CN112504924B - 一种用于动态光散射法的散射光接收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于动态光散射法的散射光接收系统，其包括比色皿、样品池支架、光阑、圆筒组件和光电探测器，所述样品池支架用于放置所述比色皿，且所述样品池支架设有用于接收散射光的通孔；所述光阑、所述圆筒组件和所述光电探测器依次设置于所述样品池具有通孔的一侧，且所述光阑的开口、所述圆筒组件的截面、所述光电探测器的探测区域和所述样品池支架的通孔位于同一轴线，其可以有效的接收到散射光线，提高了散射光线的信噪比，降低了动态光散射法的检测难度。
Description
技术领域
本发明涉及动态光散射测量的技术领域，特别是涉及一种用于动态光散射法的散射光接收系统。
背景技术
纳米材料应用于科学和工业的各个方面，如信息产业、能源环保、原油回收和生物医药等。其中，纳米颗粒粒径是纳米材料的重要表征特性之一。目前，动态光散射法凭借其具有非接触、测量速度快和准确的优点，被ISO标准推荐为测量纳米颗粒粒径的标准方法。
传统的动态光散射法的接收装置是利用凸透镜的汇聚原理，通过凸透镜将从被测物体发散的散射光会聚在其焦点处，再将光接收器件放置于凸透镜的焦点处接收散射光。传统的动态光散射法的接收装置通常在一个开放的环境中检测，其缺陷在于，光学透镜易被污染；自然光与散射光混在一起进入光电探测器；被测物体与光电探测器相隔较远，因环境中大气或者测量装置的移动等原因易使得成像光斑在光电探测器接收面上漂移，导致无法接收到有效散射光。这些因素无疑增加检测难度，降低了信噪比。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种用于动态光散射法的散射光接收系统，其可以有效的接收到散射光线，提高了散射光线的信噪比，降低了动态光散射法的检测难度。
在一个实施例中，本发明的用于动态光散射法的散射光接收系统包括比色皿、样品池支架、光阑、圆筒组件和光电探测器，所述样品池支架用于放置所述比色皿，且所述样品池支架设有用于接收散射光的通孔；
所述光阑、所述圆筒组件和所述光电探测器依次设置于所述样品池具有通孔的一侧，且所述光阑的开口、所述圆筒组件的截面、所述光电探测器的探测区域和所述样品池支架的通孔位于同一轴线。
进一步，所述圆筒组件包括大圆筒和小圆筒，所述小圆筒嵌套于所述大圆筒内部，且所述小圆筒和所述大圆筒之间可相对移动，使得所述大圆筒和所述小圆筒内部所形成的散射光接收通道的长度可调。
进一步，还包括接收距离调节装置，所述接收距离调节装置包括光电探测器移动台和驱动装置；
所述光电探测器移动台用于固定所述光电探测器和所述小圆筒，所述驱动装置用于驱动所述光电探测器移动台沿所述大圆筒的轴线方向往复移动，以调节所述大圆筒和所述小圆筒内部所形成的散射光接收通道的长度。
进一步，所述驱动装置包括第一步进电机、第一联轴器、旋转杠杆和滑轨；
所述第一步进电机的中心轴和所述旋转杠杆分别固定在所述第一联轴器的两端，所述光电探测器移动台套合于所述旋转杠杆，所述光电探测器移动台的底部可移动的固定于所述滑轨；
当所述第一步进电机通过所述第一联轴器带动所述旋转杠杆旋转时，所述旋转杠杆带动所述光电探测器移动台沿所述滑轨前后移动，以驱动所述光电探测器移动台沿所述大圆筒的轴线方向往复移动。
进一步，所述光阑还包括具有标尺的螺旋杆，所述螺旋杆用于调节所述光阑的开口大小。
进一步，还包括第二步进电机和第二联轴器，所述第二步进电机的中心轴和所述螺旋杆分别固定在所述第二联轴器的两端。
进一步，还包括针孔片，所述针孔片设置于所述圆筒组件和所述光电探测器之间，且所述针孔片的开口与所述圆筒组件的截面和所述光电探测器的探测区域位于同一轴线。
