一种动态、静态光散射结合的激光粒度仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种动态、静态光散射结合的激光粒度仪，具有激光器、聚焦透镜、样品池、以及测量光路，其中测量光路安装在一机械臂上，机械臂一端与一旋转平台外缘连接，以不同角度接收样品散射光信号；激光器发射的光线经聚焦透镜射向样品池；样品池和旋转平台均为圆形，样品池设置在旋转平台中心，不随旋转台转动。本发明将测量光路安装在机械臂上，再通过控制旋转平台带动机械臂转动实现不同角度的散射光信号接收，在固定角度采用动态光散射测量粒度，旋转时连续采集各角度散射信号使用静态光散射米氏理论测粒度，针对宽分布样品同时采用动态光散射及静态光散射两种方式测量，大大提高了仪器的量程及测量精度。
【专利说明】
一种动态、静态光散射结合的激光粒度仪
技术领域
[0001]本发明涉及一种粉体粒度测量仪器，具体地说是一种动态、静态光散射结合的激光粒度仪。
【背景技术】
[0002]激光粒度仪己经成为目前最流行的粉体粒度测量仪器。现有技术中的激光粒度仪，多为单一动态光散射原理或单一静态光散射原理的产品。沿着光路前进方向，动态光散射仪器通常依次包括:激光器，其光束经过滤波、扩束、准直后以平行光射出；聚焦透镜，将激光器光束汇聚到样品池中心；样品池，透光面是玻璃的，与入射光垂直，粉体样品(悬浮液)处于样品池中，激光从一个面透过玻璃照射到被测颗粒上，散射光从另一个面射出；采光透镜，用于采集散射光;小孔，用于控制相干区域大小;光电倍增管，安装在固定角度用于接收散射光。假设样品池中的被测样品是完全“均匀一致”的，则光电倍增管所接收到的散射光信号将是恒值，不随时间变化。但是，由于受到液体中周围分子的撞击，细颗粒不断地做随机布朗运动，布朗运动使光电倍增管接收到的信号不断地起伏涨落。当样品粒径小时，布朗运动快，散射光信号起伏涨落也相应较快，粒径较大时，则相反，这样就可以通过散射光信号瞬时变化情况测量粒径大小。静态光散射仪器通常包括:激光器;样品池;傅里叶透镜，与入射光垂直，与激光光束同轴，平行光束经过它后变成会聚光;一组由多个环形或扇形测量单元组成的光电探测器，位于傅里叶透镜的焦平面上，中心位于透镜焦点。当样品池内没有被测颗粒时，入射光全部聚焦到光电探测器的中心；当样品池内有样品颗粒时，激光将发生散射现象，一部分光与光轴成一定角度向外扩散，大颗粒引发的散射光的散射角小，小颗粒引发的散射光的散射角大，散射光将被聚焦到按散射角排列的光电探测器上。
[0003]基于动态光散射或静态光散射原理的激光粒度仪应用广泛，是目前国内外粒度测试仪器普遍采用的技术。但是由于测量原理所限，动态光散射原理的测量范围为0.0Olum-10um，很难扩展测量上限，静态光散射原理的测量范围为0.02-2000um，测量下限也基本到达极限，对宽分散样品特别是对既有纳米又有微米的样品，测量的准确性大大下降。
[0004]目前市面上还没有同时采用动态光散射和静态光散射两种原理实现0.0Olum-2000um量程范围测量粒度分布的仪器。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中由于测量原理所限，单一的动态光散射或静态光散射激光粒度仪对宽分散样品特别是对既有纳米又有微米的样品测量的准确性下降等不足，本发明要解决的问题是提供一种同时采用动态光散射和静态光散射两种原理实现期望量程范围测量的动态、静态光散射结合的激光粒度仪。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]本发明一种动态、静态光散射结合的激光粒度仪，具有激光器、聚焦透镜、样品池、以及测量光路，其中测量光路安装在一机械臂上，机械臂一端与一旋转平台外缘连接，以不同角度接收样品散射光信号;激光器发射的光线经聚焦透镜射向样品池;样品池和旋转平台均为圆形，样品池设置在旋转平台中心，不随旋转台转动。
[0008]所述测量光路入射光方向对准样品池，包括采光透镜、狭缝、小孔、滤光片以及光电倍增管，依次安装在机械臂上。
[0009]所述机械臂包括固定臂，固定臂上通过第一?三镜筒架分别同轴安装前镜筒、中镜筒以及后镜筒，前镜筒内设有采光镜，中镜筒内设有狭缝，后镜筒内设有小孔及滤光片，后镜筒后端安装光电倍增管，上述各光学部件同光轴设置形成测量光路。
[0010]前镜筒与中镜筒之间设有第一调整筒，中镜筒与后镜筒之间设有第二调整筒，第一调整筒和第二调整筒通过圆柱面配合与前镜筒和中镜筒保持同轴。
