CN107543781A - 散射光强分布探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散射光强分布探测系统，其包括：沿光路依次顺序设置的氦氖激光器、光束准直模块、样品池、散射屏、透镜及探测器，由所述氦氖激光器发出的光束经所述光束准直模块准直后入射到所述样品池，所述光束射到所述样品池中的颗粒发生散射，形成不同的散射光强分布在所述散射屏上成像，经所述透镜成像在所述探测器上。所述散射光强分布探测系统无需造价昂贵的大幅面探测器或环形探测器，可以实现仅用市面上常见的探测器就可以实现散射光强分布探测，成本降低，装置简单。

Description

散射光强分布探测系统

技术领域

本发明涉及微粒检测技术领域，尤其涉及一种散射光强分布探测系统。

背景技术

微粒是一种在自然界和工农业生产中广泛接触和应用的物质形态。所谓颗粒是指细小的分散物体，它包括固体、液体或气体颗粒。在国民经济发展过程中，微粒检测技术在很多领域都有广泛的应用，比如石油、冶金、环境、食品、医药等，微粒的大小及浓度直接关系着产品的质量、能源的消耗以及生产的安全，因此，研究微粒的大小及浓度分布具有重要意义。

现在已存在多种不同原理的微粒检测方法，如筛分法、显微图像法、沉降法、库尔特法、颗粒色谱法等。它们有各自的应用范围，但是也存在着各自的局限性。例如筛分法和显微图像法操作复杂、效率低；沉降法测量速度慢，不能处理不同密度的混合物，而且结果受环境因素和人为因素影响较大；库尔特法装置复杂，而且测试范围较小，小孔容易被堵塞，介质要求具备严格的导电性。随着光电子技术的发展，光散射检测方法以其测量粒度范围广、重复性好、准确高效以及无接触等优点受到研究者的广泛关注。光散射检测法基本原理是：当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光会被散射。散射光的传播方向与主光束的传播方向存在一个角度，颗粒的大小决定了角度的大小。大颗粒散射光分布范围小，光强分布峰值靠内；小颗粒散射光分布范围大，光强分布峰值靠外。因此可以通过探测散射光强分布的方法来推演粒度分布。但光散射检测方法也存在一个较大的问题，就是对探测器的要求较高，而所需的大幅面探测器或环形探测器又造价昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种散射光强分布探测系统。

一种散射光强分布探测系统，其包括：沿光路依次顺序设置的氦氖激光器、光束准直模块、样品池、散射屏、透镜及探测器，由所述氦氖激光器发出的光束经所述光束准直模块准直后入射到所述样品池，所述光束射到所述样品池中的颗粒发生散射，形成不同的散射光强分布在所述散射屏上成像，经所述透镜成像在所述探测器上。

本发明一较佳实施方式中，所述氦氖激光器发射632.8nm的激光光束。

本发明一较佳实施方式中，所述光束准直模块包括沿光路依次顺序设置的两个金反射镜及设置于所述两个金反射镜之间的光阑。

本发明一较佳实施方式中，所述样品池为石英比色皿，盛装有聚苯乙烯小球溶液。

本发明一较佳实施方式中，所述散射屏为白色聚苯乙烯构造的正方形观察屏。

本发明一较佳实施方式中，所述透镜为焦距50mm的聚焦透镜。

本发明一较佳实施方式中，所述探测器为用来对散射光成像的MV-DC300工业相机。

相较于现有技术，本发明提供的所述散射光强分布探测系统无需造价昂贵的大幅面探测器或环形探测器，可以实现仅用市面上常见的探测器就可以实现散射光强分布探测，成本降低，装置简单。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例提供的散射光强分布探测系统的架构示意图。

图2为根据图1所示散射光强分布探测系统搭建的实验实物图。

图3为粒径2.0μm聚苯乙烯小球的电镜照片。

图4粒径2.0μm的不同粒子数密度的聚苯乙烯小球溶液实验结果。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明一较佳实施例提供一种散射光强分布探测系统，其包括：沿光路依次顺序设置的氦氖激光器1、光束准直模块2、样品池3、散射屏4、透镜5及探测器6，由所述氦氖激光器1发出的光束经所述光束准直模块2准直后入射到所述样品池3，所述光束射到所述样品池3中的颗粒发生散射，形成不同的散射光强分布在所述散射屏4上成像，并透过所述散射屏4经所述透镜5成像在所述探测器6上。

