CN107991209B - 一种激光粒度仪对中调整方法及机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供激光粒度仪对中调整机构，包括用于发出激光束的激光器、用于为激光束准直的准直扩束系统、用于承载测试样品的样品循环系统、傅立叶透镜及散射探测器，散射探测器上对应傅立叶透镜焦点的位置设有镂空通孔，在散射探测器背离傅立叶透镜的一侧设有单点探测器，由激光器发出的激光束经过准直扩束系统后变成平行光束，再经过样品循环系统及傅立叶透镜后聚焦在散射探测器所处平面，当无测试样品时调整散射探测器的位置使得平行光束经过傅立叶透镜聚焦后通过镂空通孔，再调整单点探测器的位置使得输出信号最大，利用散射探测器上设置镂空通孔和单点探测器进行光路的对准，实现整个机构的对中，本发明还提供了激光粒度仪对中调整方法。
Description
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域，特别涉及一种激光粒度仪对中调整方法及机构。
背景技术
激光粒度仪是专指通过颗粒的衍射或散射光的空间分布(散射谱)来分析颗粒大小的仪器。激光粒度仪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。其具体工作原理如下：由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以一束平行的激光在没有阻碍的无限空间中将会照射到无限远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。
当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象。散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ。散射理论和实验结果都告诉我们，散射角θ的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。与此同时，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，在不同的角度上测量散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。
激光粒度仪作为一种新型的粒度测试仪器，已经在建材、化工、冶金、能源、食品、电子、地质、军工、航空航天、机械、高校、实验室，研究机构等加工、应用与研究领域得到广泛的应用。它的特点是测试速度快、测试范围宽、重复性和真实性好、操作简便等，但由于激光粒度仪主要测量的是颗粒散射光的角度和强度，为此，要求仪器中所有元部件的光轴必须与主光轴一致，对于激光粒度仪装置机械对中装调是一个比较繁琐的操作。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种激光粒度仪对中调整方法及机构，利用散射探测器上设置镂空通孔和单点探测器进行光路的对准，实现整个机构的对中，操作简便。
第一方面，本发明提供一种激光粒度仪对中调整机构，包括：用于发出激光束的激光器、用于为所述激光束准直的准直扩束系统、用于承载测试样品的样品循环系统、傅立叶透镜及散射探测器，所述散射探测器上对应所述傅立叶透镜焦点的位置设有镂空通孔，在所述散射探测器背离所述傅立叶透镜的一侧设有单点探测器，所述单点探测器的接收方向与所述镂空通孔的中心线共线，由所述激光器发出的激光束经过所述准直扩束系统后变成平行光束，所述平行光束经过所述样品循环系统及所述傅立叶透镜后聚焦在所述散射探测器所处平面，当所述样品循环系统内无测试样品时调整所述散射探测器的位置使得所述平行光束经过所述傅立叶透镜聚焦后通过所述镂空通孔，再调整所述单点探测器的位置使得输出信号最大。
