激光粒度儀應(yīng)用與發(fā)展

        激光粒度分析儀簡介

激光粒度分析儀通過測量一個粒子群的衍射光譜并由計算機(jī)處理來分析粒子分布?？捎糜跍y量各種固體顆粒、液滴、氣泡和任何兩相懸浮顆粒物的粒度分布，測量運(yùn)動顆粒群的粒度分布。它不受顆粒的物理和化學(xué)性質(zhì)的限制。該類儀器由于采用超聲波、攪拌、循環(huán)樣品分散系統(tǒng)，測量范圍廣（測量范圍可達(dá)0.02~2000微米，有的甚至更寬）；自動化程度高；操作方便；測試速度快；測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠且可重復(fù)。可廣泛用于石油化工、陶瓷、染料、水泥、煤粉、磨料、金屬粉、淤泥、礦石、霧滴、乳狀液等粒度的測定。
測量的基本原理

激光粒度分析儀是根據(jù)粒子能引起激光散射的物理現(xiàn)象來測試粒度分布。由于激光具有良好的單色性和強(qiáng)方向性，平行的激光束將在無限空間內(nèi)照射到無限遠(yuǎn)的地方而不受阻礙，傳播過程中幾乎沒有發(fā)散。當(dāng)光束被粒子阻擋時，一部分光會發(fā)生散射。散射光的傳播方向會與主光的傳播方向形成角度θ。散射理論和結(jié)果證明散射角θ的大小與粒子的大小有關(guān)。粒子越大，散射光的θ角越??；粒子越小，散射光的θ角越大。

激光粒度儀的經(jīng)典光路由發(fā)射窗、接收窗和測量窗三部分組成。發(fā)射部分由光源和光束處理裝置組成，主要為儀器提供單色平行光作為照明光。接收器是儀器光學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。測量窗口主要是讓被測樣品以完全分散的懸浮狀態(tài)通過測量區(qū)域，以便儀器獲取樣品的粒徑信息。

由于焦平面上的光強(qiáng)分布等于物體的光幅分布函數(shù)的數(shù)學(xué)傅里葉變換模數(shù)的平方（無論它放在鏡頭前面的哪個位置），即物體的光譜物體的光幅分布。激光粒子分析儀把探測器放在透鏡的后焦平面上，所以平行光在相同的傳播方向焦點(diǎn)將在探測器的同一點(diǎn)上。數(shù)據(jù)檢測器由多個以光軸為中心的同心圓環(huán)組成，每個圓環(huán)是一個獨(dú)立的檢測單元。這種探測器也稱為圓形光電探測器陣列，或簡稱光電探測器陣列。

激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過聚焦、低通濾波和準(zhǔn)直后成為直徑8~25mm的平行光。平行光束擊中測量窗口中的粒子后發(fā)生散射。散射光通過傅立葉透鏡后，相同散射角的光聚焦在探測器的相同半徑上。一個檢測單元輸出的光電信號代表一個角度范圍內(nèi)的散射光能量（大小由檢測器內(nèi)外半徑之差和鏡頭焦距決定），每個單元輸出的信號構(gòu)成散射光能量的分布。雖然散射光的強(qiáng)度分布總是中心大邊緣小，但檢測單元的面積總是內(nèi)小外大，所以被測光能分布的峰值一般在某個單元上在中心和邊緣之間。粒徑越小，散射光的分布范圍越大，光能分布的峰值也向外偏移。因此，不同尺寸的粒子對應(yīng)不同的光能分布。相反，樣品的粒度分布可以從測量的光能分布計算。

測量下限是激光粒度儀的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。激光粒度儀光學(xué)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，基本上是為了擴(kuò)展小顆粒段的測量下限或分辨率。其基本思想是增加散射光的測量范圍、測量精度或減小照射光的波長。
激光粒度儀的應(yīng)用

基于光散射理論的激光粒度儀已廣泛應(yīng)用于粉末冶金、薄膜、隔膜材料、催化劑、絕緣材料、潤滑劑、超導(dǎo)體、無線電技術(shù)等行業(yè)，涉及化學(xué)、醫(yī)藥、食品、建材等工業(yè)領(lǐng)域并發(fā)揮著越來越重要的作用。激光粒度分析儀可直接測量不同時間、不同地點(diǎn)大氣中煙塵的含量，從而得到大氣中煙塵的時空分布圖，對解決環(huán)境污染具有一定的指導(dǎo)作用和性氣候預(yù)測。近年來，水電部門的大氣污染、金屬氧化物、河流巡查等都成為激光粒度儀應(yīng)用的新焦點(diǎn)。
激光粒度儀的應(yīng)用前景

近年來，國外激光在線粒度測量技術(shù)因其連續(xù)自動采樣、抗干擾能力強(qiáng)、顯示報告實(shí)時、數(shù)據(jù)具有代表性等特點(diǎn)，發(fā)展迅速。但是，國內(nèi)在這方面的開發(fā)和應(yīng)用才剛剛起步，還有很大的差距?？梢灶A(yù)測，在線粒度測量和監(jiān)測的發(fā)展將為相關(guān)粉體行業(yè)帶來巨大的利益和變化。激光在線檢測技術(shù)將成為粒子檢測領(lǐng)域競爭的焦點(diǎn)，并將逐步推廣應(yīng)用。在該領(lǐng)域研發(fā)更先進(jìn)的采樣分散裝置（特別是超細(xì)顆粒），提高在線激光粒度儀的測試精度，使在線和離線測量結(jié)果一致，確保工業(yè)在線安裝和**應(yīng)用性和穩(wěn)定性等問題值得進(jìn)一步討論和解決。

目前，激光法測量等效散射光強(qiáng)度球面直徑，人們在用嚴(yán)格的電磁波理論解決橢圓等非球形粒子的光散射理論問題方面做了大量工作，其應(yīng)用也得到了廣泛的應(yīng)用。執(zhí)行。研究過。激光也可以在顆粒形狀的測量中發(fā)揮作用。在考慮形狀因子時，主要問題是散射函數(shù)復(fù)雜，計算量巨大。但是，隨著粉體工業(yè)的發(fā)展和計算機(jī)計算能力的提高，顆粒形狀的測量將變得越來越重要。

此外，從光能分布反演，特別是多峰窄分布顆粒樣品的反演計算粒度分布的可靠、準(zhǔn)確的算法也是國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。米氏理論的測量極限使得激光粒度儀在納米粒子的測量中具有更大的局限性。國外在動態(tài)光散射粒度儀測量納米粒子方面做了很大努力，國內(nèi)已有產(chǎn)品。研究和開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。