[发明专利]一种基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量装置，其特征在于，所述装置包括：

激光光源，用于产生可调节强度的激光束；

空间滤波扩束单元，包括空间滤波器和扩束器，用于对激光束进行扩束和准直，形成准直光束；

测量区，分布有待测颗粒，准直光束照射测量颗粒，颗粒发生散射形成物光，未经散射的直透光作为参考光；

光阑调制单元，包括物光依次通过的第一透镜、光澜和第二透镜，对物光进行空间调制，使部分物光和参考光通过；

图像记录单元，包括CCD或CMOS数字相机，用于记录颗粒的物光和参考光干涉形成的全息干涉条纹图像；

数据处理单元，用于采集图像记录单元记录的颗粒全息图并重建，得到被测颗粒的信息，所述信息包括粒径大小和三维位置。

2.根据权利要求1所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量装置，其特征在于，所述光阑调制单元位于测量区和图像记录单元之间，第一凸透镜的后焦面与第二凸透镜的前焦面重合，光阑放置于第一凸透镜与第二凸透镜的重合焦平面。

3.根据权利要求2所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量装置，其特征在于，所述第一凸透镜与第二凸透镜的直径相同、焦距相同，光阑调制单元对物像无缩放作用；或第一凸透镜与第二凸透镜的直径不同、焦距不等，光阑调制单元对物像有缩放作用；所述光阑缝宽可调节，缝宽为5～200μm。

4.根据权利要求1所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量装置，其特征在于，所述激光光源、空间滤波扩束单元、测量区、光阑调制单元和图像记录单元位于同一轴线上组成同轴全息系统，物光为颗粒水平散射光。

5.根据权利要求1所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量装置，其特征在于，所述激光光源、空间滤波扩束单元、测量区位于同一轴线上，光阑调制单元和图像记录单元垂直于测量区，组成离轴全息系统，物光为颗粒90°散射光；其中，空间滤波扩束单元与测量区之间设有分光镜，准直光束经分束作为参考光入射到位于光阑调制单元和图像记录单元之间。

6.根据权利要求4或5所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量装置，其特征在于，所述光阑调制单元和图像记录单元之间设有滤光片。

7.一种基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)利用激光光源和空间滤波扩束单元产生准直光束，并使准直光束照射测量区的颗粒场；

(2)采用光阑调制单元对颗粒物光进行空间调制，使部分物光通过；

(3)使用CCD或CMOS数字相机记录颗粒全息干涉条纹图像；

(4)对记录的颗粒全息干涉条纹图像进行重建与分析，获得颗粒信息，包括粒径与位置信息。

8.根据权利要求7所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中，产生准直光束的过程为：激光光源产生的激光束依次经过空间滤波扩束单元中的空间滤波器和扩束器，形成准直的圆柱光束，照射颗粒场时一部分光经过颗粒散射形成物光，另一部分未经颗粒的激光作为参考光。

9.根据权利要求7所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中光阑调制单元对颗粒物光进行空间调制的过程为：调整第一凸透镜的后焦面与第二凸透镜的前焦面至重合，将光阑放置在该重合面上，通过调整光阑的缝宽，当准直光束依次经过第一凸透镜、光阑和第二凸透镜，可以滤除与光阑狭缝垂直方向上的散射物光，实现物光的空间调制。

10.根据权利要求7所述的基于光阑空间调制的数字全息颗粒测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中对全息条纹的重建分析包括颗粒定位过程、颗粒识别过程以及粒径计算过程。