可选地，所述准直扩束系统包括会聚透镜、空间滤波器以及准直透镜，所述激光器发出的激光束经过所述会聚透镜后聚焦，在焦点位置设置所述空间滤波器，经过所述空间滤波器将高阶散射光进行滤除通过呈发散光束的低频激光束，所述低频激光束经过所述准直透镜后形成平行光束。
可选地，所述样品循环系统包括进料组件、出料组件以及样品池，所述进料组件、所述出料组件以及所述样品池的排布方向与所述激光束的光路方向垂直，所述样品池位于所述进料组件及所述出料组件之间。
可选地，所述散射探测器具有一组同心圆环排布的硅光电二极管阵列，所述镂空通孔位于所述散射探测器的中心，所述镂空通孔的圆心与所述圆心圆环的圆心重合。
可选地，还包括分光棱镜及电子显微镜，所述分光棱镜位于所述散射探测器和所述单点探测器之间，通过所述镂空通孔的光线照射在所述分光棱镜处分成两束，其中一束投射后由所述单点探测器接收，另一束反射至所述电子显微镜进行实时观测。
可选地，还包括上位机，所述单点探测器、所述散射探测器分别与所述上位机电性连接，所述单点探测器将接收到的光信号传输至所述上位机，所述上位机根据所述光信号确定透射光强、分析测试样品的浓度以及控制所述激光器的输出光强；
所述探测器在所述样品循环系统中有测试样品时接收到散射能量并转化为电信号采集处理后得到数字图像，所述上位机对所述数字图像进行反演算法计算得到粒度分布。
可选地，所述单点探测器采用光电二极管。
可选地，所述激光器为单色激光器。
第二方面，本发明提供一种激光粒度仪对中调整方法，应用于上述的激光粒度仪对中调整机构，所述方法包括：
由激光器发出的激光束经过准直扩束系统后变成平行光束；
所述平行光束照射在样品循环系统及傅立叶透镜聚焦在散射探测器所处平面；
当所述样品循环系统内无测试样品时调整所述散射探测器的位置使得聚焦光斑穿过所述散射探测器上的镂空通孔，直至与所述镂空通孔共线的单点探测器输出的信号能量达到极值时停止调整所述散射探测器的位置；
调整所述单点探测器的位置直至输出的信号最大化时停止。
可选地，所述方法还包括：
通过电子显微镜实时观测透过所熟识镂空通孔的光斑中心，调整所述散射探测器的位置直至所述光斑中心与所述镂空通孔的圆心重合后停止。
本发明提供的激光粒度仪对中调整机构，包括用于发出激光束的激光器、用于为所述激光束准直的准直扩束系统、用于承载测试样品的样品循环系统、傅立叶透镜及散射探测器，所述散射探测器上对应所述傅立叶透镜焦点的位置设有镂空通孔，在所述散射探测器背离所述傅立叶透镜的一侧设有单点探测器，所述单点探测器的接收方向与所述镂空通孔的中心线共线，由所述激光器发出的激光束经过所述准直扩束系统后变成平行光束，所述平行光束经过所述样品循环系统及所述傅立叶透镜后聚焦在所述散射探测器所处平面，当所述样品循环系统内无测试样品时调整所述散射探测器的位置使得所述平行光束经过所述傅立叶透镜聚焦后通过所述镂空通孔，再调整所述单点探测器的位置使得输出信号最大，利用散射探测器上设置镂空通孔和单点探测器进行光路的对准，实现整个机构的对中，另外，通过分光棱镜和电子显微镜的组合使用，可以直观地观测到激光粒度仪光轴与光电探测器光轴的同轴情况，并可以针对仪器机械对中的装调给出指导性意见，为仪器的装调提出了理论依据，提高仪器的精确度，降低仪器对中装调的复杂程度，提升仪器装调的效率，本发明提供的激光粒度仪对中调整方法也具有同样的有益效果。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的激光粒度仪对中调整机构的结构示意图；
图2是本发明实施例中提供的激光粒度仪对中调整机构的结构示意图；
图3是本发明实施例中提供的激光粒度仪对中调整方法的流程示意图。
附图标记：
