一种激光粒度仪的制作方法

本发明涉及仪器仪表技术领域，特别涉及一种激光粒度仪。

背景技术：

激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生衍射或散射得到散射谱测试粒度分布以及颗粒大小的仪器。其具体工作原理如下：由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以一束平行的激光在没有阻碍的无限空间中将会照射到无限远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象；当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ。散射理论和实验结果都告诉我们，散射角θ的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。与此同时，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。在不同的角度上测量散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。

目前，市场上销售的大部分的激光粒度仪产品多以可见光激光器作为照明光源、呈圆环或扇形排列的硅光电二极管阵列作为接收光束的光电探测器(又称为硅光电池)，现有的硅光电池包括感光面与绝缘沟道，使得感光面被绝缘沟道分割形成圆环状的感光面，由于到达光电探测器表面的散射光在光电探测器上的位置与被测颗粒粒径是一一对应的关系，因此，不同圆环的感光面对应不同的颗粒粒径范围，通过判断散射光落在不同圆环的感光面上来得知粒径落在哪一个粒径区域范围内。

然而，划分感光面的数量主要由现今光刻技术的发展局限和数字信号处理技术决定的，光刻技术决定了感光面间的绝缘沟道的宽度，数字信号处理技术和探测器自身的技术指标决定了感光面的大小，当感光面被划分的十分细小的时候，提取的光电信号极易被系统噪声湮没，并且感光面划分的更细，即圆环数量增加，那么运算量增大，测量时间更长。因此，现有技术中的光 电探测器对颗粒粒径范围的测量精度有限，只能较为粗略的测量待测样品的粒径范围。

因此，如何提高激光粒度仪对粒子粒径划分精度是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光粒度仪，能够提高激光粒度仪对粒子粒径划分精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光粒度仪，包括：

用于发射激光光束的激光光源；

用于盛放待测样品的样品循环装置；

用于接收所述激光光束穿过所述待测样品后产生的散射光，并将其转换为散射光能量分布图的光电探测器，所述光电探测器包括多个扇形探测区域，至少两个相邻的所述扇形探测区域中的所述扇环形感光面相错分布；

用于根据所述散射光能量分布图计算所述待测样品的粒度分布的计算器。

优选的，在上述激光粒度仪中，每个所述扇形探测区域中最外围的所述扇环形感光面的外径相同。

优选的，在上述激光粒度仪中，所述扇形探测区域的个数为偶数。

优选的，在上述激光粒度仪中，还包括设置于所述激光光源与所述样品循环装置之间的准直扩束装置。

优选的，在上述激光粒度仪中，所述准直扩束装置为开普勒式激光扩束装置，包括会聚透镜和准直透镜。

优选的，在上述激光粒度仪中，还包括位于所述开普勒式激光扩束装置的焦点处设置有空间滤波器。

优选的，在上述激光粒度仪中，还包括设置于所述样品循环装置与所述光电探测器之间的傅里叶透镜，所述傅里叶透镜与所述光电探测器的中心的焦点重合。

优选的，在上述激光粒度仪中，所述样品循环装置包括：进料部件、出料部件、样品池以及传送带，所述传送带用于将所述待测样品从进料部件传送至所述样品池中或者将所述待测样品从所述样品池传送至所述出料部件。

本发明所提供一种激光粒度仪，包括：用于发射激光光束的激光光源；用于盛放待测样品的样品循环装置；用于接收所述激光光束穿过所述待测样品后产生的散射光，并将其转换为散射光能量分布图的光电探测器，所述光电探测器包括多个扇形探测区域，至少两个相邻的所述扇形探测区域中的所述扇环形感光面相错分布。用于根据所述散射光能量分布图计算所述待测样品的粒度分布的计算器。