[0011]所述第一调整筒一端为与前镜筒内壁配合的螺纹，另一端通过轴承与中镜筒转动连接;第一调整筒中间凸起部分为调整用的旋钮。
[0012]所述中镜筒前端安装第一外压环，第一外压环里侧设有第一轴承，第一调整筒端部与第一轴承连接后，由第一内压环压紧，狭缝嵌设于中镜筒内、第一内压环外侧。
[0013]所述第二调整筒一端为与中镜筒内壁配合的螺纹，另一端通过轴承与后镜筒转动连接;第二调整筒中间凸起部分为调整用的旋钮。
[0014]所述后镜筒前端安装第二外压环，第二外压环里侧设有第二轴承，第二调整筒端部与第二轴承连接后，由第二内压环压紧，小孔嵌设于后镜筒内、第二内压环外侧。
[0015]本发明具有以下有益效果及优点:
[0016]1.由于本发明将测量光路(采光透镜、狭缝、小孔、滤光片、光电倍增管)安装在机械臂上，再通过控制旋转平台带动机械臂转动实现不同角度的散射光信号接收，在固定角度采用动态光散射测量粒度，旋转时连续采集各角度散射信号使用静态光散射米氏理论测粒度，针对宽分布样品同时采用动态光散射及静态光散射两种方式测量，大大提高了仪器的量程及测量精度。
[00? 7] 2.本发明动态、静态光散射共用一套光路，米光透镜、狭缝、小孔三种光学元件安装在三个相对独立的光学镜筒上，光学镜筒通过螺纹调节伸缩(改变三种光学元件的距离)，通过圆柱面配合保证中心轴重合，三个镜筒分别靠三个镜筒支架固定在同一条机械臂上，避免调整光路时测量光路与机械臂之间相对摆动，具有结构简单、紧凑、成本较低等特点。
[0018]3.本发明用步进电机控制精密旋转平台改变测量光路角度保证了散射光信号接收的准确性，采用圆形样品池，保证了从各个角度都可以接收散射光信号，使用半导体激光器，体积小、重量轻，减小了仪器体积。
【附图说明】
[0019]图1为本发明结构不意图；
[0020]图2为本发明中机械臂安装结构示意图。
[0021]其中，I为激光器，2为聚焦透镜，3为旋转平台，4为样品池，5为采光透镜，6为狭缝，7为小孔，8为滤光片，9为光电倍增管，10为机械臂，11为固定臂，12为第一镜筒架，13为第二镜筒架，14为第三镜筒架，15为前镜筒，16为第一调整筒，17为中镜筒，18为第二调整筒，19为后镜筒，20为第一外压环，21为第一轴承，22为第一内压环，23为第二外压环，24为第二轴承，25为第二内压环。
【具体实施方式】
[0022]下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
[0023]如图1所示，本发明是一种动态、静态光散射结合的激光粒度仪，具有激光器1、聚焦透镜2、样品池4、以及测量光路，其中测量光路安装在一机械臂10上，机械臂10—端与一旋转平台3外缘连接，以不同角度接收样品散射光信号;激光器I发射的光线经聚焦透镜2射向样品池4。样品池4和旋转平台3均为圆形，样品池4设置在旋转平台3中心位置，不随旋转台转动。
[0024]所述测量光路入射(是不是改为“接收”更好理解)光方向对准样品池4，包括采光透镜5、狭缝6、小孔7、滤光片8以及光电倍增管9，依次安装在机械臂10上。
[0025]所述机械臂10包括固定臂11，固定臂11上通过第一?三镜筒架12?14分别同轴安装前镜筒15、中镜筒17以及后镜筒19，前镜筒15内设有采光镜5，中镜筒17内设有狭缝6，后镜筒19内设有小孔7及滤光片8，后镜筒19后端安装光电倍增管9，上述各光学部件同光轴设置形成测量光路。
[0026]如图2所示，前镜筒15与中镜筒17之间设有第一调整筒16，中镜筒17与后镜筒19之间设有第二调整筒18，第一调整筒16和第二调整筒18通过圆柱面配合与前镜筒15和中镜筒17保持同轴。
[0027]第一调整筒16—端为与前镜筒15内壁配合的螺纹，另一端通过轴承与中镜筒17转动连接;第一调整筒16中间凸起部分为调整用的旋钮。
[0028]第二调整筒一端为与中镜筒内壁配合的螺纹，另一端通过轴承转动安装于后镜筒前端里侧;第二调整筒中间凸起部分为调整用的旋钮。本实施例中，中镜筒17前端安装第一外压环20，第一外压环里20侧设有第一轴承21，第一调整筒16端部与第一轴承21连接后，由第一内压环22压紧，狭缝6嵌设于中镜筒17内、第一内压环22外侧；同样，后镜筒19前端安装第二外压环23，第二外压环23里侧设有第二轴承24，第二调整筒端18部与第二轴承24连接后，由第二内压环25压紧，小孔8嵌设于后镜筒19内、第二内压环25外侧。
[0029]第一、二调整筒16、19是可转动的，前镜筒15、中镜筒17和后镜筒19是固定的，当需要调整光学元件焦距时，松开第二、三镜筒架，操作第一、二调整筒16、19中部凸出的旋钮，进行螺纹调节，那可改变前镜筒15、中镜筒17以及后镜筒19之间的距离，调整到合适位置后锁紧镜筒架，保证各光学元件的位置固定。
