专利名称：激光微粒测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及以采用光学方法为特征的计量设备，尤其是用于计量颗粒直径的测量仪。
在国民经济的许多部门中，存在着大量与颗粒直径密切相关的技术问题，如陶瓷粉末、染料、涂料、固体润滑剂、粉状或粒状的药剂、化工行业中的各种乳化剂、催化剂等等，准确地测量出这些微粒的直径，对改善产品质量、提高产品产量和性能、降低能源消耗、控制环境污染、保障人身健康等有着重大的经济效益和社会效益。
在现有技术领域内，采用光学方法测量颗粒尺寸的仪器中有全散射法、角散射法和前向散射光分布法。作为测量粉末状颗粒这类样品，目前一般采用前向散射光分布法居多。基于这一方法的典型仪器有英国马尔文仪器有限公司的Malvern Particle sizer(马尔文粒度分析仪)；上海机械学院的FAM激光测粒仪。这些仪器虽然能在其粒径测量范围(约为1～1000微米)内具有较高的测量精度，但从结构原理上看，它不能测量1微米以下的颗粒直径，而且由于使用了激光束的空间滤波和扩束及不同焦距的富里埃透镜等复杂的光路系统和高精度的光学元件，仪器结构复杂，成本高。
本实用新型的目的是提供一种只利用激光器和光电探测器，不用其他光学元件的微粒测量仪。从而使仪器的结构大大简化，通过计算机数据处理和计算，测量出颗粒样品的平均直径和尺寸分布。
本实用新型采用的技术方案是在仪器的底座上放置激光器，光电探测器，样品池位于激光器和光电探测器之间。当激光束照射到装有颗粒的样品池时将会产生散射现象，通过光电探测器检测出散射光的分布，接口电路将光电探测器的输出信号进行放大和A／D转换，然后送入计算机。计算机根据预先编制好的程序进行数据处理和计算后，可求得被测颗粒的平均直径和尺寸分布。
本实用新型的激光微粒测量仪的主要优点1.利用简单的光学和机械结构能达到与现有技术的同类仪器相同的测量精度，因不采用激光束的空间滤波和扩束以及高精度的富里埃变换透镜，从而简化了相应的准直系统和许多机械调节机构，仪器成本降低近二倍。
2.样品池距光电探测器的位置可以根据被测颗粒大小改变，不必调换系统中的任何部件，同时，当样品池靠近光电探测器时，被测颗粒的直径测量下限可达到0.2微米，从而扩大了下限的测量范围。而马尔文粒度分析仪需要更换不同焦距的富里埃透镜，由于受透镜焦距的影响，所以它只能测量的最小颗粒直径仅1微米左右。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
图1、激光微粒测量仪的结构示意图；图2、光电探测器的正面示意图；图3、接口电路原理图。
如图1所示，测量仪的光源为He－Ne激光器1安装在仪器底座4上，发出波长为0.6328微米的激光，在激光束的正前方有一个用固定件5固定的并安装在底座4上的光电探测器3。如图2所示，光电探测器3用硅光电池制成，它由32个半圆形环组成，由中心向外，各环的面积依次逐渐增加，图中黑色区域9为各个环的有效受光面积，白线10为环与环之间的绝缘层，光电探测器3的作用是将照射到各环上的光能量转换为电流信号，由引线输出至接口电路7的一组4067模拟开关11，模拟开关11的片选信号由计算机8的地址线和控制线经译码器16的输出信号控制，通道号由数据线经D触发器15控制，然后信号通过7650放大器12进行电流放大，再经398采样保持器13和AD574的A／D转换器14，转换后的数据由计算机8读入，计算机可采用AppleⅡ机，也可用PC机。被测颗粒配制成一定浓度的悬浮液后，放在样品池2中。样品池2插入样品池底座6的插槽内，改变它在插槽的位置可实现不同粒径范围内的颗粒测量。一般情况下，样品池2与光电探测器3之间的距离正比于被测颗粒直径。例如当颗粒直径为0.2～20微米时，样品池2可放在距光电探测器3的30毫米处位置上，其它以此类推。当激光束照射到含有颗粒的样品池时将会产生散射现象，根据米氏(Mie氏)光散射理论，散射光的分布与颗粒直径有确定的关系。通过光电探测器3测出散射光的分布，并将这些数据通过接口电路7送入计算机8，计算机根据预先编制好的程序进行数据处理和计算后可求出被测颗粒的平均直径和尺寸分布。
实施方法如下1.开启激光器并预热，让输出功率达到稳定。启动计算机，将相应的采样子程序和计算程序调入。
2.调整光电探测器与激光器的相对位置，使激光束垂直光电探测器并使激光束对准光电探测器的中心。
3.样品池一般可采用厚度为5毫米的比色皿。先把样品池放在距光电探测器的某个位置，并在样品池中放入一定量的液体。液体的种类视被测颗粒的性质而定，要求液体让颗粒充分分散，并不产生任何化学和物理反应。例如对于大多数金属或金属氧化物粉末，可用水作为分散液。
4.将被测粉末颗粒放入烧杯中，加入适量的液体进行分散，必要时还可再加少许分散剂，配制成颗粒悬浮液。
5.让计算机读入样品池中只有液体时的光电探测器的输出信号，该信号代表了背景光的光强；然后用滴管吸入配制好的颗粒悬浮液，慢慢地滴入样品池中，达到稳定后再让计算机读入信号，该信号代表了颗粒的散射光分布情况。
6.采样结束后，计算机自动转入数据处理和计算。
权利要求1.一种激光微粒测量仪，本实用新型的特征是在仪器的底座上放置激光器、光电探测器、装有被测颗粒的样品池位于激光器和光电探测器之间，光电探测器检测出的电流信号由引线输出至接口电路放大和A/D转换后送入计算机。
2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征是光电探测器用硅光电池制成，由32个半圆形环组成，由中心向外，各环的面积依次逐渐增加，黑色区域为各环的有效受光面积，白线为各环间的绝缘层，接口电路由4067模拟开关、7650放大器、398采样保持器、AD574的A／D转换器、D触发器、译码器等组成，计算机可采用AppleⅡ机或PC机。
专利摘要一种激光微粒测量仪由激光器、装被测颗粒的样品池、光电探测器、接口电路和计算机组成。它不采用富里埃变换透镜和空间滤波器等高精度的光学元件，能达到同类仪器相同的测量精度的前提下，大大简化了机械结构，使仪器成本降低近二倍，同时，只要直接改变样品池与光电探测器之间的距离即可改变测量范围，操作方便，并使颗粒直径的测量下限可达到0.2微米。在国民经济的许多部门中，很有推广使用的价值。
文档编号G01N15/02GK2090056SQ9120541
公开日1991年12月4日 申请日期1991年4月2日 优先权日1991年4月2日
发明者张宏建, 徐贯东, 慎大刚 申请人:浙江大学