CN112326517A - 一种扫描调制式激光颗粒度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，属于材料分析测量领域。本发明主要由光强调制准直激光器、主框架、透明样品池、小孔光电探测器、扫描电机以及配套的驱动、采集、信号处理系统组成。利用机械扫描方案取代传统的分布式多探测器布局方案，实现对粉末颗粒衍射散射光分布规律的探测，具有结构简单、成本低、探测器数量少、角度分辨力高、信号处理过程简单的优点。利用交流调制的激光光源取代传统的光强稳定光源，实现交流光电接收、窄带交流放大，有效抑制阳光、照明光等环境光对测量系统的干扰，从而取消体积庞大的暗室和避光结构，不仅能够缩小测量系统体积，提高便携性，也利于实现工业现场应用和生产中的在线测量应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，属于材料分析测量领域。
背景技术
激光颗粒度测量仪是分析粉末颗粒度及其分布的重要技术手段，其测量精度高、适应范围广，在粉末材料分析及生产领域广泛应用。
激光颗粒度测量仪依据粉末散射体对激光的衍射散射现象工作。散射体中颗粒对光的衍射散射规律可用Fraunhoffer衍射理论和Mie理论解释。其核心是测量粉末散射体对入射光的衍射散射光的分布数据，据此计算粉末颗粒度及其分布规律。因此如何精确获取衍射散射光的分布数据，是激光颗粒度测量仪的核心问题。
传统的激光颗粒度测量仪衍射散射光接收方案如图1所示。光强稳定激光器发出的平行光束照射到样品池中的粉末样品而发生衍射散射，其衍射散射光接收系统由分散在不同散射角上的主探测器、大角度探测器、广角探测器、反向散射探测器组成；其中的主探测器由多个同心圆环形探测器组合拼装而成，部分产品同心圆环接收器数量多达32个，激光颗粒度测量仪的测量分辨力受环形探测器数量和拼装精度限制。该衍射散射光接收方案所需光电接收器众多、测量的角度分辨力低、结构复杂、信号放大系统复杂、安装调整困难，在成本和可靠性方面存在不足。
传统的激光颗粒度测量仪的激光光源光强稳定，其光电探测器获得的是直流信号，直流信号易受阳光、照明光等环境光干扰的影响，因此需设置专门的暗室或避光结构，体积庞大，在成本和使用便利性方面存在不足。
总之，传统激光颗粒度测量仪存在接收方案复杂、抗干扰能力低的弱点，本发明就是针对上述不足进行针对性改进。
发明内容
未解决传统激光颗粒度测量仪存在接收方案复杂、抗干扰能力低的弱点，本发明公开的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置要解决的技术问题是：降低激光颗粒度测量装置结构复杂度，提高激光颗粒度测量装置抗干扰能力，还具有结构简单、探测器数量少、角度分辨力高、信号处理过程简单的优点。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，主要由光强调制准直激光器、主框架、透明样品池、小孔光电探测器、扫描电机以及配套的驱动、采集、信号处理系统组成。
光强调制准直激光器和透明样品池与主框架固连；光强调制准直激光器的输出光垂直照射到透明样品池的工作区域；光强调制准直激光器发出的调制激光照射到透明样品池中的粉末样品上，发生衍射散射，所述衍射散射光被小孔光电探测器接收，用于分析粉末样品的颗粒度。
作为优选，光强调制准直激光器发出光强调制的调制准直激光束，作为测量装置的光强交变光源。小孔光电探测器接收到的衍射散射光强信号为交流信号，由窄带交流放大电路放大和检测，能够抑制环境杂散光扰动，具有较高的抗干扰能力。
作为优选，小孔光电探测器的接收孔大小决定光强分布数据测量的角度分辨力，通过改变该小孔大小实现信号强度和测量分辨力的优化。
作为优选，小孔光电探测器在扫描电机的驱动下，绕入射激光束与粉末样品的交点旋转，该过程中连续采集衍射散射光强数据，从而得到该平面上的衍射散射光强随角度变化的分布规律，由此计算粉末样品的颗粒度数据。
作为优选，光强调制准直激光器的激光光束处于小孔光电探测器的扫描平面内，且扫描轴心位于激光束与粉末样品的交点处。
有益效果：
1、本发明公开的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，利用机械扫描方案取代传统的分布式多探测器布局方案，实现对粉末颗粒衍射散射光分布规律的探测，具有结构简单、探测器数量少、角度分辨力高、信号处理过程简单的优点，能够显著降低激光颗粒度测量装置的成本并提高测量系统的稳定性和可靠性。
