CN215931597U - 一种激光扫描粒度仪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光扫描粒度仪装置，包括探头和主机，探头包括机械外壳及其内部装置，主机包括激光发射和接受装置以及信号处理装置；机械外壳内部设置有传动扫描装置和光学系统，光学系统由光纤、准直透镜和光学凸透镜组成，传动扫描装置由直流电机、电机编码器、联轴器、机械轴和轴承组成，直流电机的输出端通过联轴器与机械轴传动连接，机械轴通过螺纹与光学凸透镜连接实现传动；该装置能够在全工艺过程中实时在线监测颗粒大小、数量和的变化情况，通过改变环境条件和对颗粒体系持续的追踪，从而帮助科研人员和工程师更好的优化和控制颗粒系统，使开发工艺更加稳定，以便得到更高质量的产品。

Description

一种激光扫描粒度仪装置

技术领域

本实用新型涉及粒度分析仪器技术领域，具体而言，涉及一种激光扫描粒度仪装置。

背景技术

当前已有的技术水平主要有两类，一类是利用光的散射或者是测量单个颗粒的反响散射光的数量，分析液体介质中的颗粒大小和数量。第二类是光学仪器设备，涉及液体介质中颗粒的化学分析。利用光的散射或者是测量单个颗粒的反响散射光的数量这种方式无法同时测量化学成分，单个颗粒的大小和数量。已有的光学仪器设备这类仪器的缺点是不能对单个颗粒进行分析，不能提供单个颗粒的数量和大小。通常粒度分析以离线的方式进行，但是离线测量方法会造成延时或者取样存在误差，是对粒度的一种假设，离线测量的方式往往不能进行工艺过程中的实施优化和控制。

实用新型内容

为了弥补以上不足，现有在线测量技术是实时在线颗粒表征的技术，不能保证在高浓度及不透明的溶液和颗粒体系下，能够对颗粒粒径和颗粒数量进行高重复性和高重现的测量。为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种实时粒径和粒数分析的技术，可以直接在工艺过程中进行测量，追踪颗粒系统的特定区间，分析透明和非透明液体与乳液中的颗粒，在线追踪颗粒的粒径、粒数的变化。

本发明所采用的技术方案是：采用基于激光扫描反射测量技术，采用全新的激光光源，配合特殊光路将平行于其光轴进入聚焦透镜的所有光线或光束聚焦在光轴上的透镜焦点上从而将激光高度聚焦于观测物质上，通过聚焦光路收集返回的信号，通过一系列数据处理得到被测物质表面信息，配合机械结构实现扫描效果，信号处理装置通过反射回来的激光信息获得被测溶液的粒度信息。

该装置能够在全工艺过程中实时在线监测颗粒大小、数量和液体的变化情况。通过改变环境条件和对颗粒体系持续的追踪，从而帮助科研人员和工程师更好的优化和控制颗粒系统，使开发工艺更加稳定，以便得到更高质量的产品。主要用于液体介质中粒度的分析，主要包括颗粒的数量，颗粒的大小。

本实用新型是这样实现的：

一种激光扫描粒度仪装置，包括探头和主机，探头包括机械外壳及其内部装置，主机包括激光发射和接受装置以及信号处理装置；

机械外壳，所述机械外壳从左自右由平面镜座、通道管、采光筒、连接筒、电机安装筒、端盖组成，各部件之间通过螺纹连接，所述采光筒的左端均开设有若干安装孔；所述机械外壳内部设置有传动扫描装置和光学系统；

传动扫描装置，所述传动扫描装置包括直流电机，该所述直流电机设置在所述机械外壳的右端部，所述直流电机的右端设置有电机编码器，所述直流电机的输出端通过联轴器与机械轴传动连接，所述机械轴的两端均设置有轴承，两个所述轴承均固定于所述采光筒的内部；

光学系统，所述光学系统包括光纤、准直透镜和光学凸透镜，所述光纤和准直透镜均设置于所述安装孔的内部，所述准直透镜设置在光纤的左端，所述光学凸透镜通过螺纹连接于所述机械轴左端；

