一种斜入射激光粒度仪的制作方法

文档序号:5970867
专利名称:一种斜入射激光粒度仪的制作方法
技术领域
本发明涉及一种粒度仪,具体地来说为一种实现全范围(0-180度)散射角度测量的斜入射激光粒度仪。
背景技术
现有技术中,激光粒度仪普遍采用垂直入射激光器,利用透镜的半径范围来汇聚散射光,它能接收到的散射光角度范围较小,而且样品池通常是矩形窗口,受平行玻璃面影响会有全反射角的限制,通常样品池中大于48度的散射光是不能从样品池中射出的。这样传统的激光粒度仪光路的接收散射光的角度是受到很大限制。理论上来讲,激光粒度仪能接收散射光的角度越大其灵敏度越高,分辨率越好,测试准确性越精确。因此,目前为了扩大激光粒度仪的散射光接收角度通常采用多光束、多透镜、非矩形样品池结构等方法,然而,在提高散射光接收角度的同时,采用改进的结构或技术又引入了新的缺陷,如多光束结 构,采用两个以上的激光器,这样在测试时原始光强IO没办法得到完全统一,而且每个光束得到的散射信号连接问题也成为一个难以逾越的屏颈,造成采集信号与计算数据时都有很大误差。多镜头结构的缺陷是镜头排列要成一定角度,这样在设计探测器时增加了结构的复杂度,而且仍然不能解决全反射角问题,实用性不大。非矩形样品池结构从理论上讲可以解决全反射角度问题,但样品池出光面非平行,这样其不同角度散射光在出光面的折射规律不一致,造成光透过率规律也不一致,还有样品池平行面与非平行面散射光角度的连接问题都会造成很多测量误差,减少了测量的精确性。
发明内容针对现有技术中存在的上述不足之处,本发明要解决的技术问题在于提供一种斜入射激光粒度仪,解决激光粒度仪由于透镜接受的散射光角度范围小而存在的灵敏度和分辨率低的问题。本发明采用如下的技术方案一种斜入射激光粒度仪,包括激光器、透镜组、样品池和探视器,透镜组为同光轴的前透镜和后透镜组成,分别置于样品池前后两侧,使样品池中心处于光轴上;激光器倾斜置于后透镜的后侧,发出的激光束通过后透镜的边缘部分变为平行光后倾斜入射至样品池的中心;探视器包括位于前透镜前方的前探视器和后透镜后方的后探视器接受来自样品池内颗粒物的散射光信号。激光器沿光路方向与透镜组的光轴之间夹角为4(Γ47°之间。进一步地前透镜或后透镜由依次排列的同光轴透镜I、透镜II、透镜III和透镜IV组成,其中透镜I、透镜II、透镜III和透镜IV均为前表面为凸面,后表面为凹面的透镜。透镜I的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为1.6 2 ;透镜II的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为2. 5^4. 5 ;透镜III的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为
O.2^0. 4 ;透镜IV的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为O. 4^0. 6。[0009]透镜II、透镜III和透镜IV与透镜I的直径比分别为1:1、1. 3 I. 6:1和2 4:1。前透镜或后透镜的凹面对向样品池。样品池采用矩形样品池。本发明具有如下的优点和技术效果I.采用倾斜入射进样品池的激光器做为光源,该倾斜光束照射下颗粒的前向散射光0-90度可以从样品池前平行面射出,后向散射光90-180度可以从样品池后平行面射出。然后样品池前后的透镜可以利用它的直径范围的区域对0-180度的散射光进行接收汇聚,扩大激光粒度仪的散射光接收角度,从而增加了灵敏度和分辨率,测试准确性和粒度分布范围得到提闻。2.进一步地,本发明为了克服倾斜入射所带来的汇聚光斑变大的问题,采用的前后透镜组的结构,该透镜组配合倾斜入射使得不同角度入射的平行光汇聚精度基本相同, 汇聚点很小,提高了测试的精确性,方便了本发明的探测器结构设计而不需要改变探测器的结构,节约了费用,简化了粒度仪的尺寸。3.本发明的设计使散射角度的接收达到了最大,可实现全范围角度的测量(0-180度),由于采用单光束,矩形样品池,因此没有一些不确定因素的影响,把测量误差降到了最低,完全符合激光粒度仪的基本理论。4.采用本发明的设备所检测粒度达到O. 01-2000微米。

图I为本发明实施例的结构示意图;图2为本发明前透镜或后透镜的结构示意图;其中I为激光器,2为后透镜,3为前透镜,4为样品池,5为后探测器,6为前探测器,21为透镜I,22为透镜II,23为透镜III,24为透镜IV。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例对本发明进行详细地说明。实施例I如图I所示,本发明斜入射激光粒度仪的结构示意图,该粒度仪包括激光器I、透镜组、样品池4和探视器,透镜组为同光轴的前透镜3和后透镜2组成,前透镜3和后透镜2分别置于样品池4前后两侧;样品池4为矩形样品池,安置时使得样品池4的中心部位处于透镜组的光轴上。激光器I置于光轴上方倾斜置于后透镜2的后侧,激光器I距离光轴的高度和倾斜的角度保证激光器I所发出的激光通过后透镜2的边缘部分倾斜入射至样品池的中心;这里所述的“边缘部分”指的是,激光束不是垂直入射,激光束照射在透镜上的位置不处于中心位置,为了利用透镜的全部直径面积,调整后透镜的位置,保证激光束照射的位置小于直径的1/4。