2、本发明公开的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，利用交流调制的激光光源取代传统的光强稳定光源，使光强信号接收与处理系统可以实现交流光电接收、窄带交流放大，有效抑制阳光、照明光等环境光对测量系统的干扰，从而取消体积庞大的暗室和避光结构，不仅能够缩小测量系统体积，提高便携性，也利于实现工业现场应用和生产中的在线测量应用。
附图说明
图1是传统激光颗粒度测量装置组成结构示意图。其中6为光强稳定激光器、7为样品池、8为粉末样品、9为大角度探测器、10为主探测器、11为广角探测器、12为反向散射探测器。
图2是一种扫描调制式激光颗粒度测量装置结构示意图。其中1为光强调制准直激光器、 2为主框架、3为透明样品池、4为小孔光电探测器、5为扫描电机。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图2所示，本实施例公开的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，由光强调制准直激光器1、主框架2、透明样品池3、小孔光电探测器4、扫描电机5以及配套的驱动、采集、信号处理系统组成，
光强调制准直激光器1采用半导体准直激光器，波长650nm、输出功率3mW，进行39kHz 的光强调制；透明样品池3为石英玻璃薄壁皿，内部空间厚度0.5mm；小孔光电探测器4采用滨松光子的端窗光电倍增管R1166，小孔直径1mm；小孔光电探测器4其输出交流信号由 36kHz-42kHz窄带交流放大器放大，并由数据采集卡采集到计算机进行处理；扫描电机5采用四通公司的57式步进电机；在扫描电机5带动下，小孔光电探测器4小孔的扫描半径为300mm。
测量过程中，小孔光电探测器4获得了粉末颗粒衍射散射光在-170°～170°范围内的光强分布信号，角度分辨力0.2°，在计算机软件协助下，获得被测粉末样品的颗粒度及其分布数据，用于分析粉末样品的颗粒度。
上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及方法予以实施。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，其特征在于：主要由光强调制准直激光器(1)、主框架(2)、透明样品池(3)、小孔光电探测器(4)、扫描电机(5)以及配套的驱动、采集、信号处理系统组成；
光强调制准直激光器(1)和透明样品池(3)与主框架(2)固连；光强调制准直激光器(1)的输出光垂直照射到透明样品池(3)的工作区域；光强调制准直激光器(1)发出的调制激光照射到透明样品池(3)中的粉末样品上，发生衍射散射，所述衍射散射光被小孔光电探测器(4)接收，用于分析粉末样品的颗粒度。
2.如权利要求1所述的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，其特征在于：光强调制准直激光器(1)发出光强调制的调制准直激光束，作为测量装置的光强交变光源；小孔光电探测器(4)接收到的衍射散射光强信号为交流信号，由窄带交流放大电路放大和检测。
3.如权利要求1所述的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，其特征在于：小孔光电探测器(4)的接收孔大小决定光强分布数据测量的角度分辨力，通过改变该小孔大小实现信号强度和测量分辨力的优化。
4.如权利要求1所述的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，其特征在于：小孔光电探测器(4)在扫描电机(5)的驱动下，绕入射激光束与粉末样品的交点旋转，该过程中连续采集衍射散射光强数据，从而得到该平面上的衍射散射光强随角度变化的分布规律，由此获得粉末样品的颗粒度数据。
5.如权利要求1或2所述的一种扫描调制式激光颗粒度测量装置，其特征在于：光强调制准直激光器(1)的激光光束处于小孔光电探测器(4)的扫描平面内，且扫描轴心位于激光束与粉末样品的交点处。
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