本实施例中，所述氦氖激光器发射632.8nm的激光光束，射向所述光束准直模块2。

本实施例中，所述光束准直模块2包括沿光路依次顺序设置的两个金反射镜21及设置于所述两个金反射镜21之间的光阑23。所述光束准直模块2利用所述两个金反射镜21及所述光阑23入射到其中的激光光束进行准直，同时，通过控制所述光阑23的大小，可以对激光光束进行扩束或缩束，以获得所需大小的光斑。

本实施例中，所述样品池3为石英比色皿，盛装有聚苯乙烯小球溶液。当然，并不局限于此，所述样品池3和其中的颗粒物也可以根据实际需要进行设计和选择。

本实施例中，所述散射屏4为白色聚苯乙烯构造的正方形观察屏，所述光束射到所述样品池3中的聚苯乙烯小球溶液发生散射，形成不同的散射光在所述散射屏4上成像。

本实施例中，所述透镜5为焦距50mm的聚焦透镜，对透过所述散射屏4的散射光进行聚焦。可以理解的是，所述透明5的焦距并不局限于本实施例，可根据光路中各元件的设置进行设计和选择。

本实施例中，所述探测器6为用来对散射光成像的MV-DC300工业相机，具体地，散射光经所述透镜5聚焦后在所述探测器6中成像。

以下，通过具体实验进行详细说明。

首先，按照图1所示的散射光强分布探测系统搭建系统光路，如图2所示，然后，打开所述氦氖激光器1。

氦氖激光器1发出632.8nm波长的激光光束，激光光束通过两个金反射镜21及光阑23进行准直，实验中还可以根据实际情况通过控制光阑23的大小来对激光光束进行扩缩束；准直后的激光光束入射到装有粒径2.0μm的聚苯乙烯小球溶液的样品池3中(在实验之前，为了防止样品结团，首先对样品进行10分钟的超声处理)，图3为聚苯乙烯小球的电镜照片。聚苯乙烯小球将入射的激光光束散射，形成的散热光射向散射屏4，并在散射屏4上成像。因为直射光和前向极小角度光的强度一般来说都是远高于大角度的散射光，为了防止过饱和现象，实验中对散射屏4的中央进行了遮挡。透镜5对透过散射屏4的散射光进行聚焦，探测器6对散射光进行成像。为了尽可能的测量较大角度的光强分布，充分利用CCD的幅面，实验中对散射屏4的上半部分(高度15mm)进行成像。

实验中采用的透镜5的焦距为50mm、物距为200mm，根据成像公式可以得到像面的位置：

式中s和s'分别表示物距与相距，f是透镜的焦距。

由此可得像距为66.67mm，探测器6的CCD上所成像的放大率为-1/3。图4为粒径2.0μm的不同浓度的聚苯乙烯小球溶液实验结果。

和现有技术相比，本发明提供的基于成像方法的散射光强分布探测系统散射光强分布探测，可以实现仅用市面上常见的探测器就可以实现，成本降低，装置简单。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种散射光强分布探测系统，其特征在于，包括：沿光路依次顺序设置的氦氖激光器、光束准直模块、样品池、散射屏、透镜及探测器，由所述氦氖激光器发出的光束经所述光束准直模块准直后入射到所述样品池，所述光束射到所述样品池中的颗粒发生散射，形成不同的散射光强分布在所述散射屏上成像，经所述透镜成像在所述探测器上。

2.如权利要求1所述的散射光强分布探测系统，其特征在于，所述氦氖激光器发射632.8nm的激光光束。

3.如权利要求1所述的散射光强分布探测系统，其特征在于，所述光束准直模块包括沿光路依次顺序设置的两个金反射镜及设置于所述两个金反射镜之间的光阑。

4.如权利要求1所述的散射光强分布探测系统，其特征在于，所述样品池为石英比色皿，盛装有聚苯乙烯小球溶液。

5.如权利要求1所述的散射光强分布探测系统，其特征在于，所述散射屏为白色聚苯乙烯构造的正方形观察屏。

6.如权利要求1所述的散射光强分布探测系统，其特征在于，所述透镜为焦距50mm的聚焦透镜。

7.如权利要求1所述的散射光强分布探测系统，其特征在于，所述探测器为用来对散射光成像的MV-DC300工业相机。