激光器I沿光路方向与透镜组的光轴之间夹角为4(Γ47°之间,本实施例中选择45°,这时,激光束照射在后透镜的位置接近边缘,使得入射角接近全反射的角度,保证该光束照射下样品池中颗粒的前向散射光0-90°可以从样品池前平行面射出,后向散射光90-180°可以从样品池后平行面射出;因此为了接受前后信号探视器设置为两个包括位于前透镜前方的前探视器6和后透镜后方的后探视器5接受来自样品池的散射光信号,前探视器6和后探视器5位于前后的焦平面上。前探视器6与后探视器5 口径大小保证能接受(Γ180。的散射光信号。本发明前透镜3或后透镜2的结构相同,以其中任意一个为例,如图2所示,前透镜由依次排列的同光轴透镜121、透镜1122、透镜ΙΙΙ23和透镜IV 24组成,其中透镜121、透镜1122、透镜ΙΙΙ23和透镜IV 24均为前表面为凸面,后表面为凹面的透镜。透镜121的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为I. 9 ;透镜II的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为3. 5 ;透镜III的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为O. 35 ;透镜IV的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为O. 55。透镜II与透镜I的直径相同、透镜III与透镜I的直径比设置为I. 4和透镜IV与透镜I的直径比设置为2。前透镜和后透镜在放置时,保证小口径面和样品池相邻。 透镜组配合倾斜入射,得到与垂直入射相同的汇聚点。实施例2与实施例I的不同之处在于,激光器沿光路方向与透镜组的光轴之间夹角为47°,透镜I的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为2 ;透镜II的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为4. 5 ;透镜III的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为O. 4 ;透镜IV的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为O. 6。透镜II、透镜III和透镜IV与透镜I的直径比分别为1:1、1. 6:1和4:1。本发明在使用时,激光光束经过后透镜,后透镜作为准直透镜将发散光束转变为平行光束后入射至样品池中,样品发生散射,前向散射光0-90°可以从样品池前平行面射出,经过前透镜的汇聚被前探测器检测;后向散射光90-180°从样品池后平行面射出,经过后透镜的汇聚被后探测器检测。样品池前后的透镜所利用的是直径范围的区域对0-180°的散射光进行接收汇聚。
权利要求1.一种斜入射激光粒度仪,包括激光器、透镜组、样品池和探视器,其特征在于,透镜组为同光轴的前透镜和后透镜组成,分别置于样品池前后两侧,使样品池中心处于光轴上;激光器倾斜置于后透镜的后侧,发出的激光束通过后透镜的边缘部分变为平行光后倾斜入射至样品池的中心;探视器包括位于前透镜前方的前探视器和后透镜后方的后探视器接受来自样品池内颗粒物的散射光信号。
2.按照权利要求I所述的斜入射激光粒度仪,其特征在于,激光器沿光路方向与透镜组的光轴之间夹角为4(Γ47°之间。
3.按照权利要求I所述的斜入射激光粒度仪,其特征在于,前透镜或后透镜由依次排列的同光轴透镜I、透镜II、透镜III和透镜IV组成,其中透镜I、透镜II、透镜III和透镜IV均为前表面为凸面,后表面为凹面的透镜。
4.按照权利要求3所述的斜入射激光粒度仪,其特征在于,透镜I的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为I. 6^2 ;透镜II的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为2. 5^4. 5 ;透镜III的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为O. 2^0. 4 ;透镜IV的前表面曲率半径与后表面曲率半径比为O. 4^0. 6。
5.按照权利要求3或4所述的斜入射激光粒度仪,其特征在于,透镜II、透镜III和透镜IV与透镜I的直径比分别为:1: I、I. 3 I. 6:1和2 4: I。
6.按照权利要求3所述的斜入射激光粒度仪,其特征在于,前透镜或后透镜的凹面对向样品池。
7.按照权利要求I所述的斜入射激光粒度仪,其特征在于,所述样品池为矩形样品池。
专利摘要本实用新型为一种实现全范围(0-180度)散射角度测量的斜入射激光粒度仪。该粒度仪包括激光器、透镜组、样品池和探视器,其特征在于,透镜组为同光轴的前透镜和后透镜组成,分别置于样品池前后两侧,使样品池中心处于光轴上;激光器倾斜置于后透镜的后侧,发出的激光束通过后透镜的边缘部分变为平行光后倾斜入射至样品池的中心;探视器包括位于前透镜前方的前探视器和后透镜后方的后探视器接受来自样品池内颗粒物的散射光信号。解决了由于透镜接受的散射光角度范围小而存在的灵敏度和分辨率低的问题,具有灵敏度和分辨率高,测试准确性高和测量粒度分布范围广等特点。
文档编号G01N15/02GK202522502SQ20122005168
公开日2012年11月7日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者范继来, 董青云 申请人:丹东市百特仪器有限公司
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