CN105241794B - 一种结合图像法测量的激光粒度仪及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结合图像法测量的激光粒度仪及其测量方法，具有激光法侧量区，包括激光器、激光法样品池、激光法透镜、激光法前向探测器组以及激光法后向探测器组，还具有图像法测量区，设于激光法侧量区下方，包括图像法CCD、图像法样品池以及图像法光源，其中图像法CCD和图像法样品池安装于原激光器的下部；图像法光源，图像法样品池、图像法镜头以及图像法CCD在安装在一直线上。本发明首次提出激光法与图像法同时测量，对于分布很宽的样品，在激光粒度仪中结合图像法即能给出粒度分布数据，又能给出形状参数，是非常全面的，具有很好的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光粒度仪，具体的说是一种结合图像法测量的激光粒度仪及其测量方法。
背景技术
现有的激光粒度仪都是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的，为单纯的采用激光法原理进行粒度测量，激光粒度仪中大颗粒的测量存在着灵敏度问题，因为有些大颗粒的散射信号波动很大，可能在信号处理时被过滤掉，造成后续的反演计算得不到大颗粒的粒度分布结果，无法给出能给出粒度分布数据和形状参数。
图像法是颗粒粒度粒形测量的最常用的方法，如果采用倍数较小的物镜可以测量很粗的颗粒，图像法是所见即所得的方式，它不会漏过一个大颗粒的信息，对大颗粒的测量精度很高，图像法更好的地方在于它能给出颗粒的形状信息，如圆形度，长径比等。
如果能将图像法和激光粒度仪结合起来，就能够解决大颗粒的测量存在着灵敏度问题，而目前，在激光粒度仪中结合图像法进行颗粒粒度粒形测量的技术尚未见报道。
发明内容
针对现有技术中激光粒度仪对大颗粒的测量存在着灵敏度等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种即能给出粒度分布数据，又能给出形状参数的结合图像法测量的激光粒度仪及其测量方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种结合图像法测量的激光粒度仪，具有激光法侧量区，包括激光器、激光法样品池、激光法透镜、激光法前向探测器组以及激光法后向探测器组，还具有图像法测量区，设于激光法侧量区下方，包括图像法 CCD、图像法样品池以及图像法光源，其中图像法CCD和图像法样品池安装于原激光器的下部；图像法光源，图像法样品池、图像法镜头以及图像法CCD在安装在一直线上。
图像法CCD采用0.1～2倍远心镜头。
激光法侧量区和图像法测量区采用隔光设计。
本发明一种结合图像法测量的激光粒度仪包括以步骤：
取同种物质的两种样品，分别为粗颗粒样品和细颗粒样品；
将粗颗粒样品和细颗粒样品按照不同的重量比例进行配比，形成多份样品；
将每份样品在仪器上分别用激光法和图像法同时测试，得到两种方法的粒度分布结果；
同时记录下两种方法的遮光率和图像法中粗颗粒的投影面积；
将一系列的图像法遮光率与粗颗粒的投影面积数据拟合成一个多项式经验方程；
将该多项式方程和激光法细颗粒样品的D[3，2]与消光系数进行存储；
在激光粒度仪的循环流路中设置两个测量区域，对应激光法测量和图像法测量；
激光法与图像法同时测量分别得到两种方法的粒度分布结果；记录下两种方式的遮光率，与图像法中大颗粒的投影面积；
激光法测得的D[3，2]和消光系数与存储起来的[3，2]和消光系数做比例计算，再同粗颗粒的投影面积比例计算，得到参数X，把参数X代入存储起来的多项式经验方程，得到Y，Y就是激光法与图像法的结果体积比例。
根据体积比例将两种方法的结果数据融合为一组结果数据输出，作为测试样品的最终粒度分布结果。
所述多项式经验方程为：Y＝-5*10-6*X3+8*10-5*X2+0.0004*X+0.0005，其中X为参数，Y为激光法与图像法的结果体积比例。
图像法光源采用平行面光源，激光法采用激光光源，图像法光源与激光光路为相互平行并且互不干涉。
所这按照不同的重量比例进行配比，重量比例为20:1、15:1、10:1,5:1、 3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:5、1:10、1:15、1:20。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明中首次提出激光法与图像法同时测量，对于分布很宽的样品，通过图像法解决激光粒度仪的灵敏度问题，最后把激光法数据和图像法数据融合为一组结果数据输出，在激光粒度仪中结合图像法即能给出粒度分布数据，又能给出形状参数，是非常全面的，应用面会更广。
2.本发明中使用的是0.5倍远心镜头，测量粒径范围可以达到30-5000 微米，更换其它倍数的镜头可以改变测量范围。在配合高速CCD相机可以抓拍在流动状态下的颗粒，具有很好的实时性。
附图说明
图1为本发明激光粒度仪的结构示意图。
其中，1为激光法前向探测器组，2为激光法透镜，3为激光法样器池， 4为激光器，5为激光法后向探测器组，6为图像法CCD，7图像法为远心镜头，8为图像法样品池，9为图像法光源。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明结合图像法测量的激光粒度仪，具有激光器、激光法样品池、激光法光源、透镜、前向探测器组以及后向探测器组，其特征在于：还包括CCD相机、图像法样品池以及图像法光源，其中CCD相机和图像法样品池安装于原激光器的下部；图像法光源，图像法样品池、图像法镜头以及CCD在安装在一直线上。图像法光源采用平行面光源，激光法采用激光光源，图像法光源与激光光路为相互平行。本实施例中CCD 相机采用0.1～2倍远心镜头。