[0030]测量光路上的采光透镜5、狭缝6、小孔7三种光学元件之间距离可通过光学螺纹调整，以达到最佳测量信号。采光透镜5、狭缝6、小孔7三种光学元件安装在三个相对独立的光学镜筒上，光学镜筒通过螺纹调节伸缩，通过圆柱面配合保证中心轴重合，三个镜筒分别靠三个镜筒支架固定在同一条机械臂上，避免调整光路时测量光路与机械臂之间相对摆动。
[0031]本实施例选用200mm大直径旋转平台保证仪器运行时的稳定性。通过200mm直径旋转台，可将散射光测量角度控制在8-173°，保证动态光散射、静态光散射测量需要。采用步进电机控制精密旋转平台改变测量光路角度保证了散射光信号接收的准确性，采用圆形样品池，保证了从各个角度都可以接收散射光信号，使用半导体激光器，体积小、重量轻，减小了仪器体积。
[0032]本发明中，激光器I光束经过滤波、扩束、准直后以平行光射出，依照光路前进方向，在激光器I后面是聚焦透镜2，3是旋转平台，圆形样品池4位于旋转台中心，不随旋转台转动。动态光散射时，机械臂10旋转到固定角度，通常为90° (低浓度)或173° (高浓度)，光电倍增管9采集光信号进行自相关运算计算粉体粒度分布;静态光散射时，机械臂由A旋转到B，连续采集各角度散射信号，根据米氏散射理论即可计算出粉体粒度分布。
[0033]当旋转台转动时，探测器连续采集各角度散射信号使用静态光散射米氏理论测粒度。由于针对宽分布样品同时采用动态光散射及静态光散射两种方式测量，这样就大大提高了仪器的量程及测量精度。
【主权项】
1.一种动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:具有激光器、聚焦透镜、样品池、以及测量光路，其中测量光路安装在一机械臂上，机械臂一端与一旋转平台外缘连接，以不同角度接收样品散射光信号;激光器发射的光线经聚焦透镜射向样品池;样品池和旋转平台均为圆形，样品池设置在旋转平台中心，不随旋转台转动。2.按权利要求1所述的动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:所述测量光路入射光方向对准样品池，包括采光透镜、狭缝、小孔、滤光片以及光电倍增管，依次安装在机械臂上。3.按权利要求1所述的动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:所述机械臂包括固定臂，固定臂上通过第一?三镜筒架分别同轴安装前镜筒、中镜筒以及后镜筒，前镜筒内设有采光镜，中镜筒内设有狭缝，后镜筒内设有小孔及滤光片，后镜筒后端安装光电倍增管，上述各光学部件同光轴设置形成测量光路。4.按权利要求3所述的动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:前镜筒与中镜筒之间设有第一调整筒，中镜筒与后镜筒之间设有第二调整筒，第一调整筒和第二调整筒通过圆柱面配合与前镜筒和中镜筒保持同轴。5.按权利要求4所述的动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:所述第一调整筒一端为与前镜筒内壁配合的螺纹，另一端通过轴承与中镜筒转动连接;第一调整筒中间凸起部分为调整用的旋钮。6.按权利要求5所述的动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:所述中镜筒前端安装第一外压环，第一外压环里侧设有第一轴承，第一调整筒端部与第一轴承连接后，由第一内压环压紧，狭缝嵌设于中镜筒内、第一内压环外侧。7.按权利要求4所述的动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:所述第二调整筒一端为与中镜筒内壁配合的螺纹，另一端通过轴承与后镜筒转动连接;第二调整筒中间凸起部分为调整用的旋钮。8.按权利要求7所述的动态、静态光散射结合的激光粒度仪，其特征在于:所述后镜筒前端安装第二外压环，第二外压环里侧设有第二轴承，第二调整筒端部与第二轴承连接后，由第二内压环压紧，小孔嵌设于后镜筒内、第二内压环外侧。
【文档编号】G01N15/02GK105973772SQ201610513979
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】范继来, 刘峰源, 孟庆学, 吴明锋, 王跃祖
【申请人】丹东百特仪器有限公司