专利名称：微小粒子粒度激光成像测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微小粒子粒度激光成像测量装置，特别是在工程上用于测量微小粒子粒度及其大小分布的成像测量装置。
背景技术：
微小粒子粒度的测量在工程上有十分广泛的应用，虽然现有粒度测量的方法很多，但是尚缺少一种直观快捷的测量装置。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种微小粒子粒度激光成像测量装置，它能够直观、快捷和准确地测量微小粒子的粒度及其大小分布。
为达到此目的，本实用新型提供一种微小粒子粒度激光成像测量装置，其特征是包括激光器电源1、激光器2、将光源转换成薄片光源的柱面镜3和凸透镜4、盛装分散稀释剂和待测微小粒子的照射测量筒8、位于照射测量筒8内的以接受薄片光源的辐照区6、对粒子的散射光斑进行放大的光学显微放大镜10、拍摄粒子光斑图像的CCD图像传感器11、采集CCD视频信号并转换成数字图像信号的数据采集卡9、处理数字图像信号并输出粒子的粒度大小及粒度分布的计算机13。
而且，激光器电源1是可控脉冲宽度的脉冲激光电源。
而且，脉冲激光电源的电连接关系是交流电源经变压器L接整流器14的二输入端，整流器14的二输出端之间并连着电容C2、C3和稳压电源15的Vm端和GND端，该稳压电源15的5V电压输出端分别经6个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6与切换开关K1的6个切换位置之间相串连，切换开关K1的输出端同时接单稳态电路16的RC、B和CLR各端，单稳态电路16的RC与C端之间还串连着电容C，其A端接采集卡9以接受同步触发信号，Q端经开关K2、电阻R7接三极管T的基极，其集电极经电阻R8接稳压电源15的5V输出端，其发射极经发光二极管D接稳压电源15的GND端并接地，开关K2的a端连接于稳压电源15的5V电压端和电阻R8之间。
而且，在测量筒8内相对并垂直于薄片光源照射方向处设有反光镜7。
而且，数据采集卡9与计算机13之间采用PCI总线12相联接。
而且，数据采集卡9为OK30视频采集卡。
本装置能直接对微粒进行成像，通过改变光学放大镜的倍率使本装置具有较宽可变化的视场范围，适合测量的粒子粒径范围可由几μm到几mm，并可同时获得粒度大小的分布。由于本装置采用了高速数据采集和图像处理技术，使样品的检测时间缩短30秒左右，检测精度优于10％(≥10μm时)，基本实现了微小粒子粒度的实时测量。
图1是从整体上反映本实用新型结构的示意图。
图2是向激光器供电的脉冲电源电路图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
参照图1和图2，如其中的实施例所示，微小粒子粒度激光成像测量装置，包括激光器电源1、激光器2、将光源转换成薄片光源的柱面镜3和凸透镜4、盛装分散稀释剂和待测微小粒子的照射测量筒8、位于照射测量筒8内的以接受薄片光源的辐照区6、对粒子的散射光斑进行放大的光学显微放大镜10、拍摄粒子光斑图像的CCD图像传感器11、采集CCD视频信号并转换成数字图像信号的数据采集卡9、处理数字图像信号并输出粒子的粒度大小及粒度分布的计算机13。
进一步的技术方案可以是激光器电源1是可控脉冲宽度的脉冲激光电源。
进一步的技术方案还可以是脉冲激光电源的电连接关系是交流电源经变压器L接整流器14的二输入端，整流器14的二输出端之间并连着电容C2、C3和稳压电源15的Vm端和GND端，该稳压电源15的5V电压输出端分别经6个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6与切换开关K1的6个切换位置之间相串连，切换开关K1的输出端同时接单稳态电路16的RC、B和CLR各端，单稳态电路16的RC与C端之间还串连着电容C，其A端接采集卡9以接受同步触发信号，Q端经开关K2、电阻R7接三极管T的基极，其集电极经电阻R8接稳压电源15的5V输出端，其发射极经发光二极管D接稳压电源15的GND端并接地，开关K2的a端连接于稳压电源15的5V电压端和电阻R8之间。
