CN1084967A

CN1084967A - 颗粒粒径的直接测量方法和测量装置

Info

Publication number: CN1084967A
Application number: CN 92111272
Authority: CN
Inventors: 李栋; 顾雪梅
Original assignee: SHANGHAI MEASUREMENT TECHNOLOGY INST
Current assignee: SHANGHAI MEASUREMENT TECHNOLOGY INST
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-06

Abstract

本发明提供一种利用光学显微镜对颗粒粒径进行直接测量的测量方法及测量装置，采用步进电机来驱动载物平台和可动分划板的移动，从而可根据使可动分划板上的刻线扫过粒径所需输给步进电机的脉冲数来精确测量和计算颗粒粒径，并且输出的脉冲信号可由微机等装置进行自动计算，同时视场切换精确，极大地减轻了操作人员的劳动强度，使测量速度显著提高，同时保证了测量精度，使直接测量法能够在实际应用中得到充分发挥。

Description

本发明涉及测量技术和测量装置，更具体地涉及一种利用光学显微镜直接测量颗粒粒径的直接测量方法和直接测量装置。

目前国内外常用的粒度仪是采用间接的粒径测量方法进行测量的，即测出和粒径有一定对应关系的光信号和电信号后再换算成粒径的，由于受目前理论基础限制，无法完全修正换算误差。为提高测量精度，常用粒度标准物质校准仪器，但标准物质的定值误差又限制了精度的提高。这类粒度仪结构复杂，价格昂贵，在使用上受到一定限制，尤其在高精度测量领域更无法胜任。

而利用光学显微镜对颗粒粒径进行直接测量的方法就不存在换算误差，因此在理论上是一种能够实现高精度测量的方法。在英国标准BS3406中就规定采用直接测量法。

但事实上，这种方法很难实现高精度测量，原因是这种方法在实际操作中有困难。一般实际操作是如下进行的：测量人员选定某一视场中的某一颗粒作为测量对象后，用手转动鼓轮带动可动分划板，使此分划板上的刻线扫过粒径，并记下分划板刻线扫过粒径之前和之后时鼓轮上的刻度位置，以便以后进行粒径计算。在切换视场时，操作人员仅凭经验用手移动载物平台或载玻片，根本无法保证所选视场是否会部分重叠而重复测量。从这些实际操作中我们可以看到，现有的普通显微镜在进行粒径测量时，鼓轮上刻度的精确性及操作人员的读数误差都将限制测量精度的提高，也无法提高测量速度。

而同样难以解决的问题是操作人员的疲劳以及随之带来的误差使直接测量法在实际应用范围、可靠性及精确测量方面受到了限制，因此实际上这种精确的测量方法常常用于不精确的测量。尤其是，颗粒粒径的测量是一种统计累积的过程，据有关文献介绍，用普通的光学显微镜需测400-800个颗粒才能有足够的代表性，计数、测量、分级、统计等等工作量很大。操作工人完全凭手动进行测量，这工作量无疑是巨大而费时的，因此极易产生疲劳，而操作人员疲劳及其所带来的误差也是限制这种测量方法应用的极为不利的因素。另外，在操作时，操作人员时而要看目镜下的分划板刻线，时而要读出鼓轮的刻度，不同视觉焦距的不断交替使眼睛极易疲劳。

因此，虽然直接测量法最直接地反映颗粒粒径，但在用于实际测量时，其测量精度不高，测量速度慢，操作人员的劳动强度极大。这一些因素限制了这一方法的广泛应用。

本发明的目的即是提供一种直接测量颗粒粒径的方法及采用该方法的测量装置，可直接利用普通光学显微镜对颗粒粒径进行快速、精确的测量，并可大大降低操作人员的劳动强度。

为实现此目的，本发明一方面提供一种用光学显微镜直接测量颗粒粒径的直接测量方法，它包括下列步骤：

a.将待测颗粒制作成载玻片样本，并将载玻片样本置于显微镜的载物平台上;

b.沿横向及纵向移动载物平台进行视场切换;

c.沿斜向移动显微镜的可动分划板使此分划板上的刻线扫过所测颗粒的粒径;

由步进电机在脉冲信号控制下实现步骤b和c中所述载物平台和可动分划板的移动;该方法还包括步骤

d.由下式计算所测颗粒的粒径：

D＝ (Na)/(m)

