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激光粒度測量原理
國內(nèi)對于該類型儀器的研究和生產(chǎn)都相對不足,。而我國的市場需求量又十分巨大,,每年都需大量進口國外的儀器。國外儀器比較昂貴,,的也在5萬美元左右,。保守一點估計,我國每年至少需100臺,,那么每年用于該類型儀器的外匯zui少也有500萬美元,。
近年來我們研制成功了多種型號的激光粒度測量儀。它們的只要性能與國外同類產(chǎn)品相當,,而價格卻不到其十分之一左右,。
激光衍射式粒度測量儀的測量原理
我們所研制的激光粒度測量儀的工作原理基于夫朗和費(Fraunhofer)衍射和米(Mie)氏散射理論相結(jié)合。物理光學推論,,顆粒對于入射光的散射服從經(jīng)典的米氏理論,。米氏散射理論是麥克斯韋電磁波方程組的嚴格數(shù)學解,夫朗和費衍射只是嚴格米氏散射理論的一種近似,。適用于當被測顆粒的直徑遠大于入射光的波長時的情況,。夫朗和費衍射假定光源和接收屏幕都距離衍射屏無窮遠,從理論上考慮,,夫朗和費衍射在應(yīng)用中要相對簡單,。
低能源半導體激光器發(fā)出波長為0.6328微米的單色光,經(jīng)空間濾波和擴束透鏡,,濾去雜光形成直徑zui大10mm的平行單色光束,。該光束照射測量區(qū)中的顆粒時,會產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象,。衍射光的強度分布服從夫朗和費衍射理論,。在測量區(qū)后的付立葉轉(zhuǎn)換透鏡是接收透鏡(已知透鏡的范圍),,在它的后聚焦平面上形成散射光的遠磁場衍射圖形。在接收透鏡后聚焦平面上放置一多環(huán)光電檢測器,,它接收衍射光的能量并轉(zhuǎn)換成電信號輸出,。檢測器上的中心小孔(中央檢測器)測定允許的樣品體積濃度。在分析光束中的顆粒的衍射圖是靜止的并集中在透鏡光軸的范圍,。因此顆粒動態(tài)的通過分析光束也沒有關(guān)系,。它的衍射圖在任何透鏡距離總是常數(shù)。透鏡轉(zhuǎn)換是光學的,,因此極快,。
根據(jù)夫朗和費衍射原理,當測量區(qū)中有一直徑為d的球形顆粒時,,任意角度下它的衍射光強分布為:
------------------(1)
式中:
f:是接收透鏡的焦距
λ:是入射光的波長
J1 :是一階貝塞爾函數(shù)
θ:是散射角
X=πdsinθ/λ