进一步，还包括橡胶片，所述橡胶片设置于所述针孔片和所述光电探测器之间，且所述橡胶片的开口与所述圆筒组件的截面和所述光电探测器的探测区域位于同一轴线。
进一步，所述橡胶片的开口面积大于所述针孔片的开口面积，且小于所述光电探测器的接收区域的面积。
进一步，所述大圆筒和所述小圆筒的表面涂有黑色涂料。
本申请实施例所提供的一种用于动态光散射法的散射光接收系统，通过样品池支架、光阑、圆筒组件和光电探测器，可以有效的接收到散射光线，弥补了传统的动态光散射法的散射光接收装置无法避免杂散光和探测困难的缺陷，大大降低了动态光散射法的检测难度和提高了散射光线的信噪比，并进一步可以通过第二步进电机调节光阑的开口大小，从而可以自动调节散射光光通量面积，还可以通过接收距离调节装置调节大圆筒和小圆筒组成的散射光接收通道的长度，调节散射光的接收距离，还具备了结构简单，操作方便的特点。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为传统技术中光散射法的接收装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例中的用于动态光散射法的散射光接收系统的结构示意图；
图3为本发明一个实施例中的光阑的结构示意图；
图4为本发明一个实施例中的用于动态光散射法的散射光接收系统的结构示意图；
图5为本发明一个实施例中的接收距离调节装置的结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
图1为传统技术一个例子中的光散射法的接收装置的结构示意图，激光器发出的激光穿过针孔并通过反射镜入射到样品池中的被测物质，并发出散射光，散射光经过透镜的汇聚后进入光纤接收面，并通过光纤的传输作用进入光电探测器，进行光电转换，输出探测光电流。
上述传统的动态光散射法的接收装置通常在一个开放的环境中检测，其缺陷在于，光学透镜易被污染；自然光与散射光混在一起进入光电探测器；被测物体与光电探测器相隔较远，因环境中大气或者测量装置的移动等原因易使得成像光斑在光电探测器接收面上漂移，导致无法接收到有效散射光。这些因素无疑增加检测难度，降低了信噪比。
针对这一技术问题，本申请实施例提供了一种用于动态光散射法的散射光接收系统，如图2所示，在一个示例性的实施例中，用于动态光散射法的散射光接收系统包括比色皿A1、样品池支架A2、光阑A3、圆筒组件A4、针孔片A5、橡胶片A6和光电探测器A7，比色皿A1作为样品池，用于放置待测样品，样品池支架A2用于放置比色皿A1，且样品池支架A2设有用于接收散射光的通孔A21。
优选的，比色皿A1的四面通光，以便入射光和散射光的直线传播。
光阑A3、圆筒组件A4、针孔片A5、橡胶片A6和光电探测器A7依次设置于样品池具有通孔A21的一侧，且光阑的开口、圆筒组件的截面、针孔片A5和橡胶片A6的开口，以及光电探测器的探测区域和样品池支架的通孔位于同一轴线，使得比色皿A1发出的散射光可以穿过光阑的开口、圆筒组件的内部通道、针孔片A5和橡胶片A6的开口达到光电探测器的探测区域，还可以保证散射光通道处于同一水平，调节时不会产生偏离。
在一个实施例中，针孔片A5的通光直径低于10um，即针孔片A5的开口小于10um。
在一个实施例中，如图2所示，光阑A3还包括具有标尺的螺旋杆A31，螺旋杆A31用于调节光阑A3的开口大小，从而可以通过螺旋杆A31调节散射光光通量的面积。
在一个优选的例子中，如图3所示，光阑A3还包括第二步进电机A32和第二联轴器A33，第二步进电机A32的中心轴和螺旋杆A31分别固定在第二联轴器A33的两端，从而使得可以通过第二步进电机A32自动调节光阑A3的开口大小，实现散射光光通量面积的自动调节。
