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湖南實(shí)驗(yàn)室儀器激光粒度分析儀的測試原理

當(dāng)光束前進(jìn)過程中遇到顆粒時(shí)，將發(fā)生散射現(xiàn)象，散射光與光束初始傳播方向形成一個(gè)夾角θ，散射角的大小與顆粒的粒徑相關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越小;顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。這樣，測量不同角度上的散射光的強(qiáng)度，就可以得到樣品的粒度分布了。

　　激光粒度分析儀就是利用光的散射原理測量粉顆粒大小的，是一種當(dāng)前粒度測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的的粒度儀。其特點(diǎn)是測量的動(dòng)態(tài)范圍寬、測量速度快、操作方便，尤其適合測量粒度分布范圍寬的粉體和液體霧滴。激光粒度儀作為一種測試性能優(yōu)異和適用領(lǐng)域極廣的粒度測試儀器，已經(jīng)在其它粉體加工與應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用

　　備注：本文所提的激光粒度儀是指基于靜態(tài)散射光原理的激光粒度儀，請(qǐng)注意與動(dòng)態(tài)散射光原理的納米粒度儀區(qū)分開來。

　　隨著粉體技術(shù)的發(fā)展，對(duì)粒度分析儀的性能要求在逐步的提高，特別是粒度儀的量程要求越來越寬。測量下限要求達(dá)到幾百甚至幾十個(gè)納米，測量上限要求達(dá)到一千甚至幾千微米。這對(duì)新型激光粒度儀設(shè)計(jì)者提出了極大的挑戰(zhàn)。

　　顆粒越細(xì)，散射光的角度越小，微小顆粒的散射光甚至在360度范圍內(nèi)都有分布。為了拓展儀器的測量下限。需要有非常規(guī)的光學(xué)設(shè)計(jì)。顆粒越小，分布在360度空間范圍的散射光光強(qiáng)差越小，當(dāng)顆粒小到一定，光強(qiáng)差將小得幾乎難以被分辨出來。這時(shí)就到了激光粒度儀的測量下限了。光學(xué)設(shè)計(jì)上的障礙和散射光本身的特性決定了常規(guī)激光粒度儀的測量下限一般在0.02微米左右。當(dāng)顆粒較大時(shí)，同樣也會(huì)遇到技術(shù)困難。大顆粒的散射角度很小，不容易分辨和測量。要想有效分辨大顆粒的光強(qiáng)分布。可以簡單的拉長聚焦鏡頭的焦距(例如500甚至1000毫米以上)，但是焦距大將導(dǎo)致激光粒度儀的體積大幅增加，且非常不便于小顆粒的大角度散射光探測。同時(shí)對(duì)鏡頭的加工精度要求也會(huì)更高。這個(gè)技術(shù)難點(diǎn)使得常規(guī)設(shè)計(jì)的激光粒度儀的真實(shí)測量上限很難超過1200微米。

　　Rise系列激光粒度儀采用全量程米氏散射理論，充分考慮到被測顆粒和分散介質(zhì)的折射率等光學(xué)性質(zhì)，根據(jù)大小不同的顆粒在各角度上散射光強(qiáng)的變化反演出顆粒群的粒度分布數(shù)據(jù)。

　　顆粒測試的數(shù)據(jù)計(jì)算一般分為無約束擬合反演和有約束擬合反演兩種方法。有約束擬合反演在計(jì)算前假設(shè)顆粒群符合某種分布規(guī)律，再根據(jù)該規(guī)律反演出粒度分布。這種運(yùn)算相對(duì)比較簡單，但由于事先的假設(shè)與實(shí)際情況之間不可避免會(huì)存在偏差，從而有約束擬合計(jì)算出的測試數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映顆粒群的實(shí)際粒度分布。

　　無約束擬合反演即測試前對(duì)顆粒群不做任何假設(shè)，通過光強(qiáng)直接準(zhǔn)確地計(jì)算出顆粒群的粒度分布。這種計(jì)算前提是合理的探測器設(shè)計(jì)和粒度分級(jí)，給設(shè)備本身提出很高的要求。我公司生產(chǎn)激光粒度儀采用非均勻性交叉三維扇形矩陣排列的探測器陣列和合理的粒度分級(jí)，從而能夠準(zhǔn)確地測量顆粒群的粒度分布。