激光器1，准直扩束系统2，样品循环系统3，傅立叶透镜4，散射探测器5，上位机6，会聚透镜7，准直透镜8，空间滤波器9，进料组件10、出料组件11，样品池12，镂空通孔13，分光棱镜14、电子显微镜15，单点探测器16。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示，本发明提供一种激光粒度仪对中调整机构，包括：用于发出激光束的激光器1、用于为所述激光束准直的准直扩束系统2、用于承载测试样品的样品循环系统3、傅立叶透镜4及散射探测器5，所述散射探测器5上对应所述傅立叶透镜4焦点的位置设有镂空通孔13，在所述散射探测器5背离所述傅立叶透镜4的一侧设有单点探测器16，所述单点探测器16的接收方向与所述镂空通孔13的中心线共线，由所述激光器1发出的激光束经过所述准直扩束系统2后变成平行光束，所述平行光束经过所述样品循环系统3及所述傅立叶透镜4后聚焦在所述散射探测器5所处平面，当所述样品循环系统3内无测试样品时调整所述散射探测器5的位置使得所述平行光束经过所述傅立叶透镜4聚焦后通过所述镂空通孔13，再调整所述单点探测器16的位置使得输出信号最大，通过在散射探测器5上设置镂空通孔13使得聚焦光线穿过实现对散射探测器5的位置调整，再通过调整单点探测器16的位置获得输出信号的最大对散射探测器5和所述单点探测器16的位置进行对中。
更有选的方案，增加分光棱镜14及电子显微镜15，分光棱镜14位于散射探测器5和单点探测器16之间，通过所述镂空通孔13的光线照射在所述分光棱镜14处分成两束，其中一束投射后由所述单点探测器16接收，另一束反射至所述电子显微镜15进行实时观测，利用分光棱镜14巧妙的将聚焦光线分成两部分，通过单点探测器16检测到光信号可以初步判断整个机构是否对准，再通过电子显微镜15可以直接观测到聚焦光线的光斑中心与镂空通孔13的圆心是否重合，从而可以提高对中的精确度。
本实施例中，所述准直扩束系统2包括会聚透镜7、空间滤波器9以及准直透镜8，所述激光器1发出的激光束经过所述会聚透镜7后聚焦，在聚焦的焦点位置设置所述空间滤波器9，经过所述空间滤波器9将高阶散射光进行滤除通过呈发散光束的低频激光束，所述低频激光束经过所述准直透镜8后形成平行光束，当采用单色激光束时候，经过准直扩束系统2的准直后可以得到低频单色激光束。
本实施例中，所述样品循环系统3包括进料组件10、出料组件11以及样品池12，所述进料组件10、所述出料组件11以及所述样品池12的排布方向与所述激光束的光路方向垂直，排布方向也可以理解为样品的传输方向，即由进料组件10到样品池12再到出料组件11的运送方向，因此为了方便平行光束的照射，排布方向优选与平行光束的照射方向垂直，所述样品池12位于所述进料组件10及所述出料组件11之间，经过准直扩束系统2处理后的平行光束照射在样品池12进行样品检测。
本实施例中，所述散射探测器5具有一组同心圆环排布的硅光电二极管阵列，包含感光面和绝缘沟道两个部分，可以由激光光刻技术进行划分，所述镂空通孔13位于所述散射探测器5的中心，镂空通孔13采用圆孔结构，对此不做限定，所述镂空通孔13的圆心与所述圆心圆环的圆心重合，当聚焦光线的光斑中心与镂空圆心重合时候则整个机构完成对中。
本实施例中，还包括上位机6，上位机6采用计算机组成，所述单点探测器16、所述散射探测器5分别与所述上位机6电性连接，所述单点探测器16将接收到的光信号传输至所述上位机6，所述上位机6根据所述光信号确定透射光强、分析测试样品的浓度以及控制所述激光器1的输出光强，探测器在所述样品循环系统3中有测试样品时接收到散射能量并转化为电信号采集处理后得到数字图像，所述上位机6对所述数字图像进行反演算法计算得到粒度分布。
单点探测器16采用光电二极管，单点探测器16可以输出单一信号，用于装调光路、完成系统的精确对中，记录透射光强，配合上位机6计算分析待测样品的浓度以及控制激光器1的输出光强，有效防止光电探测信号过饱和。
所述激光器1为单色激光器，激光器1作为激光粒度仪的光源，发出一束单色激光作为工作光源使用。