其中：D-粒径

N-步骤c中使刻划板上的刻线扫过粒径而给带动刻划板的步进电机输入的脉冲数

a-单位脉冲下分划板的位移量

m-显微镜的物镜放大倍数

上述脉冲信号可由一微机、单片机或数字电路装置输入给各步进电机。

本发明另一方面提供一种直接测量颗粒粒径的装置，该装置包括一光学显微镜，该光学显微镜由照明部分、载物平台、光学放大部分以及包括固定分划板和可动分划板的粒径测量部分组成，还包括两个分别驱动载物平台进行横向和纵向移动的步进电机和一个驱动可动分划板进行斜向移动的步进电机，所述各步进电机分别通过各自的传动机构与载物平台及可动分划板连接;还包括一向各步进电机输入脉冲信号的装置。

该脉冲信号输入装置可以是一微机、单片机或数字电路装置。

由于利用步进电机来驱动可动分划板，因此操作时只要通过按钮或开关向步进电机输入脉冲信号，就能使分划板移动一个精确的位移，而粒径的数值即可由使分划板上的刻线移过粒径时所输入的脉冲数来计算。因此，只要单位脉冲下分划板刻线移动位移大小适当，就能精确而快速地测量粒径，克服了已有技术中鼓轮刻度的读数误差。在操作时，操作人员的眼睛可一直观察着目镜，视觉焦距始终如一，眼睛不易疲劳。

利用步进电机驱动载物平台进行视场切换，除了操作方便外，还使视场切换准确率高，所测颗粒不会重复测量，保证了抽样的代表性，与从前相比可少测一半颗粒，这又可进一步加快测量速度，减少疲劳。

本发明还有一个很大的优点，就是可实现测量的半自动化，使劳动强度大大降低，使测量速度大为提高。因为一般在测量时，除了粒径的计算，必要时还要进行其他统计运算，比如计算个数平均径、表面积平均径等等。由于采用步进电机可使测量结果以脉冲数的形式输出，这可以直接通过适当的接口技术输入到某一微机或单片机等，使计算过程自动化，这可大大降低劳动强度，而劳动强度的降低又进一步减少了操作人员因疲劳而带来的误差。同时，总的测量速度可提高30倍以上。因此，本发明使直接测量有了实际意义，使其精确性得到的体现。

本发明的装置在成本上与传统的粒度仪、图像分析仪等等相比是低廉的，在结构上很小巧，而使用起来却极为方便，测量迅速，使普通实验室都能利用本发明进行颗粒的快速分析或生产中的在线分析，还可用于标准物质的定值工作。

为对本发明的特点和优点有更清楚的了解，下面结合附图对一较佳实施例进行详细描述。

图1为本发明测量装置的示意图;

图2a为固定分划板图样;

图2b为可动分划板图样;

图2c为目镜中观察到的两分划板重叠图样。

参看图1，本发明测量装置的光学测量部分是由普通光学显微镜组成的。其中，由冷光源7、反射镜8、可变光阑9、集光镜10组成照明部分，由平台11组成载物平台部分，由物镜组6和目镜16组成光学放大部分，由固定分划板14和可动分划板15组成粒径测量部分。这些组成部分都是普通光学显微镜中所具备的。

本发明的测量装置中的特点叙述如下。载物平台11与两个步进电机3、4相连，这两个步进电机3、4通过各自的传动件（比如丝杆）分别驱动载物平台11进行横向和纵向的移动，以进行视场切换。步进电机3、4通过接口控制器20与一微机21相连，当微机21向步进电机3、4分别输入一脉冲信号时，步进电机3、4分别转过一个角度，并进而通过各自的丝杆带动载物平台11分别在横向和纵向上移过一个位移量。这种自动步进载物平台避免了视场的重复测量，提高了视场切换的准确性，保证了抽样的代表性，与以往方法比较可少测一半以上的颗粒。

可动分划板15由传动件（比如精密丝杆19）与一高精度步进电机17相连，步进电机17通过接口控制器20也连接到微机21上。为提高精确度，步进电机17可通过一套筒连接结构18与丝杆19连接。当微机21向步进电机17输入一个脉冲信号时，步进电机17转动一个角度，并进而由传动机构带动可动分划板15沿135°的斜向移动一个位移量，即转过一小格。这样，即可精确地移动可动分划板15以进行粒径测量，从而提高了精度。

参看图2a、2b、2c，在固定分划板14上刻有45°倾角的短线23、24，可动分划板15上刻有十字叉线25、26和45°倾角的短线。当可动分划板15在步进电机17带动下沿135°倾角移动时，十字叉线25扫过的粒径为水平方向马丁直径，十字叉线26扫过的粒径为竖直方向马丁直径。可动分划板15的移动范围，由短线27不超出短线23、24之间的区域为限，若短线超出规定区域，丝杆19可能卡死。