在本发明中将基于激光粒度仪的圆形探测器，平均划分成多个区域后得到多个扇形探测区域，在每个扇形探测区域中，内部的扇环形感光面与绝缘沟道之间的比例全不相同。由于散射光在光电探测器上的位置与被测颗粒粒径是一一对应的关系，能够将一个完整的圆形探测器中尽可能划分更多的接收散射光的扇环形感光面，提高光电探测器对颗粒粒径范围的测量精度。而且，能够简化加工工艺，不再受激光刻光技术的局限，提高了激光粒度仪的测量分辨率，为降低了仪器的系统误差提供了更好的技术保障。

附图说明

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的激光粒度仪结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的90°扇形光电探测器结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的60°扇形光电探测器结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的45°扇形光电探测器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的激光粒度仪结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供一种激光粒度仪，包括：

用于发射激光光束的激光光源；

用于盛放待测样品的样品循环装置；

用于接收所述激光光束穿过所述待测样品后产生的散射光，并将其转换为散射光能量分布图的光电探测器，所述光电探测器包括多个扇形探测区域，至少两个相邻的所述扇形探测区域中的所述扇环形感光面相错分布；

用于根据所述散射光能量分布图计算所述待测样品的粒度分布的计算器。

其中，激光光源1发出激光光束至样品循环装置3，经过样品循环装置3中的颗粒散射，多个扇形探测区域的光电探测器5接收散射光，并将其转换为散射光能量分布图，光电探测器5将散射光能量分布图发送至计算器6进行计算，得到待测样品的粒度分布。

光电探测器5为圆形探测器，分为多个扇形探测区域，每个探测区域中分布有扇环形感光面21以及绝缘沟道22，由于绝缘沟道22的侧边较短可以认为两个圆弧的长度相同，形成环状的绝缘沟道22，绝缘沟道22分布于扇环形感光面21之间，用于隔离扇环形感光面21。

扇形探测区域中的扇环形感光面21的个数、面积以及分布方式不做具体限定，根据探测器的大小进行具体设定，分布方式只需要满足至少两个相邻的扇形探测区域中扇环形感光面21相错分布即可。例如，第一扇形探测区域中的距离圆心距离最小的扇环形感光面21与第二扇形探测区域中的距离圆心距离最小的扇环形感光面21相错，即二者距离圆心的距离不同即可，以此类推其它扇环形感光面21相错分布即可，目的是能够将整个圆形探测器分的更加精细，不同感光面21接收到的衍射光得到能量分布，最后计算得到的粒子直径更加精确。

在本发明中将基于激光粒度仪的圆形探测器5，平均划分成多个区域后得到多个扇形探测区域，在每个扇形探测区域中，内部的扇环形感光面21与绝缘沟道22之间的比例全不相同。由于散射光在光电探测器5上的位置与被测颗粒粒径是一一对应的关系，能够将一个完整的圆形探测器5中尽可能划分更多的接收散射光的扇环形感光面21，提高光电探测器对颗粒粒径范围的测量精度。而且，能够简化加工工艺，不再受激光刻光技术的局限，为激光粒度仪提高仪器的测量分辨率，降低了仪器的系统误差提供了更好的技术保障。

在上述激光粒度仪的基础上，每个所述扇形探测区域中最外围的所述扇环形感光面的外径相同。

进一步的，在上述激光粒度仪中，所述扇形探测区域的个数为偶数。

如图2-4所示，图2为本发明实施例所提供的90°扇形光电探测器结构示意图；图3为本发明实施例所提供的60°扇形光电探测器结构示意图；图4为本发明实施例所提供的45°扇形光电探测器结构示意图。