本发明提供的激光粒度仪对中调整机构，包括用于发出激光束的激光器1、用于为所述激光束准直的准直扩束系统2、用于承载测试样品的样品循环系统3、傅立叶透镜4及散射探测器5，所述散射探测器5上对应所述傅立叶透镜4焦点的位置设有镂空通孔13，在所述散射探测器5背离所述傅立叶透镜4的一侧设有单点探测器16，所述单点探测器16的接收方向与所述镂空通孔13的中心线共线，由所述激光器1发出的激光束经过所述准直扩束系统2后变成平行光束，所述平行光束经过所述样品循环系统3及所述傅立叶透镜4后聚焦在所述散射探测器5所处平面，当所述样品循环系统3内无测试样品时调整所述散射探测器5的位置使得所述平行光束经过所述傅立叶透镜4聚焦后通过所述镂空通孔13，再调整所述单点探测器16的位置使得输出信号最大，利用散射探测器5上设置镂空通孔13和单点探测器16进行光路的对准，实现整个机构的对中，另外，通过分光棱镜14和电子显微镜15的组合使用，可以直观地观测到激光粒度仪光轴与光电探测器光轴的同轴情况，并可以针对仪器机械对中的装调给出指导性意见，为仪器的装调提出了理论依据，提高仪器的精确度，降低仪器对中装调的复杂程度，提升仪器装调的效率。
对应地，本发明提供一种激光粒度仪对中调整方法，应用于上述的激光粒度仪对中调整机构，所述方法包括：
S1、由激光器1发出的激光束经过准直扩束系统2后变成平行光束；
S2、所述平行光束照射在样品循环系统3及傅立叶透镜4聚焦在散射探测器5所处平面；
S3、当所述样品循环系统3内无测试样品时调整所述散射探测器5的位置使得聚焦光斑穿过所述散射探测器5上的镂空通孔13，直至与所述镂空通孔13共线的单点探测器16输出的信号能量达到极值时停止调整所述散射探测器5的位置；
S4、调整所述单点探测器16的位置直至输出的信号最大化时停止。
本发明还提供了一种激光粒度仪对中调整方法，具体包括：
S301由激光器1发出的激光束经过准直扩束系统2后变成平行光束；
S302所述平行光束照射在样品循环系统3及傅立叶透镜4聚焦在散射探测器5所处平面；
S303当所述样品循环系统3内无测试样品时调整所述散射探测器5的位置使得聚焦光斑穿过所述散射探测器5上的镂空通孔13，直至与所述镂空通孔13共线的单点探测器16输出的信号能量达到极值时停止调整所述散射探测器5的位置；
S304通过电子显微镜15实时观测透过所熟识镂空通孔13的光斑中心，调整所述散射探测器5的位置直至所述光斑中心与所述镂空通孔13的圆心重合后停止；
S305调整所述单点探测器16的位置直至输出的信号最大化时停止。
结合图3所示，具体地，本发明中提到的激光粒度仪对中调整方法步骤如下：
步骤S01：在样品循环系统3无测试样品时，粗调散射探测器5的位置，使的聚焦光斑穿过中心镂空通孔13，则此时单点探测器16产生信号输出。
步骤S02：细调散射探测器5的位置使单点探测器16输出的信号能量达到极值。
步骤S03：实时观测电子显微镜15中透过中心镂空通孔13后的光斑中心，精调散射探测器5的位置使得光斑中心与中心镂空通孔13的圆心重合。
步骤S04：其他元器件保持不动，微调单点探测器16的位置，将单点探测器16输出的信号最大化。
本发明提供的激光粒度仪对中调整方法，包括在样品循环系统3无测试样品时，粗调探测器5的位置，使的聚焦光斑穿过中心镂空通孔13，则此时单点探测器16产生信号输出。细调探测器5的位置使单点探测器16输出的信号能量达到极值。实时观测电子显微镜15中透过中心镂空通孔13后的光斑中心，精调探测器5的位置使得光斑中心与中心镂空通孔13的圆心重合，其他元器件保持不动，微调单点探测器16的位置，将单点探测器16输出的信号最大化，当所述样品循环系统内无测试样品时调整所述散射探测器的位置使得所述平行光束经过所述傅立叶透镜4聚焦后通过所述镂空通孔，再调整所述单点探测器的位置使得输出信号最大，利用散射探测器上设置镂空通孔和单点探测器进行光路的对准，实现整个机构的对中，另外，通过分光棱镜14和电子显微镜的组合使用，可以直观地观测到激光粒度仪光轴与光电探测器光轴的同轴情况，并可以针对仪器机械对中的装调给出指导性意见，为仪器的装调提出了理论依据，提高仪器的精确度，降低仪器对中装调的复杂程度，提升仪器装调的效率。