[发明专利]一种颗粒球形度同轴数字全息检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种颗粒球形度同轴数字全息检测装置，其特征在于，包括沿着光照方向依次顺序布置的激光光源(10)、滤光片(20)、准直扩束器(30)、颗粒样品池(40)、显微镜(60)、阵列式检测器(70)；所述颗粒样品池(40)置于旋转台(50)上；所述阵列式检测器(70)连接计算机(80)；所述激光光源(10)、滤光片(20)、准直扩束器(30)、颗粒样品池(40)、显微镜(60)、阵列式检测器(70)的中心点均处于一条直线上；所述旋转台(50)为电控旋转台，此电控旋转台与计算机(80)电连接；所述颗粒样品池(40)可随所述旋转台(50)绕旋转台的中心轴旋转。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒球形度同轴数字全息检测装置，其特征在于：所述激光光源(10)为单色性的相干光源；所述滤光片(20)使用带通滤光片；所述准直扩束器(30)用于将激光光源(10)发出的光束进行扩束和准直，使得光束的照射面积略大于所述阵列式检测器(70)的面积。

3.根据权利要求2所述的一种颗粒球形度同轴数字全息检测装置，其特征在于：所述旋转台(50)带动所述颗粒样品池(40)转动，改变所述颗粒样品池(40)中的颗粒相对于光束投射方向的位置，从而产生同一颗粒相对于不同角度光束投射方向下的干涉条纹；所述显微镜(60)用于放大所述干涉条纹，提高分辨率；所述阵列式检测器(70)检测干涉条纹的光强信号，记录同一颗粒对应于不同角度光束投射方向下的全息图数据，并将所述全息图数据传送到所述计算机(80)；所述计算机(80)根据同一颗粒对应于不同角度光束投射方向的全息图数据，利用计算机模拟光学衍射过程，构造出此颗粒对应于不同角度光束投射方向的二维截面投影，对每一个二维截面投影均进行椭圆拟合并计算椭圆系数，所述椭圆系数即为拟合得到的椭圆的短轴与长轴之比，然后取多个二维截面投影的椭圆系数的平均值，即可实现对此颗粒的颗粒球形度的检测。

4.根据权利要求3所述的一种颗粒球形度同轴数字全息检测装置，其特征在于：所述旋转台(50)采用步进的控制方式，旋转台(50)每转动一个角度，所述阵列式检测器(70)便可获取该角度下的颗粒的全息图数据；且所述旋转台(50)和所述阵列式检测器(70)通过信号同步控制器实现同步。

5.根据权利要求3所述的一种颗粒球形度同轴数字全息检测装置，其特征在于：所述颗粒样品池(40)内添加使颗粒充分分散的酒精。

6.根据权利要求3或4或5所述的一种颗粒球形度同轴数字全息检测装置，其特征在于：所述颗粒样品池(40)内的颗粒密度控制在1个/mm³。

7.一种颗粒球形度同轴数字全息检测方法，其特征在于：

S1，采用单色性的相干光源对颗粒样品池(40)内的颗粒进行照射，获得颗粒的干涉条纹，根据所得干涉条纹得到并记录颗粒样品池(40)内所有颗粒的全息图数据，然后根据全息图数据构造出每一个颗粒的二维截面投影，并对所得二维截面投影进行椭圆拟合，然后计算得到每一个颗粒对应的椭圆的椭圆系数，所述椭圆系数即为拟合得到的椭圆的短轴与长轴之比；

S2，转动颗粒样品池(40)，此时颗粒样品池(40)中的颗粒跟随颗粒样品池(40)转到另一个位置，获得所有颗粒在转动后位置的干涉条纹，根据所得干涉条纹得到并记录所有颗粒在转动后的全息图数据，然后根据全息图数据构造出每一个颗粒在转动后位置的二维截面投影，对所得二维截面投影进行椭圆拟合，然后计算得到每一个颗粒对应的椭圆的椭圆系数，所述椭圆系数即为拟合得到的椭圆的短轴与长轴之比；然后继续转动颗粒样品池(40)，直至获得所有颗粒的在不同位置时的多个二维截面投影的椭圆系数；

S3，对每一个颗粒通过前述操作获得的多个二维截面投影的椭圆系数取平均值，即可实现对每一个颗粒的颗粒球形度的检测。

8.根据权利要求7所述的一种颗粒球形度同轴数字全息检测方法，其特征在于，在整个检测过程中，所述颗粒样品池(40)共旋转360度，且所述颗粒样品池(40)每次旋转的角度均相同。

9.根据权利要求7所述的一种颗粒球形度同轴数字全息检测方法，其特征在于，在所述颗粒样品池(40)中，当某一颗粒由前一位置旋转到下一位置时，确认此颗粒在下一位置的方法如下：

以所述颗粒样品池(40)的旋转中心建立空间直角坐标系，设X轴、Z轴所组成的X-Z平面为水平面，Y轴为垂直于水平面的轴，设某一颗粒的前一位置的坐标为(x,z,y)，且此颗粒与Y-Z平面的角度为β，旋转方向已知，且此颗粒的旋转角度为α,则旋转后此颗粒的坐标为(x',z',y')，x',z',y'的值由以下公式计算得到：

β＝arctan(x/z)

y’＝y

由此可以提前算出此颗粒的下一位置，也即此颗粒在旋转后的所述颗粒样品池(40)中的位置，然后采用单色性的相干光源对颗粒样品池(40)内的计算所得下一位置处的颗粒进行照射，则可以获得同一个颗粒的在转动后的干涉条纹。