所述激光发射和接收装置以及信号处理装置设置在所述主机内部。

在本实用新型的一种实施例中，所述平面镜座的左端设置有平面镜，所述平面镜起密封作用。

在本实用新型的一种实施例中，所述传动扫描装置借助于所述直流电机以一定的角速度绕所述机械轴旋转。

在本实用新型的一种实施例中，所述传动扫描装置还包括控制器，所述直流电机(1) 通过所述控制器控制实现目标转速。

在本实用新型的一种实施例中，所述激光发射和接收装置还包含光束滤光器，用于选择性的接收限定波长范围的光。

在本实用新型的一种实施例中，所述直流电机、所述联轴器、所述机械轴和所述机械外壳的中心轴线重合。

本实用新型的有益效果是：

采用基于激光扫描反射测量技术，采用全新的激光光源，配合特殊光路将平行于其光轴进入聚焦透镜的所有光线或光束聚焦在光轴上的透镜焦点上从而将激光高度聚焦于观测物质上，通过聚焦光路收集返回的信号，通过一系列数据处理得到被测物质表面信息，配合机械结构实现扫描效果，信号处理装置通过反射回来的激光信息获得被测溶液的粒度信息。

该装置能够在全工艺过程中实时在线监测颗粒大小、数量和液体的变化情况。通过改变环境条件和对颗粒体系持续的追踪，从而帮助科研人员和工程师更好的优化和控制颗粒系统，使开发工艺更加稳定，以便得到更高质量的产品。主要用于液体介质中粒度的分析，主要包括颗粒的数量，颗粒的大小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为激光扫描粒度仪探头装置立体结构示意图；

图2为激光扫描粒度仪探头装置立体分解结构示意图；

图3为激光扫描粒度仪探头装置剖面结构示意图。

图中：1、直流电机；2、电机编码器；3、机械外壳；301、平面镜座；302、通道管；303、采光筒；304、连接筒；305、电机安装筒；306、端盖；4、轴承； 5、联轴器；6、机械轴；7、光学凸透镜；8、光纤；9、准直透镜；10、平面镜。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，一种激光扫描粒度仪装置，包括探头和主机，探头包括机械外壳3及其内部装置，主机包括激光发射和接受装置以及信号处理装置；

机械外壳3，机械外壳3从左自右由平面镜座301、通道管302、采光筒303、连接筒304、电机安装筒305、端盖306组成，各部件之间通过螺纹连接，采光筒303的左端均匀开设有若干安装孔30101；所述机械外壳3内部设置有传动扫描装置和光学系统；

传动扫描装置，传动扫描装置包括直流电机1，该直流电机1设置在机械外壳3的右端部，直流电机1的右端设置有电机编码器2，直流电机1的输出端通过联轴器5与机械轴6传动连接，机械轴6的两端均设置有轴承4，两个轴承均固定于采光筒303的内部；

光学系统，光学系统包括光纤8、准直透镜9和光学凸透镜7，光纤8和准直透镜9均设置于安装孔30101的内部，准直透镜9设置在光纤8的左端，光学凸透镜7通过螺纹连接于机械轴6左端；

激光发射和接收装置以及信号处理装置设置在主机内部；

平行于光轴的第一光束聚焦在光轴上的焦点中，同样平行于光轴的第二光束在与第一光束不同的位置处进入聚焦透镜，但是被聚焦到相同的焦点中。额外的平行光线束将全部聚焦到同一焦点上，如果镜头绕机械轴6旋转，与光轴平行但不共线，所有光束仍聚焦在一个公共焦点上，然而，在围绕轴旋转透镜时，焦点的位置将改变。焦点将在垂直于旋转轴的扫描平面中遵循圆形路径。

如果是一束光线，则位于焦点处的物体会将光散射到所有方向，反之亦然，一部分散射光被透镜收集并准直成接收光束，随着透镜绕轴旋转，焦点将扫描位于圆形扫描路径上的物体，每当焦点击中物体之一时，光将被反向散射到接收束中，显然，根据透镜的性质，该概念可以扩展为具有多个照明和接收光束或光束，所有光束或光束都聚焦在同一扫描点上。

来自光源激光发射装置的光入射到光纤8中。该光被引导到光学器件，该光学器件形成准直的照明光束，该光束被扫描透镜聚焦到焦点第二准直光学器件限定光束，光束也被透镜聚焦成光轴上的焦点，光束和另一光束相交并形成测量体积，进入测量空间的粒子将在所有方向上散射光，落入由光束限定的孔中的反向散射光将被光学器件接收并耦合到光纤8中，光纤8将接收到的散射光引导至检测器，检测器将光信号转换为电信号，然后由检测器电子装置处理电信号。