如图2，所述扇形探测区域的数量为四个，所述扇形探测区域的圆心角为90°。

如图3，所述扇形探测区域的数量为六个，所述扇形探测区域的圆心角为60°。

如图3，所述扇形探测区域的数量为八个，所述扇形探测区域的圆心角为45°。

需要指出的是，扇形探测区域的个数为偶数，目的是方便后续粒径的计算，扇形探测区域的个数还可以为奇数，个数不做具体限定。

例如，在同一个粒径测量范围[a₀,b_n]中，利用不同的探测器感光面21的划分，实现多种可测量的粒径范围[a₀,b₁],[a₁,b₂],……，[a_n-1,b_n]，其中：a₀<a₁<……<a_n-1,b₁<b₂<……<b_n.在本发明中，将一个圆形探测器进行如图3～4中的区域划分，可以实现在同一粒径测量范围内不同的细分范围。

如图2所示，将一个圆形的光电探测器平均划分成四个区域，每个区域呈90°扇形，右上角为区域1，逆时针依次为区域2、区域3以及区域4，单独对四个扇形区域中的光电探测器进行设计，使每个区域可以测量不同的粒径区间。例如，假设现有的粒径测量范围是[1,100]μm，那么，进行如图3所示的划分，则粒径范围可以细分为：在图3的区域1中，粒径范围分为[1,1.5] μm、[1.6,2.7]μm、[3,10]μm、[11,50]μm、[52,100]μm；在图3的区域2中，粒径范围分为[1,2]μm、[2.1,2.8]μm、[3,8]μm、[9,42]μm、[45,100]μm；在图3的区域3中，粒径范围分为[1,2.5]μm、[2.7,4.5]μm、[5,15]μm、[17,60]μm、[62,100]μm；在图3的区域4中，粒径范围分为[1,1.75]μm、[1.9,2.5]μm、[3,18]μm、[20,70]μm、[72,100]μm；这样，虽然总的测量粒径范围没有改变，但是，其中根据不同感光面21尺寸对应的细分后的可测量粒径范围得到了不同程度的细分，可以实现在受光刻技术限制的前提下，更多、更细的对可以测量粒径总范围的划分。

在上述激光粒度仪的基础上，还包括设置于所述激光光源与所述样品循环装置之间的准直扩束装置。

进一步的，在上述激光粒度仪中，所述准直扩束装置为开普勒式激光扩束装置，包括会聚透镜7和准直透镜8。

其中，会聚透镜7将激光光束进行汇聚，准直透镜8将汇聚后的激光光束进行准直，成为平行单色光束，便于对样品循环装置3中的激光光束照射颗粒进行散射。

进一步的，在上述激光粒度仪中，还包括位于所述开普勒式激光扩束装置的焦点处设置有空间滤波器9。

其中，一般的激光准直扩束系统分为两类，开普勒式激光扩束装置和伽利略式激光扩束装置，本实施例优选采用开普勒式激光扩束装置，并在扩束系统的集中焦点处加入了一个空间滤波器9，可以滤掉所有的高阶散射光，通过空间滤波器9的是空间低频的激光束，呈发散光束，再经过准直透镜8后就变成平行单色光束。目的是实现入射到样品循环装置3中的激光束均匀照明，降低杂散光对监测结果的影响，减小系统误差。

在上述激光粒度仪的基础上，还包括设置于所述样品循环装置3与所述光电探测器5之间的傅里叶透镜4，所述傅里叶透镜4与所述光电探测器5的中心的焦点重合。

其中，将光电探测器5放置于傅里叶透镜4的焦点处，原因是一部分平行光束被散射，傅里叶透镜4将散射光会聚在其焦平面上，处于焦平面的傅里叶透镜4接收散射光。

在上述激光粒度仪的基础上，所述样品循环装置3包括：进料部件10、出料部件11、样品池12以及传送带，所述传送带用于将所述待测样品从进料部件10传送至所述样品池12中或者将所述待测样品从所述样品池12传送至所述出料部件11。

其中，样品循环装置3用于放置待测样品，将样品循环装置3设计为循环装置，能够快速更替其中的待测样品，在进料部件10中装入待测样品，利用传送带将待测样品传送至样品池12中进行测试，利用传送带将将测试后的样品传送至出料部件11中即可。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。