[实用新型]动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量浑浊介质微粒运动的装置，具体的说是涉及一种用动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置。

背景技术

浑浊介质指能同时产生散射和吸收且主要由散射造成的折射率非均匀性介质；多数生物组织(汁液)中含有大量散射微粒，均为典型的浑浊介质。因此，研究浑浊介质微粒的运动特性对医学、生物学及生命科学等领域具有重要的学术价值和科学意义，是现代科学研究的前沿热点。

散斑是指相干光被粗糙表面或不均匀介质散射后形成的明暗相间的随机光强分布，当被照射介质随时间动态变化时，形成的散斑场也随之变化，称为动态散斑。动态散斑携带了被测样品的信息，可因散斑解析被测样品的内部信息。在浑浊介质微粒运动特性的研究中，动态散斑方法是一种有力的表征手段。

经文献检索，美国专利“浑浊介质中半透明物体的二维成像”(授权号为US5644429A，授权日为1997.07.01)，提供了一种利用4F傅里叶光学成像系统实现对浑浊介质溶液中半透明物体的成像方法，该方法能实现半透明物体的成像，缺点是不能对浑浊溶液中大量微粒的运动过程进行检测；美国专利“清澈和浑浊介质中微粒表征方法及装置”(授权号为US7528384B2，授权日为2009.05.05)，能实现荧光微粒的尺寸、形状及浓度等的检测，但测量精度较低、不能实现实时测量，限制了其应用范围；专利“浑浊介质微粒尺寸、浓度变化的动态散斑测量方法”(公开号为CN101788448A，公开日为2010.07.28)，该方法能够通过对浑浊介质中微粒尺寸及浓度的变化可分析微粒的运动特性，其不足之处是没有考虑激光束光强分布的非均匀性，致使测量结果的精度较低。

分析可知，在对浑浊介质微粒运动特性的测量中，已有技术存在的主要问题是：没有考虑高斯激光束光强非均匀性的影响，没有实现对浑浊介质微粒运动状态的动态、实时、准确检测。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题：提供一种动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置，能消除光强非均匀性的影响，具有动态、实时、准确的特点。

本实用新型提出的动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置，包括一连续波激光器，在该连续波激光器的光束前进方向依次设有激光光束整形器、缩束镜、光阑、起偏器、样品池；激光束经样品池中浑浊介质微粒散射后，在前向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜、检偏器、CCD相机；在后向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜、检偏器、CCD相机；所述的前向散射光场中CCD相机与后向散射光场中CCD相机的输出端与同一台计算机的输入端相连；

所述的连续波激光器发出的激光束经过激光光束整形器后变为均匀光束，然后经过缩束镜将光斑平行缩束，再通过光阑和起偏器后变为强度较高的均匀线偏振光束，照射在样品池上；所述的前向散射光路中会聚镜与样品池和CCD相机的距离均为该会聚镜焦距的二倍；所述的后向散射光路中会聚镜与样品池和CCD相机的距离均为该会聚镜焦距的二倍。

本实用新型的工作过程为：

(1)用前向散射光路中CCD相机连续记录下浑浊介质微粒运动过程中产生的前向散射散斑场存入计算机；同时，用后向散射光路中CCD相机连续记录下浑浊介质微粒运动过程中产生的后向散射散斑场存入计算机；

(2)根据微粒光散射理论分析，当浑浊介质中微粒线度小于入射光波长时，前向散射占主导地位，此时以前向散射光路CCD相机采集的数据为主进行分析，后向散射光路CCD相机采集的数据起信息补充功能；根据瑞利散射理论，以散斑图对比度作为特征值对微粒的凝聚、絮结等运动特性进行表征；散斑图对比度值公式为：其中，V表示对比度值，I表示散斑图的光强分布，<…>表示空间平均；

(3)当微粒线度大于入射光波长时，后向散射占主导地位，此时应以后向散射光路CCD相机采集的数据为主，前向散射光路CCD相机采集的数据则起信息补充功能；此时散射规律由Mie散射理论描述，以散斑尺寸大小及信息小波熵作为特征值对微粒的移动、絮结、凝聚及平均自由程等运动特性进行表征；散斑尺寸由规范化自协方差函数：