当光束使用至少两种不同波长的光时，扫描光学系统应采用消色差或复消色差设计，以确保所有测量体积一致。使用几种不同的照射波长的这种布置的可能应用不仅是分析悬浮在流体介质中的颗粒的数量和大小，如果接收探测器是光谱仪，来自单个扫描粒子的光谱信息可以通过一个接收光学器件获得，否则可以使用多个接收光学器件，每个接收光学器件将光通过波长滤光片引导到单独的检测器。

激光发射和接收装置设置在主机内部，激光发射和接收装置由光纤进行发射和接收激光，激光被光学部件聚焦到距离平面镜10窗口很近的一个点上，当光线照射到溶液中的颗粒时会被反射回激光发射和接收装置，传感器探测反射光的脉冲，并且记录测量的弦长。当发射的激光束经过传动扫描系统透过颗粒系统的颗粒时，每当扫描到一个颗粒都会被反射，光源探测器捕捉反射光的脉冲，实质就是反射光的时间脉冲。

传动扫描装置借助于直流电机1以一定的角速度绕机械轴6旋转。

传动扫描装置还包括控制器，直流电机1通过控制器控制实现目标转速。

激光发射和接收装置还包含光束滤光器，用于选择性的接收限定波长范围的光。

直流电机1、联轴器5、机械轴6和机械外壳3的中心轴线重合。

具体的，该一种激光扫描粒度仪装置的工作原理：首先需要在激光束扫过颗粒系统时对颗粒进行计数，然后就是需要测量激光扫描过颗粒时经过的时间和距离，也就是所指的时间脉冲。因为激光束通过传动扫描系统以一定的速度进行扫描，距离由时间脉冲也很容易转换得出，需要测量激光扫描过颗粒时经过的距离，也就是弦长。此弦长和颗粒系统中的颗粒大小、颗粒数量以及颗粒的形状都有一定的联系，颗粒系统的粒度信息也由此可以获得。

可以构建一种分布模型，每秒分析数千个弦长，得到弦长分布线型图，弦长分布模型本质上可以看作是颗粒系统的图形，随着时间的推移，就可以得到每个弦长的分布统计数据的趋线。通过改变操作条件和追踪工艺过程中的粒度信息实现颗粒系统的控制和优化。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种激光扫描粒度仪装置，包括探头和主机，其特征在于：所述探头包括机械外壳(3)及其内部装置，所述主机包括激光发射和接受装置以及信号处理装置；

机械外壳(3)，所述机械外壳(3)从左自右由平面镜座(301)、通道管(302)、采光筒(303)、连接筒(304)、电机安装筒(305)、端盖(306)组成，各部件之间通过螺纹连接，所述采光筒(303)的左端均匀开设有若干安装孔(30101)，所述机械外壳(3)内部设置有传动扫描装置和光学系统；

传动扫描装置，所述传动扫描装置包括直流电机(1)、电机编码器(2)、联轴器(5)、机械轴(6)和轴承(4)，该所述直流电机(1)设置在所述机械外壳(3)的右端部，所述直流电机(1)的右端设置有电机编码器(2)，所述直流电机(1)的输出端通过联轴器(5)与机械轴(6)传动连接，所述机械轴(6)的两端均设置有轴承(4)，两个所述轴承均固定于所述采光筒(303)的内部；

所述光学系统，所述光学系统包括光纤(8)、准直透镜(9)和光学凸透镜(7)，所述光纤(8)和准直透镜(9)均设置于所述安装孔(30101)的内部，所述准直透镜(9)设置在光纤(8)的左端，所述光学凸透镜(7)螺纹连接于所述机械轴(6)左端；

所述激光发射和接收装置以及信号处理装置设置在所述主机内部。

2.根据权利要求1所述的一种激光扫描粒度仪装置，其特征在于：所述平面镜座(301)的左端设置有平面镜(10)，所述平面镜(10)起密封作用。

3.根据权利要求1所述的一种激光扫描粒度仪装置，其特征在于：所述传动扫描装置借助于所述直流电机(1)以一定的角速度绕所述机械轴(6)旋转。

4.根据权利要求1所述的一种激光扫描粒度仪装置，其特征在于：所述传动扫描装置还包括控制器，所述直流电机(1)通过所述控制器控制实现目标转速。

5.根据权利要求1所述的一种激光扫描粒度仪装置，其特征在于：所述激光发射和接收装置还包含光束滤光器，用于选择性的接收限定波长范围的光。

6.根据权利要求1所述的一种激光扫描粒度仪装置，其特征在于：所述直流电机(1)、所述联轴器(5)、所述机械轴(6)和所述机械外壳(3)的中心轴线重合。

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