在一个优选的例子中，如图2所示，圆筒组件A4包括大圆筒A41和小圆筒A42，小圆筒A42嵌套于大圆筒A41内部，且小圆筒A42和大圆筒A41之间可相对移动，使得大圆筒A41和小圆筒A42内部所形成的散射光接收通道的长度可调。在图2的例子中，大圆筒A41和小圆筒A42的两端还设有用于固定大圆筒A41和小圆筒A42的支架。
具体的，小圆筒A42的外直径比大圆筒A41的内直径少0.5mm。
如图4和图5所示，在一个例子中，本申请实施例的用于动态光散射法的散射光接收系统还包括接收距离调节装置，接收距离调节装置包括光电探测器移动台B4和驱动装置；光电探测器移动台B4用于固定小圆筒A42、针孔片A5、橡胶片A6和光电探测器A7，驱动装置用于驱动光电探测器移动台B4沿大圆筒A41的轴线方向往复移动，以调节大圆筒A41和小圆筒A42内部所形成的散射光接收通道的长度。
如图4和图5所示，优选的，驱动装置包括第一步进电机B1、第一联轴器B2、旋转杠杆B3和滑轨B5。
第一步进电机B1的中心轴和旋转杠杆G3分别固定在第一联轴器B2的两端，光电探测器移动台B4套合于旋转杠杆B3，光电探测器移动台B4的底部可移动的固定于滑轨B5。
当第一步进电机B1通过第一联轴器B2带动旋转杠杆B3旋转时，旋转杠杆B3带动光电探测器移动台B4沿滑轨B5前后移动，以驱动光电探测器移动台B4带动针孔片A5、橡胶片A6和光电探测器A7和小圆筒A42沿大圆筒A41的轴线方向往复移动，从而自动调节大圆筒和小圆筒组成的散射光接收通道的长度，以调节散射光的接收距离。
具体的，旋转杠杆B3的表面作外螺纹处理，光电探测器移动台B4内部的通孔圆表面作内螺纹处理，且两种螺纹型号一致，使得光电探测器移动台B4紧密套合于旋转杠杆B3，通过第一联轴器B2的转动来实现带动针孔片A5、橡胶片A6和光电探测器A7和小圆筒A42的前后移动。优选的，滑轨B5中与第一步进电机B1的中心轴连接的通孔直径，比第一步进电机B1的中心轴直径大1mm,滑轨B5中与旋转杠杆B3连接的通孔直径，比旋转杠杆B3直径大1mm。
作为一种优选实施方式，橡胶片A6的开口面积大于针孔片A5的开口面积，且小于光电探测器A7的接收区域的面积，以便散射光通过又能有效避免其他自然光的进入。
在一实施例中，大圆筒A41和小圆筒A42的表面涂有黑色涂料，以达到大圆筒A41和小圆筒A42间能前后移动、避免自然光的进入的同时，吸收杂散光，进一步提高了接收到的散射光的信噪比。
本申请实施例的用于动态光散射法的散射光接收系统的工作过程为：
S1：将待测样品溶解成溶液，注入比色皿A1中，并放置在样品池支架A2内。
S2：待样品液稳定后，向比色皿A1的探测区域射入激光，通过光阑A3、圆筒组件A4、针孔片A5、橡胶片A6组成的散射光通道检测样品溶液产生的散射光，并通过光电探测器A7将其转化为散射光信号。
S4：接收并观察散射光信号，如果散射光信号较弱，则通过第二步进电机A32自动调节光阑A3的开口大小。
S5：粗调：开启光阑自动调节装置的第二步进电机A32，带动第二联轴器A33转动，从而带动可调光阑的螺旋杆A31转动，增加或者减少可调光阑通光孔面积，调节至最佳强度的散射光信号。
S6：微调：开启接收距离调节装置的第一步进电机B1，带动第一联轴器B2和旋转杠杆B3转动，在内外螺纹的作用下，光电探测器A7实现前后移动。当光电探测器A7远离比色皿A1时，散射光信号质量变好，系统的相干因子也相应提高。
本申请实施例所提供的一种用于动态光散射法的散射光接收系统，通过样品池支架、光阑、圆筒组件和光电探测器，可以有效的接收到散射光线，弥补了传统的动态光散射法的散射光接收装置无法避免杂散光和探测困难的缺陷，大大降低了动态光散射法的检测难度和提高了散射光线的信噪比，并进一步可以通过第二步进电机调节光阑的开口大小，从而可以自动调节散射光光通量面积，还可以通过接收距离调节装置调节大圆筒和小圆筒组成的散射光接收通道的长度，调节散射光的接收距离，还具备了结构简单，操作方便的特点。