而且，在测量筒8内相对并垂直于薄片光源照射方向处可设有反光镜7。
所述数据采集卡9与计算机13之间可采用PCI总线12相联接。
所述数据采集卡9可以是OK30视频采集卡。
在实施本技术方案时，为了有助于对有关技术特征的认识并在此基础上根据具体需要和实施条件，在等同技术中做出合理的选择，特对有关技术特征的作用和更具体内容分述如下1、光源建议采用出瞳功率40mW，波长为635nm的红色半导体激光器作为光源。由于激光具有方向性好、光束集中、亮度高等优点，用以照射被测区域的粒子，可得到对比度较好的散射斑图像信号。
激光器2发出的光径柱面镜3扩束，再由凸透镜4准直，从而转换成平行的薄片状光源5，以照射测区6的粒子。薄片光源5的厚度约为1mm，宽度约为20mm。薄片光源5的好处是一、使测区变得很薄，便于光学测量系统对于测区进行聚焦成像；二、测区内前后粒子的焦距变化不大，所以粒子粒度失真不大；三、测区很薄，粒子光斑交叠的可能性减少，可减少分析计算的误差。
2、测量筒8用于剩装被测粒子和分散稀释剂。测量筒壁由透明的玻璃制成，截面呈矩形或圆形。截面大小为50×50mm或φ80mm左右，高为60mm左右。为避免单向光源照射时在粒子背光面形成暗影，使粒子背光面轮廓模糊，在容器内部垂直片光源照射方向安置一个反光镜7(也可在量筒的对壁上镀上水银)。反射镜7将入射的片光沿原路径反射回去，再次照亮测区的粒子，可有效改善粒子边缘图像。稀释剂的作用降低颗粒的凝聚性，使颗粒充分溶解和分散，便于测量。常用分散稀释剂有水、水+甘油、乙醇、乙醇+甘油等，稀释剂本身应不与样品发生化学物理反应，且自身应纯净无杂质，一般多用蒸馏水。
3、光学显微放大镜10由通用的显微放大镜组成，通过调整焦距或更换镜头，可改变光学放大倍数，本装置的光学放大镜的倍率为10x，50x，100x，200x。可根据被测粒子的大小选择合适的镜头。光学显微放大镜直接与CCD图像传感器相连，将粒子聚焦成像到CCD阵列上。
4、CCD图像传感器11的作用是拍摄下粒子光斑图像。并将其转换成视频图像信号输出，它是本装置的核心部件之一。本装置采用通用型420线(或600线)的黑白摄像头，拍摄速度为每秒50帧，光学灵敏度为0.05lux，信噪比为52dB。
5、视频图像采集卡9的作用是对CCD输出视频信号进行高速采集，转换成数字图像信号，传输给计算机进行处理。本装置可采用OK30视频采集卡，它采用的是PCI总线12，能实现数据的高速传输和采集，可工作于彩色模式或黑白模式。在本装置中工作在黑白模式下，灰度分辩率为256级，采集速度为每秒50帧。
6、计算机13作为图像信号的分析处理和系统控制部件，实现对测量过程的控制和图像信号的运算处理及结果的显示。由于图像信号处理量大，所以要求所用的计算机具有较高数据处理速度和较大的存取容量，可采用通用型PIV计算机，30秒内可完成一帧图像的拍摄和粒度的分析计算工作，基本实现了粒子粒度的快速实时测量，由于计算机及其程序本身都属于现有技术，故不一一赘述。
