[发明专利]同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置及方法

权利要求书

1.一种同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征在于，该测量装置从左到右由激光源、样品池、透镜、面阵光敏器件同轴布置构成，激光源发出的激光束入射激光照射到样品池中的颗粒，在入射激光照射下样品池中作布朗运动的颗粒产生动态光散射，这些颗粒的动态光散射信号经过透镜后汇聚，被布置在透镜焦面上的面阵光敏器件连续记录，产生M幅时间序列的颗粒运动的连续图像，所述的连续图像上颗粒光散射产生的光点形成了被测颗粒的布朗运动轨迹。

2.一种利用权利要求1所述测量装置的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗

粒粒度的方法，其特征在于，该方法具体步骤为：

将由激光光源发出的激光束入射到样品池，样品池中加有水或其他颗

粒分散液体；

用面阵光敏器件拍摄这时的背景光信号图像并记录；

在样品池中加入被测颗粒样品；

连续拍摄并记录保存至少一幅以上颗粒的动态光散射图像； 

在得到至少一幅以上连续的颗粒动态光散射图像后，先根据背景光图

像用小波变换、滤波算法或其它信号去噪算法对颗粒动态光散射信号图像进行处理，消除背景光的噪音；

对消除噪音后的颗粒动态光散射信号选用下述2种数据处理方法之

一进行处理，得到颗粒的粒度及分布：

a.将每幅图像分割成N个网格，其每个网格中多个颗粒光点信号取平均值，再将连续采集获得的该幅图像中相应网格的信号构成时间序列信号，这样共可以构成N个时间序列信号，由于颗粒的布朗运动，构成的散射光强时间序列信号将是脉动信号，对其做功率谱处理，分析各脉动频率段的功率谱信号，然后应用Stocks-Einstein公式

                       （1）

式中K_B是波尔茨曼常数，T是绝对温度，η是粘度，R是待测颗粒的半径，获得颗粒的粒度分布，将N个时间序列信号做功率谱后取平均值，再应用Stocks-Einstein公式（1），可以得到更准确的颗粒粒度分布；

b.对连续采集获得的至少一幅以上时序图像中的各个光散射点进行追踪，得到其轨迹，根据布朗运动理论，在时刻散射光点相对原点位移平方的期望值是：

                         （2）

由散射光点的轨迹根据式（2）可以求得扩散系数D_t，再应用Stocks-Einstein公式（1）得到该轨迹对应的颗粒粒度，将所有这些结果综合后，可以获得被测颗粒的粒度分布。

3.根据权利要求1所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征在于，所述的样品池布置在接收透镜的后面，激光源发出的激光束先经透镜后入射到样品池，其颗粒的动态散射光再被面阵光敏器件或摄像机连续接收记录，获得连续变化散射光点空间分布运动图像序列。

4.根据权利要求1、3所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征在于，所述的激光光源后置有转角棱镜，以减小测量装置的尺寸，由激光

光源发出的激光束经转角棱镜转动90度后，入射到透镜或样品池。

5.根据权利要求1所述的动态图像动态光散射纳米颗粒粒度装置，其特征在于，在所述的面阵光敏器件和样品池之间布置了道威棱镜来改变散射光的路径，激光束经透镜后入射到在样品池中的被测颗粒，作布朗运动的颗粒的动态散射光在转角棱镜中经2次全反射后到达面阵光敏器件，面阵光敏器件连续记录颗粒的动态光散射信号，获得时序图像。

6.根据权利要求3所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征在于，面阵光敏器件布置在入射激光束侧向小于180度,大于0度角位置，面阵光敏器件在侧向测得颗粒的动态光散射信号，根据侧向测得的颗粒动态散射光信号进行数据处理，得到纳米颗粒的粒度。

7.根据权利要求3所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征在于，所述的面阵光敏器件由2个面阵光敏器件组成，所述2个面阵光敏器分别布置在激光源发出的入射激光束的前向0度位置和侧向小于180度角位置，同时测量颗粒的前向和侧向动态散射光。

8.根据权利要求1-7所述的动态图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，面阵光敏器件采用CCD和CMOS相机。