专利名称：基于光纤耦合的颗粒检测装置和检测方法
技术领域：
本发明涉及乳浊液和悬浊液中的颗粒，特别是一种基于光纤耦合的颗粒测量装置和检测方法。
背景技术：
近年来，颗粒粒度检测在农业、化工业、生物医学方面的应用越来越广泛。包括筛分法、沉降法、显微镜法、电感应法、超声法、光散射法等。其中筛分法通过比色或利用特定孔径的结构进行筛选相关粒度粒子的方法进行探测。全光散射法是一种不需标定的绝对测量方法，无论在测量原理还是测量装置上都优于其他测试方法。基于全光散射法的颗粒测量近年来受到了广泛的应用与研究，诸多学者专家都提出了较有效的计算方法和相关装置。但现有的方法和装置中普遍存在三方面问题一、常规的光散射法测试仪器虽然不需要借助特定孔径的滤网等工具，但是考虑到准直，通常采用激光光源，然后通过各种光学器件构造一个样品池，将获得的信号送入计算机进行二次处理，尤其是采用多波长扫描法时，对光源、光学器件和探测器等都有一定的要求；二、待测颗粒折射率确定的问题，根据散射理论的测试公式需要确定待测颗粒的折射率，通常情况下无法确知待测颗粒和气体、液体的折射率，因此采用多波长测量，涉及色散关系时，给检测带来了基本问题，如果采取估测的方法，则会带来测量误差和不确定性；三、存在样品池透明池壁的反射和散射等问题，其发射和散射的强度将直接影响到背景噪声，如果被测颗粒粒度较小，浓度较低，将导致散射信号微弱而被淹没在噪声中。所述的待测液或待测气折射率的确定和样品池反射、散射问题至今仍是研究关注的焦点，没提出好的解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种基于光纤耦合的液体颗粒自动检测装置和检测方法，以解决全光散射法颗粒测量中的装置复杂度高、待测折射率确定和样品池的反射、散射问题。本发明的基本思想是利用计算机控制高精度光学调整台，将连接光源的输入光纤和连接功率计的输出光纤二者的端面控制并锁定在一个ΙΟΟμπι的间距内，滴入待测溶液形成样品池结构，然后利用多波长扫描，结合洛伦兹模型改进传统的MIE理论；提出多变量遗传算法实现实时的在线检测。本发明的技术解决方案如下一种基于光纤耦合的颗粒检测装置，特点征在于其构成包括高稳定多波长光源、 输入光纤、第一高精度电控光学调整台、CCD成像系统、第二高精度电控光学调整台、输出光纤、高精度探测器和计算机，所述的输入光纤的一端与所述的高稳定多波长光源的输出端相连，所述的输出光纤的一端接所述的高精度探测器的输入端相连，所述的输入光纤的另一端固定在所述的第一高精度电控光学调整台上并延伸出台外，称为自由端，所述的输出光纤的另一端固定在所述的第二高精度电控光学调整台上并延伸出台外，称为自由端，所述的输入光纤的自由端和输出光纤的自由端相向相对并位于所述的CCD成像系统的摄像区域，所述的计算机分别与所述的高稳定多波长光源、第一高精度电控光学调整台、CCD成像系统、第二高精度电控光学调整台和高精度探测器相连。所述的高稳定多波长光源输出的波长和功率由所述的计算机控制。所述的输入光纤的自由端和输出光纤的自由端的相对位置由所述的计算机控制所述的第一高精度电控光学调整台和第二高精度电控光学调整台，在所述的CCD成像系统的监测下进行精密调整。所述的计算机接收所述的高精度探测器输入的信号并进行数据处理。一种利用所述的基于光纤耦合的颗粒检测装置进行颗粒检测的方法，其特点征在于该方法包括下列步骤(1)器具清洗为避免人为污染，对于实验将会用到的器具必须事先经过严格清洗过程才能使用；(2)装置预热和初调为了使光源稳定，所述的高稳定多波长光源和高精度探测器必须经过预热达到最佳性能，预热时间为30分钟，实验时测量温度控制在20士5°C ；通过计算机控制所述的第一高精度电控光学调整台和第二高精度电控光学调整台的精密移动，在所述的CCD成像系统的监测下进行精密调整，使所述的输入光纤的自由端和输出光纤的自由端同光轴；(3)校准液测量①校准液采用蒸馏过的纯水；②将所述的输入光纤和输出光纤的自由端面分别用异丙醇清洗干净在输入光纤的自由端的端面上，用胶头滴管滴入适量纯水，由表面张力作用，纯水液珠会附着于输入光纤的端面上，再通过计算机控制第二高精度电控光学调整台的步进电机使两个自由端面靠近，直至输出光纤端面也与液珠触碰，调节两个端面的间距为100 μ m并锁定，形成池间距L 可调的样品池；③通过计算机控制所述的高稳定多波长光源先后输出从波长IOOOnm开始，间隔为lOOnm，一直到1300nm共计4个波长的光，所述的高精度探测器记录相应的光功率值4个 Itl，送计算机存入数组；(4)待测液测量①将待测颗粒加入溶剂中并置于勻胶机上低速旋转，使待测溶液得到充分搅拌；②吹掉光纤端面之间的校准液，然后吸取待测溶液的液滴在两个光纤端面之间， 此时通过计算机控制第二高精度电控光学调整台的步进电机使两端面靠近，直至输出光纤端面也与液珠触碰，调节两个端面的间距为100 μ m并锁定，形成池间距L可调的样品池；③通过计算机控制所述的高稳定多波长光源先后输出从波长IOOOnm开始，间隔为lOOnm，一直到1300nm共计4个波长的光，所述的高精度探测器记录相应的光功率值4个 I，送计算机存入数组；