当颗粒较大时，也可一次由微机21向步进电机17发出数个脉冲信号，可使可动分划板15一次移动数个位移量，即移过数格，以加快测量速度。

微机21除了可以向各个步进电机3、4、17分别输入脉冲信号，还可以进行测量数据和处理和运算，加快了总的测量速度。

下面以SRM1003a颗粒为例，说明本发明方法的测量步骤。其中物镜组6由40^X、10^X、2.5^X三个物镜组成，可放大粒径为0.8-1000μm的颗粒。固定分划板14和可动分划板15之间的距离为100 μm。

首先进行载波片样本制备。制样是为了得到分散均匀、对样本总体有代表性的载玻片样本。具体做法是先用多点取样法则从样本总体取出约100mg的样品，加入30-50ml矿油，用50KHz超声波处理3-5分钟，保证颗粒在矿油中均匀扩散。用滴管在机械搅拌下吸取少量矿油后快速滴于玻片5上，压上盖玻片，并赶走盖玻片下的气泡。压盖玻片的目的是减少颗粒边缘矿油光折射对测量的影响和避免颗粒团聚。

将载玻片5置于载物平台11上，根据SRM1003a颗粒的粒径范围（8-58μm），选择放大倍率m为10^X的物镜进行测量。

根据上述制样时的取样量，一个视场有10-15个颗粒。选定某个颗粒，通过微机21向步进电机17输入脉冲信号，使可动分划板15的十字叉线25或26扫过这个颗粒的粒径，记下脉冲数N，然后根据下式计算这个颗粒的粒径D：

D＝ (N·a)/(m)

其中a为单位脉冲可动分划板的位移量。

当一个视场的颗粒测量完毕后，由微机21分别向步进电机3、4输入脉冲信号，带动载物平台11进行横向和纵向移动，自动切换到下一个视场。对球形度较好的样品，测量20个视场、200个颗粒，即可得到准确度很高的粒径。测量结果可由打印机22输出，也可记录在磁带机（未示）里。

本发明采用高精度步进电机驱动可动分划板和载物平台，在所花代价较低的条件下，达到了目前粒度分析的最高精度。利用微机，使粒径测量、数据处理的速度也大为提高。目前本发明已成功用于填补国内空白的固体颗粒度标准物质5B2004的定值工作。

除了可利用上述微机22作为各步进电机的脉冲信号输入装置外，还可采用单片机、数字电路装置等来取代微机22。至于各步进电机的传动机构除了丝杆之外，还可以是齿条或其他形式的传动机构，而步进电机当然也可是旋转运动式的，或者是直线式的。

Claims

1、一种用光学显微镜直接测量颗粒粒径的直接测量方法，包括下列步骤：

a.将待测颗粒制作成载玻片样本，并将载玻片样本置于显微镜的载物平台上；

b.沿横向及纵向移动载物平台进行视场切换；

c.沿斜向移动显微镜的可动分划板使此分划板上的刻线扫过所测颗粒的粒径；

其特征在于：

由步进电机在脉冲信号控制下实现步骤b和c中所述载物平台和可动分划板的移动；该方法还包括步骤

d.由下式计算所测颗粒的粒径：

D= (Na)/(m)

其中：D-粒径

N-步骤c中使刻划板上的刻线扫过粒径而给带带动分划板的步进电机输入的脉冲数

a-单位脉冲下分划板的位移量

m-显微镜的物镜放大倍数。

2、如权利要求1所述的直接测量方法，其特征在于，所述的各步进电机通过由丝杆或齿条分别带动所述的载物平台和可动分划板进行移动。

3、如权利要求1或2所述的直接测量方法，其特征在于，所述的脉冲信号由一微机输入给步进电机，并由该微机记录脉冲数N并进行步骤d的粒径计算。

4、如权利要求1或2所述的直接测量方法，其特征在于，所述的脉冲信号由一单片机输入给步进电机。

5、如权利要求1或2所述的直接测量方法，其特征在于，所述的脉冲信号由一数字电路装置输入给步进电机。

6、一种根据权利要求1所述的方法直接测量颗粒粒径的测量装置，包括一光学显微镜，该光学显微镜由照明部分、载物平台、光学放大部分以及包括固定分划板和可动分划板的粒径测量部分组成，其特征在于：

还包括两个分别驱动载物平台进行横向和纵向移动的步进电机和一个驱动可动分划板进行斜向移动的步进电机，所述各步进电机分别通过各自的传动机构与载物平台及可动分划板连接;还包括一向各步进电机输入脉冲信号的装置。

7、如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述的传动机构包括一丝杆或齿条。

8、如权利要求6或7所述的测量装置，其特征在于，所述脉冲信号输入装置为一微机，该微机还记录脉冲数并进行粒径计算。

9、如权利要求6或7所述的测量装置，其特征在于，所述脉冲信号输入装置为一单片机。

10、如权利要求6或7所述的测量装置，其特征在于，所述脉冲信号输入装置为一数字电路装置。