[实用新型]一种基于动态光散射信号时间相干度的超细颗粒测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于动态光散射信号时间相干度的超细颗粒测量装置。

背景技术

颗粒是指悬浮在空气或液体中的固体、液体(油滴)、气体(气泡)或分子团，通常情况下超细颗粒指粒径在10微米以下的颗粒。超细颗粒及其形成物作为原料、中间物或产品在自然界以及生产过程中是普遍存在的。它们对产品或材料的性能和质量、能源的消耗、环境质量、人民身体健康、全球气象及作物生长等都有重大的影响。准确测量超细颗粒粒度，具有重要的经济和社会意义。

颗粒粒径测量的方法很多，早在二十世纪八十年代，各种颗粒测量仪器已达400多种。就其测量原理，可分为筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法、及光散射法等。它们各具特点，但受工作原理的限制，除电子显微镜和光散射法中的光子相关光谱法以外，其它方法的测量下限很难进入到1微米以下的测量范围，即使能进行亚微米级颗粒的测量，也已经远非其最佳或合理的测量范围，难以保证可靠的测量精度。其中电子显微镜存在测量时间长、试样制备繁琐和测量要求较高等问题，因此不适合在线测量。而光子相关光谱方法的颗粒测量装置，需用昂贵的数学相关器，因此存在成本较高的缺点。因此发明一种测量速度快、精度高、成本相对较低的超细颗粒测量装置具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了测量0.1微米到5微米之间颗粒的平均粒径，并提供一种基于动态光散射信号时间相干度的超细颗粒测量装置。

悬浮液中的超细颗粒受到周围水分的不断撞击就会产生布朗运动，颗粒布朗运动产生的散射光信号的功率谱具有Lorentzian功率谱的形式，由于Lorentzian功率谱的衰减线宽(也叫Rayleigh线宽)中包含颗粒的粒径信息，同时线宽又可以通过散射信号的相干度测量，因此通过对散射光信号时间相干度的分析就能得到颗粒的粒径信息。

基于上述原理，本发明采用的技术方案如下：

一种基于动态光散射信号时间相干度的超细颗粒测量装置，包括入射光路，接收光路，散射信号的采集和处理单元，其特征在于，所述入射光路由激光器(1)、凸透镜(2)、和样品池(3)组成，所述接收光路由样品池(3)、针孔光阑(4，5)和滤光片(6)组成，散射信号的采集和处理单元由光电探测器(7)、光子计数板(8)和计算机(9)组成；

光电探测器(7)安装在90度散射角的光路上，使散射光依次通过针孔光阑(4)，针孔光阑(5)和滤光片(6)组成的空间滤光装置后进入光电探测器(7)。其中针孔光阑(4)用于限定散射体体积以提高散射光强并确定相干面积，针孔光阑(5)用于限定光电探测器的感光面积以保证其小于等于相干面积，滤光片(6)用于滤除环境的杂散光。

光电探测器为光电倍增管(7)。

本发明的有益效果是：

本发明采用光子计数板代替了传统的数字相关器，可降低装置的硬件成本50％。同时，基于动态光散射信号时间相干度的算法较光子相关光谱法原理简单，且计算速度快，还具有自主知识产权，利于后续维护及开发。

附图说明

图1是本发明的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的基于动态光散射信号时间相干度的超细颗粒测量装置，包括激光器1，凸透镜2，样品池3，针孔光阑4，5，滤光片6，光电探测器7，光子计数板8，计算机9。由激光器1、凸透镜2、和样品池3组成入射光路。由样品池3、针孔光阑4，5和滤光片6组成信号接收光路。由光电探测器7、光子计数板8和计算机9组成散射信号的采集和处理单元。

光电探测器7安装在90度散射角的光路上，使散射光依次通过针孔光阑4，针孔光阑5和滤光片6组成的空间滤光装置后进入光电探测器7。其中针孔光阑4用于限定散射体体积以提高散射光强并确定相干面积，针孔光阑5用于限定光电探测器的感光面积以保证其小于等于相干面积，滤光片6用于滤除环境的杂散光。

本发明的测量装置操作步骤为：首先打开激光器1预热，调整凸透镜2使入射光聚焦在样品池3内，调整针孔光阑4和针孔光阑5，使散射信号以90度的散射角先后经过针孔光阑4、针孔光阑5和滤光片6，进入光电探测器7；将盛有标准样品的样品池3放到测量区；运行计算机9中的数据采集软件；设定光子计数板8的采样周期，启动光子计数板8对光电探测器7输出的脉冲信号进行计数，并送计算机9内存；改变光子计数板8的采样周期，重新启动光子计数板8对光电探测器7输出的脉冲信号进行计数，并送计算机9内存；计算机9根据两组数据的计算出信号的相干度，进而得到颗粒的粒径信息。

本发明的具体测量步骤为：