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。
Claims (8)
1.一种用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于，包括：
比色皿、样品池支架、光阑、圆筒组件和光电探测器，所述样品池支架用于放置所述比色皿，且所述样品池支架设有用于接收散射光的通孔；
所述光阑、所述圆筒组件和所述光电探测器依次设置于所述样品池支架具有通孔的一侧，且所述光阑的开口、所述圆筒组件的截面、所述光电探测器的探测区域和所述样品池支架的通孔位于同一轴线；
所述光阑还包括具有标尺的螺旋杆，所述螺旋杆用于调节所述光阑的开口大小；所述圆筒组件包括大圆筒和小圆筒，所述小圆筒嵌套于所述大圆筒内部，且所述小圆筒和所述大圆筒之间可相对移动，使得所述大圆筒和所述小圆筒内部所形成的散射光接收通道的长度可调。
2.根据权利要求1所述的用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于：
还包括接收距离调节装置，所述接收距离调节装置包括光电探测器移动台和驱动装置；
所述光电探测器移动台用于固定所述光电探测器和所述小圆筒，所述驱动装置用于驱动所述光电探测器移动台沿所述大圆筒的轴线方向往复移动，以调节所述大圆筒和所述小圆筒内部所形成的散射光接收通道的长度。
3.根据权利要求2所述的用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于：
所述驱动装置包括第一步进电机、第一联轴器、旋转杠杆和滑轨；
所述第一步进电机的中心轴和所述旋转杠杆分别固定在所述第一联轴器的两端，所述光电探测器移动台套合于所述旋转杠杆，所述光电探测器移动台的底部可移动的固定于所述滑轨；
当所述第一步进电机通过所述第一联轴器带动所述旋转杠杆旋转时，所述旋转杠杆带动所述光电探测器移动台沿所述滑轨前后移动，以驱动所述光电探测器移动台沿所述大圆筒的轴线方向往复移动。
4.根据权利要求1所述的用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于：
还包括第二步进电机和第二联轴器，所述第二步进电机的中心轴和所述螺旋杆分别固定在所述第二联轴器的两端。
5.根据权利要求1所述的用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于：
还包括针孔片，所述针孔片设置于所述圆筒组件和所述光电探测器之间，且所述针孔片的开口与所述圆筒组件的截面和所述光电探测器的探测区域位于同一轴线。
6.根据权利要求5所述的用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于：
还包括橡胶片，所述橡胶片设置于所述针孔片和所述光电探测器之间，且所述橡胶片的开口与所述圆筒组件的截面和所述光电探测器的探测区域位于同一轴线。
7.根据权利要求6所述的用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于：
所述橡胶片的开口面积大于所述针孔片的开口面积，且小于所述光电探测器的接收区域的面积。
8.根据权利要求1所述的用于动态光散射法的散射光接收系统，其特征在于：
所述大圆筒和所述小圆筒的表面涂有黑色涂料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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