本发明结合图像法测量的激光粒度仪测量方法包括以下步骤：
取同种物质的两种样品，分别为粗颗粒样品和细颗粒样品；
将粗颗粒样品和细颗粒样品按照不同的重量比例进行配比，形成多份样品；
将每份样品在仪器上分别用激光法和图像法同时测试，得到两种方法的粒度分布结果；
同时记录下两种方法的遮光率和图像法中粗颗粒的投影面积；
将一系列的图像法遮光率与粗颗粒的投影面积数据拟合成一个多项式经验方程；
将该多项式方程和激光法细颗粒样品的D[3,2]与消光系数进行存储；
在激光粒度仪的循环流路中设置两个测量区域，对应激光法测量和图像法测量；
激光法与图像法同时测量分别得到两种方法的粒度分布结果；记录下两种方式的遮光率，与图像法中大颗粒的投影面积；
激光法测得的D[3,2]和消光系数与存储起来的[3,2]和消光系数做比例计算，再同粗颗粒的投影面积比例计算，得到参数X,把参数X代入存储起来的多项式经验方程，得到Y,Y就是激光法与图像法的结果体积比例。
根据体积比例将两种方法的结果数据融合为一组结果数据输出，作为测试样品的最终粒度分布结果。
本实施例中，按照不同的重量比例进行配比，如20:1、15:1、10:1,5:1、 3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:5、1:10、1:15、1:20等，配比的分数越细越多则越好。然后每份样品都在仪器上用激光法和图像法同时测试，得到两种方法的粒度分布结果，同时记录下两种方法的遮光率和图像法中粗颗粒的投影面积。一系列的图像法遮光率与粗颗粒的投影面积数据拟合成一个多项式方程。Y＝-5*10-6*X3+8*10-5*X2+0.0004*X+0.0005，其中X为参数，Y 为激光法与图像法的结果体积比例。把这个多项式方程和激光法细样品的 D[3,2]与消光系数在软件中存储起来，在以后的实际中融合激光法与图像法数据要用到。这一步相当于建立起一个经验公式，只需做这么一次就行了，以后测试中把测试数据带入经验公式就可以得到激光法与图像法测出数据所对应的体积比例关系，然后就可以按比例把两种方法的数据融合在一起了，做为一个结果输出。
在激光粒度仪的循环流路中采用两个样品池，即两个测量区域，分别对于激光法测量和图像法测量。而且两个区域采用隔光设计，每种方法的光源都不会对另一个测试产生影响。所以两种方法的测量过程可以同时进行。
激光法与图像法同时测量分别得到两种方法的粒度分布结果。同时记录下两种方式的遮光率，与图像法中大颗粒的投影面积。
激光法测得的D[3,2]与消光系数和第一步存储起来的D[3, 2]与消光系数做比例计算，再同粗颗粒的投影面积比例计算得到参数X,把参数X代入第一步存储起来的多项式经验方程， Y＝-5*10-6*X3+8*10-5*X2+0.0004*X+0.0005，得到Y,Y就是激光法与图像法的结果体积比例。
根据得到的体积比例将两种方法的结果数据融合为一组结果数据输出，作为测试样品的最终粒度分布结果。
用户在结果报告输出中可以选择，单独激光法、单独图像法、激光图像融合法；还有颗粒的粒形结果可以输出，如长径比分布、圆形度分布；还可以把颗粒的单颗粒形貌图像输出。
本发明中使用的是0.1～2倍远心镜头，测量粒径范围可以达到30-5000 微米，更换其它倍数的镜头可以改变测量范围，在配合高速CCD相机可以抓拍在流动状态下的颗粒，具有很好的实时性。
Claims (3)
1.一种结合图像法测量的激光粒度仪的测量方法，其特征在于：激光粒度仪具有激光法测量区，还具有图像法测量区，设于激光法侧量区下方，包括图像法CCD、图像法样品池以及图像法光源，其中图像法CCD和图像法样品池安装于原激光器的下部；图像法光源，图像法样品池、图像法镜头以及图像法CCD在安装在一直线上；方法包括以步骤：
取同种物质的两种样品，分别为粗颗粒样品和细颗粒样品；
将粗颗粒样品和细颗粒样品按照不同的重量比例进行配比，形成多份样品；
将每份样品在仪器上分别用激光法和图像法同时测试，得到两种方法的粒度分布结果；
同时记录下两种方法的遮光率和图像法中粗颗粒的投影面积；
将一系列的图像法遮光率与粗颗粒的投影面积数据拟合成一个多项式经验方程；
将该多项式方程和激光法细颗粒样品的D[3，2]与消光系数进行存储；
在激光粒度仪的循环流路中设置两个测量区域，对应激光法测量和图像法测量；
激光法与图像法同时测量分别得到两种方法的粒度分布结果；记录下两种方式的遮光率，与图像法中大颗粒的投影面积；
激光法测得的D[3，2]和消光系数与存储起来的D[3，2]和消光系数做比例计算，再同粗颗粒的投影面积比例计算，得到参数X，把参数X代入存储起来的多项式经验方程，得到Y，Y就是激光法与图像法的结果体积比例；
根据体积比例将两种方法的结果数据融合为一组结果数据输出，作为测试样品的最终粒度分布结果；
所述多项式经验方程为：Y＝-5*10-6*X3+8*10-5*X2+0.0004*X+0.0005，其中X为参数，Y为激光法与图像法的结果体积比例。
2.按权利要求1所述的结合图像法测量的激光粒度仪的测量方法，其特征在于：图像法光源采用平行面光源，激光法采用激光光源，图像法光源与激光光路为相互平行并且互不干涉。
3.按权利要求1所述的结合图像法测量的激光粒度仪的测量方法，其特征在于：所这按照不同的重量比例进行配比，重量比例为20:1、15:1、10:1,5:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:5、1:10、1:15、1:20。
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