权利要求
1.一种基于光纤耦合的颗粒检测装置，特征在于其构成包括高稳定多波长光源(1)、 输入光纤O)、第一高精度电控光学调整台(3)、CCD成像系统G)、第二高精度电控光学调整台(5)、输出光纤(6)、高精度探测器(7)和计算机(8)，所述的输入光纤O)的一端与所述的高稳定多波长光源(1)的输出端相连，所述的输出光纤(6)的一端与所述的高精度探测器(7)的输入端相连，所述的输入光纤O)的另一端固定在所述的第一高精度电控光学调整台⑶上并延伸出台外，称为自由端，所述的输出光纤(6)的另一端固定在所述的第二高精度电控光学调整台(5)上并延伸出台外，称为自由端，所述的输入光纤(2)的自由端和输出光纤(6)的自由端相向相对并位于所述的CCD成像系统的摄像区域，所述的计算机(8)分别与所述的高稳定多波长光源(1)、第一高精度电控光学调整台(3)、CCD成像系统G)、第二高精度电控光学调整台( 和高精度探测器(7)相连。
2.根据权利要求1所述的基于光纤耦合的颗粒检测装置，其特征在于所述的高稳定多波长光源(1)输出的波长和功率由所述的计算机(8)控制。
3.根据权利要求1所述的基于光纤耦合的颗粒检测装置，其特征在于所述的输入光纤 (2)和输出光纤(6)的自由端的相对位置由所述的计算机(8)控制所述的第一高精度电控光学调整台C3)和第二高精度电控光学调整台(5)，在所述的CCD成像系统(4)的监测下进行精密调整。
4.根据权利要求1所述的基于光纤耦合的颗粒检测装置，其特征在于所述的计算机 (8)接收所述的高精度探测器(7)输入的信号并进行数据处理。
5.一种利用所述的基于光纤耦合的颗粒检测装置进行颗粒检测的方法，其特征在于该方法包括下列步骤(1)器具清洗为避免人为污染，对于实验将会用到的器具必须事先经过严格清洗过程才能使用；(2)装置预热和初调为了使光源稳定，所述的高稳定多波长光源(1)和高精度探测器(7)必须经过预热达到最佳性能，预热时间为30分钟，实验时测量温度控制在20士5°C ；通过计算机(8)控制所述的第一高精度电控光学调整台( 和第二高精度电控光学调整台(5)的精密移动，在所述的CCD成像系统(4)的监测下进行精密调整，使所述的输入光纤(2)的自由端和输出光纤(6)的自由端同光轴；(3)校准液测量①校准液采用蒸馏过的纯水；②将所述的输入光纤( 和输出光纤(6)的自由端面分别用异丙醇清洗干净在输入光纤O)的自由端的端面上，用胶头滴管滴入适量纯水，由表面张力作用，纯水液珠会附着于输入光纤的端面上，再通过计算机(8)控制第二高精度电控光学调整台( 的步进电机使两个自由端面靠近，直至输出光纤端面也与液珠触碰，调节两个端面的间距为100 μ m并锁定，形成池间距L可调的样品池；③通过计算机(8)控制所述的高稳定多波长光源(1)先后输出从波长IOOOnm开始，间隔为lOOnm，一直到1300nm共计4个波长的光，所述的高精度探测器(7)记录相应的光功率值4个Itl,送计算机存入数组；(4)待测液测量①将待测颗粒加入溶剂中并置于勻胶机上低速旋转，使待测溶液得到充分搅拌；②吹掉光纤端面之间的校准液，然后吸取待测溶液的液滴在两个光纤端面之间，此时通过计算机(8)控制第二高精度电控光学调整台(5)的步进电机使两端面靠近，直至输出光纤端面也与液珠触碰，调节两个端面的间距为100 μ m并锁定，形成池间距L可调的样品池；③通过计算机(8)控制所述的高稳定多波长光源(1)先后输出从波长IOOOnm开始，间隔为lOOnm，一直到1300nm共计4个波长的光，所述的高精度探测器(7)记录相应的光功率值4个I，送计算机存入数组；(5)数据处理将步骤⑶得到的4个Itl和步骤(4)得到的4个I，以及4个波长参数，带入下列公式
全文摘要
本发明公开了一种基于光纤耦合的颗粒粒度的测量装置和检测方法，其构成包括高稳定多波长光源、输入光纤、第一高精度电控光学调整台、CCD成像系统、第二高精度电控光学调整台、输出光纤、高精度探测器和计算机，本发明利用计算机控制高精度光学调整台，将连接光源的输入光纤和连接功率计的输出光纤二者的端面控制并锁定在一个100μm的间距内，滴入待测溶液形成样品池结构，然后利用多波长扫描，结合洛伦兹模型改进传统的MIE理论；提出多变量遗传算法实现实时的在线检测。本发明装置具有体积小、便于移动，无需事先对待测液进行折射率测定，不需要外接独立大功率激光光源，消除了样品池的反射和散射，能实时在线颗粒检测。
文档编号G01N15/02GK102252945SQ20111014834
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者周霞, 朱嘉宁, 江建军, 程利, 陈抱雪, 隋国荣 申请人:上海理工大学