基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置及其工作机制的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及颗粒分析技术领域，具体地，涉及一种基于激光全息成像法分析颗粒 形状的装置及其工作机制。
【背景技术】
[0002] 目前，为了应对、解决工业生产和人居生活方式所造成的环境污染问题，尤其是危 害严重的雾霾问题，需要对大气中的颗粒物质特性进行连续、精确和广泛的监测，例如进行 PM2.5和PM10的测量工作。现有针对空气中颗粒物质特性的测量方法，主要有重量法、震荡 天平法和Beta射线法等。其中，所述重量法的原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒 速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样 前后滤膜的质量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10的浓度;所述震荡天平法的原理是在质 量传感器内使用一个振荡空心锥形管，并在其振荡端安装可更换的滤膜(振荡频率取决于 锥形管特征和其质量），当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变 化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流 量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度;所述Beta射线法的原理是 利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样栗吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在 滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定 便可计算出颗粒物的浓度。
[0003] 但是这几种方式都需要采用滤膜预先对空气中的颗粒进行过滤筛选，因此进行的 是有损检测，容易使样品受到污染，例如受到空气湿度的影响，因而存在测量误差大、耗材 费用高、仪器需要经常校准和操作复杂的问题。
【发明内容】
[0004] 针对上述目前现有几种方法存在测量误差大、耗材费用高、仪器需要经常校准和 操作复杂的问题，本发明提供了一种基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置及其工作机 制，可以利用激光全息成像法直接对待测流体中的颗粒进行经干涉作用而产生的全息成像 信息，然后对全息成像信息进行数据反演处理，即可得到反映颗粒形状的空间成像信息，由 此无需使用滤膜，可避免样品受到污染，进而可以减小测量误差和耗材费用，简化设备的操 作过程。此外，所述装置还具有实时性强、颗粒分辨率高和检测对象广的优点，便于实际应 用和推广。
[0005] 本发明采用的技术方案，一方面提供了一种基于激光全息成像法分析颗粒形状的 装置，包括激光器、显微镜头、光阑、透明观测件和图像传感器，其中，所述透明观测件中开 有流体出入孔道;所述激光器、所述显微镜头、所述光阑、所述透明观测件和所述图像传感 器依次同轴心线设置，且所述显微镜头的光学焦点位于所述光阑的轴心孔中，所述光阑的 端面与所述透明观测件的第一端面相抵，所述透明观测件的第二端面与所述图像传感器的 感应面相抵。
[0006] 具体的，所述激光器为激光波长介于355~635纳米之间的脉冲激光器;或者，所述 激光器为激光波长介于355~635纳米之间的可调制连续激光器。
[0007] 具体的，所述光阑的端面与所述透明观测件的第一端面之间嵌有抗反射涂层;和/ 或，所述透明观测件的第二端面与所述图像传感器的感应面之间嵌有抗反射涂层。进一步 具体的，所述抗反射涂层为光学胶层或浸油层。
[0008] 具体的，所述光阑至所述流体出入孔道的距离设为1^，所述流体出入孔道至所述 图像传感器的距离设为L 2，则所述两段距离1^和1^满足如下关系：
式中，λο为激光波长，II为所述透明观测件的折射率，d为所述图像传感器的像素尺寸大 小，D为所述图像传感器的有效感应区尺寸大小。
[0009] 具体的，所述透明观测件由折射率大于1.5的透明材质制成。
[0010] 具体的，所述光阑的轴心孔直径为1.22λ〇,式中，λ〇为激光波长。
[0011] 具体的，所述图像传感器为C⑶传感器或CMOS传感器。
[0012] 本发明采用的技术方案，另一方面提供了前述基于激光全息成像法分析颗粒形状 的装置的工作机制，包括如下步骤:S101.向透明观测件中的流体出入孔道导入待测流体； S102.启动激光器，发射脉冲式激光;S103.使所述激光穿过显微镜头，并聚焦在光阑的轴心 孔中，然后衍射形成点源球面波;S104.所述点源球面波穿过透明观测件，并在穿过所述流 体出入孔道时与所述待测流体中的颗粒相互作用形成颗粒衍射波;S105 .所述点源球面波 和所述颗粒衍射波相互干涉，并投射在图像传感器的感应面上，生成全息成像信息；S106. 所述计算机接收来自所述图像传感器的所述全息成像信息，经过数据反演处理得到反映颗 粒形状的空间成像信息。
[0013] 具体的，所述待测流体为液体或气体。
[0014]综上，采用本发明所提供的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置及其工作机 制，具有如下有益效果：（1)可以利用激光全息成像法直接对待测流体中的颗粒进行经干涉 作用而产生的全息成像信息，然后对全息成像信息进行数据反演处理，即可得到反映颗粒 形状的空间成像信息，由此无需使用滤膜，可避免样品受到污染，进而可以减小测量误差和 耗材费用，简化设备的操作过程；（2)便于利用计算机系统对感应成像信息进行在线的数据 反演处理，方便即时得到测量结果，实时性强；（3)可以达到0.2微米甚至更高的分辨率，可 以解决现有基于显微镜方法且其分辨率受到光学极限限制的问题，对于大气颗粒物质测量 具有重要意义；（4)所述装置不但可以对气体中的颗粒进行成像检测，还可以对液体中的颗 粒进行成像检测，待测对象更广，便于实际应用和推广。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1是本发明提供的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置的结构示意图。
[0017] 图2是本发明提供的该装置的工作流程示意图。
[0018] 上述附图中：1、激光器2、显微镜头3、光阑4、透明观测件401、流体出入孔道 5、图像传感器6、计算机7、抗反射涂层。
【具体实施方式】
[0019] 以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的基于激光全息成像法 分析颗粒形状的装置及其工作机制。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于 帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
[0020] 本文中描述的各种技术可以用于但不限于颗粒分析技术领域，还可以用于其它类 似领域。
[0021] 本文中术语"和/或"，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关 系，例如，A和/或B，可以表示:单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语 7和"是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示:单独存 在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符7"，一般表示前后关联对象是一种"或"关 系。 实施例一
[0022] 图1示出了本发明提供的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置的结构示意 图，图2示出了本发明提供的该装置的工作流程示意图。本实施例提供的所述基于激光全息 成像法分析颗粒形状的装置，包括激光器1、