之间设有第一工位（12），所述光学组件和光电探测器阵列（10）之间设有第二工位（9），所述样品窗（6）在所述第一工位（12）和第二工位（9）之间相对移动；所述样品窗（6）、第一工位（12）和第二工位（9）均与激光光路主轴正交；所述第一工位(12)和第二工位(9)在同一直线上。
2.根据权利要求1所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，设有与激光光路主轴正交的导轨(5)，样品窗(6)沿导轨(5)移动。
3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，所述光学组件由反射镜(7)和反射镜(8)构成，反射镜(7)和反射镜(8)的反光面相对垂直设置；或者，所述光学组件由直角棱镜(13)和直角棱镜(14)构成，直角棱镜(13)和直角棱镜(14)的反光斜面相对垂直设置。
4.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，在光电探测器阵列(10)之后，沿激光光路前进方向还设置有保证光束两次测试都处于严格对中状态的对中系统(11)。
5.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，在扩束镜(2)和傅里叶透镜(4)之间还设置有空间滤波器(3)。
6.根据权利要求3所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，在扩束镜(2)和傅里叶透镜(4)之间还设置有空间滤波器(3)。
7.根据权利要求3所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，在光电探测器阵列(10)之后，沿激光光路前进方向还设置有保证光束两次测试都处于严格对中状态的对中系统(11)。
8.根据权利要求3所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，所述反射镜(7)和反射镜(8)，或者，直角棱镜(13)和直角棱镜(14)，可在激光主轴方向上移动。
9.根据权利要求4所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，在扩束镜(2)和傅里叶透镜(4)之间还设置有空间滤波器(3)。
10.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种单光束双工位大量程激光粒度测量装置，其特征在于，所述样品窗(6)为中空石英流动池。
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