[实用新型]一种带斜置梯形窗口的激光粒度仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表领域，特别涉及一种带斜置梯形窗口的激光粒度仪。

背景技术

利用散射光的角度分布与散射颗粒的大小有关的原理，即米氏散射理论或其近似解夫琅和费衍射理论，通过测量颗粒散射光场的角度分布，计算颗粒大小及其分布的仪器，称为“激光粒度分析仪”或“激光粒度仪”。它已成为当前用途最为广泛的粒度测量仪器，在工业生产和科学研究中具有重要价值。激光粒度仪能测量的最小颗粒尺寸，称为“测量下限”，是仪器性能的重要指标。而根据颗粒的光散射规律，颗粒越小，散射角越大。因此要想测量较小的颗粒，首先要让大角度的散射光到达光电探测器(光电探测器包含大角探测器和主探测器)；同时，由于粒径远小于照明光的波长时，散射光极其微弱(单位体积的颗粒群产生的散射光强与颗粒尺寸的四次方成正比)，因此还要有效阻挡周围杂散光的干扰，才能较准确地测量大角度的散射光。

激光粒度仪的原理如图1所示。它主要由激光光源(激光光源内含扩束器)、会聚透镜、测量池、大角探测器阵列、主探测器阵列等部分组成，测量池主要由两块相互平行的平板玻璃后玻璃和前玻璃以及支撑它们的机械结构组成，玻璃垂直于系统的光轴。待测颗粒置于测量池内。在大多数情况下，待测颗粒需要液体介质(称为“分散介质”或“悬浮介质”)分散并悬浮。主探测器阵列和大角探测器阵列则放置在空气中，因此散射光需从液体穿过玻璃进入空气，才能被探测到。如图2所示，当散射角比较小时，散射光能够从测量池的前玻璃出射；但是当散射光的角度增大后，散射光对测量池后玻璃的入射角也随之增大，当散射角大于临界角(对水介质来说，临界角为48.75°)时，散射光将在玻璃/空气界面上发生全反射，即散射光不能进入空气，也就不能被光电探测器探测到，此时的散射角称为“超大散射角”。现有的激光粒度仪将照明光对窗口正入射，则散射光的散射角等于散射光对前玻璃的入射角，此时全反射的制约使得激光粒度仪的测量下限只能达到0.3μm左右。

为了扩展激光粒度仪的测量下限，必须设法突破全反射限制。目前最常用的方法是用两束甚至三束照明光分时照射颗粒。图3是一种两束照明光的激光粒度仪的原理示意图。其中一束照明光正面垂直入射到测量池，称为“主光束”，其作用与传统激光粒度仪的照明光相同，另一束从后玻璃倾斜入射到测量池内，称为“辅光束”。用这种方法可以有效扩大散射光的接收角度范围。然而，这种方法的缺点是需要两套照明系统，结构复杂。更大的问题是，主光束产生的散射光数据与辅光束产生的散射光数据的衔接，往往不太理想。当待测颗粒的散射光分布主峰处在接缝附近时，其粒径及分布往往测得不好。

有人提出了解决全反射限制的另一种方案，即梯形窗口方案，如图4所示。其构思是把前玻璃适当加厚，并做成梯形。这样较小角度的散射光跟传统光路一样，从前玻璃的平行面出射到空气，而超大角散射光则可以从前玻璃的斜面出射到空气。然而迄今为止，这种方法并未在商品化激光粒度仪上使用。究其原因，为了增加测量的采样代表性，入射光束都有一定的截面宽度(直径典型值为10mm)，从平行面出射、散射角较大但又小于超大散射角、方向朝上的散射光，进入空气后会射向斜面测量区，从而干扰超大角散射光的测量，如图5所示；而从斜面出射、散射角较小的散射光也会串扰到平面测量区，干扰较小角度的散射光的测量。为解决上述相互串扰的问题，可以在平行面和斜面交接的棱上加一挡光板，但由于仪器在使用过程中测量窗口需要经常插拔，所以加挡光板的方案实施起来并不容易。

此外，超大角散射光携带的信息主要来自亚微米颗粒的散射。当粒径远小于光波长时，散射光极其微弱。探测时除了要防止来自平行面的较小角度的散射光的干扰以外，还要防止其他杂散光的干扰。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种带斜置梯形窗口的激光粒度仪，既能解决全反射限制，让超大角散射光被光电探测器探测到，实现超大散射角的接收，又能有效防止平行面出射的散射光与斜面出射的散射光之间的相互串扰，同时能够有效阻挡杂散光的干扰。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种带斜置梯形窗口的激光粒度仪，包括激光光源，会聚透镜设置于所述激光光源的前方，包含平行设置的后玻璃和前玻璃的测量池设置于所述会聚透镜的前方，主探测器阵列设置于所述前玻璃的前方，大角探测器阵列设置于所述前玻璃的右下方，内置若干超大角探测器的超大角接收装置设置于所述前玻璃的右上方，所述超大角探测器用隔板隔开，外围设置有围板，所述前玻璃的截面为梯形，所述后玻璃和前玻璃均倾斜放置。