[发明专利]采用颗粒微小位移测量装置测量细微颗粒产生位移的方法

权利要求书

1.一种采用颗粒微小位移测量装置测量细微颗粒产生位移的方法，其特征在于，所述颗粒微小位移测量装置包括：

激光器(1)；

第一反射镜(2)，第一反射镜(2)中间有孔；

斜槽(3)，装有样品颗粒，激光器(1)发射出的激光通过中间有孔的第一反射镜(2)，再透过斜槽(3)表面聚焦在样品颗粒物质上；

分束器(4)，被激光束照射的样品颗粒产生的散射光入射分束器(4)后，一分为二产生两束激光；

第二反射镜(5)和第三反射镜(6)，第二反射镜(5)和第三反射镜(6)分别用于将两束激光反射回分束器(4)；

透镜(7)和CCD相机(8)，经第二反射镜(5)反射回的第一条光路透过分束器(4)经透镜(7)聚焦被CCD相机(8)接收，经第三反射镜(6)反射回的第二条光路激光经过分束器(4)再次反射后经过透镜(7)聚焦被CCD相机(8)接收；经过透镜(7)的两条光路之间有夹角；

所述方法包括如下步骤：

用激光器(1)作为光源发射激光束，通过中间有孔的第一反射镜(2)反射出光滑平稳的散射光，由斜槽(3)表面聚焦到颗粒物质；

被激光束照射的颗粒物质产生的散射光入射分束器(4)后，一分为二产生两束激光；

两束激光中，

第一条光路被分束器(4)反射至第二反射镜(5)，第二反射镜(5)将第一条光路原路反射回去并透过分束器(4)后经透镜(7)聚焦被CCD相机(8)接收，

第二条光路透射过分束器(4)并由第三反射镜(6)反射回分束器(4)，经过分束器(4)再次反射后经过透镜(7)聚焦被CCD相机(8)接收；

CCD相机(8)通过图像卡(9)记录产生的激光散斑图，并传送到计算机进行数值计算处理；

其中，计算机进行相关数值计算处理步骤如下：

S1、当被测颗粒处于静止状态时，CCD相机(8)因参考光波同物面散斑场的干涉记录的强度分布表示为

式(1)中，a表示反射光波的振幅，表示两剪切点之间的光波相位差；

S2、当颗粒流开始产生微小运动时，CCD相机(8)在任意时刻记录的强度分布表示为

式(2)中，T_f表示CCD相机(8)采集图像的周期，δ表示为由颗粒间运动相互接触所引起的颗粒物体光波在t时刻的相位变化量，当采用相干光垂直照射被测点并沿x方向即位移方向剪切时，相位变化量δ表示为

式(3)中，λ表示相干光波波长，A_op为观测范围内颗粒的平均位移，表示为沿x方向的位移偏导数，Δx为x方向上的剪切量，由公式法测得，w表示的是在单位曝光时间内颗粒碰撞接触的总体频率；

S3、将式(3)代入式(2)，同时采用颗粒静止时所采集到的第一幅散斑图减去振动后采集的散斑图，最终得到颗粒运动激光散斑图光强分布：

在取极大值处将形成亮条纹，即第n个极大值点对应第n层亮条纹，其中，n＝l,2,3,…；在取极小值处形成暗条纹,即第n个极小值点对应第n层暗条纹，其中，n＝l,2,3,…，结合极值点与明暗条纹的级数推算出颗粒的位移沿x方向的位移偏导数

S4、根据位移偏导数得出，得出相邻两次曝光时间间隔内，颗粒产生的位移：

式(5)中，t₁、t₂表示时间间隔的初始与结尾，β是内置参数，在搭建完系统后，在已知位移、位移偏导数、时间间隔的实验条件下，反推算出β。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒微小位移测量装置还包括图像卡(9)，图像卡(9)与CCD相机(8)和计算机相连，CCD相机(8)通过图像卡(9)记录产生的激光散斑图，并传送到计算机进行数值计算处理。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，斜槽(3)的斜面设置有若干个观测点；

斜槽(3)配置有颗粒收集槽口(21)和颗粒填充口(23)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一反射镜(2)中间的孔径可调。