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种激光粒度仪对中调整方法及机构进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种激光粒度仪对中调整机构，其特征在于，包括：用于发出激光束的激光器、用于为所述激光束准直的准直扩束系统、用于承载测试样品的样品循环系统、傅立叶透镜及散射探测器，所述散射探测器上对应所述傅立叶透镜焦点的位置设有镂空通孔，在所述散射探测器背离所述傅立叶透镜的一侧设有单点探测器，所述单点探测器的接收方向与所述镂空通孔的中心线共线，由所述激光器发出的激光束经过所述准直扩束系统后变成平行光束，所述平行光束经过所述样品循环系统及所述傅立叶透镜后聚焦在所述散射探测器所处平面，当所述样品循环系统内无测试样品时调整所述散射探测器的位置使得所述平行光束经过所述傅立叶透镜聚焦后通过所述镂空通孔，再调整所述单点探测器的位置使得输出信号最大；
还包括分光棱镜及电子显微镜，所述分光棱镜位于所述散射探测器和所述单点探测器之间，通过所述镂空通孔的光线照射在所述分光棱镜处分成两束，其中一束透射后由所述单点探测器接收，另一束反射至所述电子显微镜进行实时观测；
所述散射探测器具有一组同心圆环排布的硅光电二极管阵列，所述镂空通孔位于所述散射探测器的中心，所述镂空通孔的圆心与所述同心圆环的圆心重合；
所述单点探测器采用光电二极管。
2.根据权利要求1所述的激光粒度仪对中调整机构，其特征在于，所述准直扩束系统包括会聚透镜、空间滤波器以及准直透镜，所述激光器发出的激光束经过所述会聚透镜后聚焦，在焦点位置设置所述空间滤波器，经过所述空间滤波器将高阶散射光进行滤除通过呈发散光束的低频激光束，所述低频激光束经过所述准直透镜后形成平行光束。
3.根据权利要求1所述的激光粒度仪对中调整机构，其特征在于，所述样品循环系统包括进料组件、出料组件以及样品池，所述进料组件、所述出料组件以及所述样品池的排布方向与所述激光束的光路方向垂直，所述样品池位于所述进料组件及所述出料组件之间。
4.根据权利要求1所述的激光粒度仪对中调整机构，其特征在于，还包括上位机，所述单点探测器、所述散射探测器分别与所述上位机电性连接，所述单点探测器将接收到的光信号传输至所述上位机，所述上位机根据所述光信号确定透射光强、分析测试样品的浓度以及控制所述激光器的输出光强；
所述探测器在所述样品循环系统中有测试样品时接收到散射能量并转化为电信号采集处理后得到数字图像，所述上位机对所述数字图像进行反演算法计算得到粒度分布。
5.根据权利要求1所述的激光粒度仪对中调整机构，其特征在于，所述激光器为单色激光器。
6.一种激光粒度仪对中调整方法，其特征在于，应用于权利要求1至5中任一项所述的激光粒度仪对中调整机构，所述方法包括：
由激光器发出的激光束经过准直扩束系统后变成平行光束；
所述平行光束照射在样品循环系统及傅立叶透镜聚焦在散射探测器所处平面；
当所述样品循环系统内无测试样品时调整所述散射探测器的位置使得聚焦光斑穿过所述散射探测器上的镂空通孔，直至与所述镂空通孔共线的单点探测器输出的信号能量达到极值时停止调整所述散射探测器的位置；通过电子显微镜实时观测透过所熟识镂空通孔的光斑中心，调整所述散射探测器的位置直至所述光斑中心与所述镂空通孔的圆心重合后停止；
调整所述单点探测器的位置直至输出的信号最大化时停止。
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