7、脉冲激光电源，为了克服由于粒子运动造成图像拖尾，使粒子虚假增大的现像，本装置采用脉冲电源向激光器供电，脉冲电源电路如图2。脉冲激光电源包括变压器L、整流器14、三端直流稳压块15(芯片型号7805)、开关K1、K2、单稳态电路16(芯片型号4538)、三极管T和发光二极管D。其工作原理是当采集卡的同步触发信号到来时，触发单稳态电路4538翻转，使Q端输出高电平，通过三极管T电流放大驱动半导体激光器，产生光脉冲输出。当K2切换到的b端时，为脉冲光输出，脉冲的宽度可通过K1进行切换，当K1处于位置R1时，脉冲宽度为0.2ms、位于R2、R3、R4、R5、R6位置时，则相应的脉冲宽分别为0.5ms，1ms，2ms，5ms，10ms；当K2切换到的下端时则为连续光输出。采用脉冲激励方式的另一好处是可提高激光器的使用寿命，但要求的激光的功率相应增大。
图像信号的处理及粒子大小的计算和粒度分布的统计由专门的程序控制下由计算机自动完成。软件主要包括以下功能背景噪声门限的计算及背景噪声的扣除、粒子边缘的锐化及边缘的提取、二值化处理、粒子记录和粒子光斑面积的计算、粒径的计算及粒度分布的计算、结果的显示与打印。
显然，前述计算机程序不是本申请案欲请求保护的范围。
另需声明的是，本实用新型的优选实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型，倘若是本案的等同技术将不会脱离本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种微小粒子粒度激光成像测量装置，其特征是包括激光器电源1、激光器2、将光源转换成薄片光源的柱面镜3和凸透镜4、盛装分散稀释剂和待测微小粒子的照射测量筒8、位于照射测量筒8内的以接受薄片光源的辐照区6、对粒子的散射光斑进行放大的光学显微放大镜10、拍摄粒子光斑图像的CCD图像传感器11、采集CCD视频信号并转换成数字图像信号的数据采集卡9、处理数字图像信号并输出粒子的粒度大小及粒度分布的计算机13。
2.根据权利要求1所述的成像测量装置，其特征是激光器电源1是可控脉冲宽度的脉冲激光电源。
3.根据权利要求2所述的成像测量装置，其特征是脉冲激光电源的电连接关系是交流电源经变压器L接整流器14的二输入端，整流器14的二输出端之间并连着电容C2、C3和稳压电源15的Vm端和GND端，该稳压电源15的5V电压输出端分别经6个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6与切换开关K1的6个切换位置之间相串连，切换开关K1的输出端同时接单稳态电路16的RC、B和CLR各端，单稳态电路16的RC与C端之间还串连着电容C，其A端接采集卡9以接受同步触发信号，Q端经开关K2、电阻R7接三极管T的基极，其集电极经电阻R8接稳压电源15的5V输出端，其发射极经发光二极管D接稳压电源15的GND端并接地，开关K2的a端连接于稳压电源15的5V电压端和电阻R8之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的成像测量装置，其特征是在测量筒8内相对并垂直于薄片光源照射方向处设有反光镜7。
5.根据权利要求4所述的成像测量装置，其特征是数据采集卡9与计算机13之间采用PCI总线12相联接。
6.根据权利要求5所述的成像测量装置，其特征是数据采集卡9为0K30视频采集卡。
专利摘要一种微小粒子粒度激光成像测量装置，其特征是包括激光器电源1、激光器2、将光源转换成薄片光源的柱面镜3和凸透镜4、盛装分散稀释剂和待测微小粒子的照射测量筒8、位于照射测量筒8内的以接受薄片光源的辐照区6、对粒子的散射光斑进行放大的光学显微放大镜10、拍摄粒子光斑图像的CCD图像传感器11、采集CCD视频信号并转换成数字图像信号的数据采集卡9、处理数字图像信号并输出粒子的粒度大小及粒度分布的计算机13。其优点是能够快速高精度地对微小粒子的粒度进行实时测量。
文档编号G01N21/47GK2612943SQ0323582
公开日2004年4月21日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者马志敏 申请人:武汉大学