[发明专利]一种折反式激光粒度仪

说明书

一种折反式激光粒度仪，用于颗粒粒度分布测量。由激光器1发出的光经过扩束准直后形成平行光，照射在颗粒样品2区域，颗粒对光发生散射。颗粒的散射光经过透镜3后到达半透半反镜4，半透半反镜4与光路的光轴成45°摆放。在半透半反镜4后面且位于透镜3的焦平面上放置光电探测器阵列5，用于接收颗粒的散射光；在与光轴垂直的方向上设置透镜6，在透镜3和透镜6的组合焦平面上放置光电探测器阵列7，经半透半反镜4反射和透镜6透射后的颗粒散射信号由光电探测器阵列7接收。由光电探测器阵列5、7接收的颗粒散射信号被采集后，经计算机处理得到颗粒散射的角分布信号，从而得到颗粒粒度分布。

技术领域：

本发明涉及一种折反式激光粒度仪，适用于测量颗粒粒度分布，尤其是在粉体粒度、液体雾滴等领域 的应用。

背景技术：

颗粒粒度分布范围是激光粒度仪的一项主要指标。测量的粒度分布范围越宽，仪器的应用范围越广。 目前为了扩大测量范围，采用的技术方案主要有：汇聚光路结构、前向和侧向及后向探测信号、多光源多 探测器阵列相结合、多透镜组和多探测器阵列相结合等。在实际应用中，不同探测器对多光源的响应度不 同；前、侧、后向探测器的灵敏度；如果有两条或多条光路照射样品区，采样点不同，不具有代表性。上 述原因造成仪器的标定困难，测量有效性和精度差。

目前采用散射法的激光粒度测量范围一般在亚微米级到毫米级。上述技术方案虽然能够满足粒度分布 范围测量要求，但性能有待进一步提高。

针对以上问题，提出采用单一光源和多个接收透镜及透镜组的方式，将同一采样区域的颗粒散射信号 由半透半反射进行分光，并在透镜或透镜组的焦平面上接收散射信号的功率谱分布，采用折射光路和反射 光路相结合的方式，提高单次测量中可以测量的粒度分布范围，同时可以减小仪器结构，在保证测试性能 的同时，简化光学镜组、光电探测器阵列和仪器的制造、调整和操作。

发明内容：

本发明的目的是解决已有的激光粒度仪在激光粒度测量时，测量粒度分布有限，单纯增大透径口径、 焦路或增加光电探测器阵列的单元数量、制作超大或微小尺寸探测单元困难的问题，提出采用折射和反射 式的分光光路，分别由两路透镜组和透镜焦平面上的两个探测器阵列探测颗粒散射功率谱分布，经信号采 集和计算机处理后合成一个信号阵列，反演得到颗粒粒度分布。

本发明提供的折反式激光粒度仪，主要包括激光器1、颗粒样品2、透镜3、半透半反镜4、光电探测 器阵列5、透镜6、光电探测器阵列7。

由激光器1发出的光经过扩束准直后形成平行光，照射在颗粒样品2区域，颗粒对光发生散射。颗粒 的散射光经过透镜3后到达半透半反镜4，半透半反镜与光路的光轴成90°摆放。半透半反镜的透射和反 射比为1∶1，即颗粒的散射光有50％透过半透半反镜。在半透半反镜4后面且位于透镜3的焦平面上放置 光电探测器5，用于接收颗粒的散射光；在与光轴垂直的方向上设置透镜6，透镜6与透镜3组合成新的 透镜组，其组合焦距根据颗粒测量范围要求确定，一般大于透镜3的焦距。在透镜3和透镜6的组合焦平 面上放置光电探测器阵列7，经半透半反镜4反射和透镜6透射后的颗粒散射信号由光电探测器阵列7接 收。由光电探测器阵列5、7接收的颗粒散射信号进行采集和计算机处理后得到颗粒散射的角分布信号， 经过计算机处理后得到颗粒粒度分布。

光电探测器阵列5接收到的是颗粒散射的高频空域信号，其尺寸与透镜3的焦距近似成正比，因此可 以减小光电探测器的尺寸，使其整体尺寸不会过大，便于加工；光电探测器阵列7接收到的是颗粒散射的 低频空域信号，其尺寸与透镜3和透镜6的组合焦距近似成正比，一般来讲，透镜3和透镜6用两个小焦 距的透镜组合成大焦距的透镜组，其焦距大于透镜3的焦距，从而使光电探测器阵列7的尺寸不致于太小 而难加工。经过设计，光电探测器阵列5和光电探测器阵列7的尺寸相同，它们分别检测到颗粒散射的高、 低频空域信号后组合在一起，用计算机处理后使测量颗粒分布的范围扩大。

本发明的优点和积极效果：