专利名称：光全散射式在线粒度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线粒度测量装置，特别是涉及一种基于面阵电荷耦合器件 (Charge-Coupled Device，简称CCD)光电检测系统的光全散射式在线粒度测量装置。
背景技术：
随着激光技术、光电技术以及计算机技术的迅速发展和广泛应用，基于光散射原 理的颗粒粒度测量方法得到了极大发展。光散射式粒度测量法具有可测粒径范围宽、适用 范围广、使用限制少、测量结果可靠、响应速度快等优势，在工业在线测量应用中占据了主 导地位。目前技术较成熟的光散射式粒度测量法有衍射散射法、图像处理法、动态光散射法 和激光全息法等，这些方法具有各自的优势，但都存在着不足和限制。目前衍射散射法的 测量下限在几十纳米左右，已经接近理论极限，难以进一步向下延伸；图像处理法的显微设 备价格昂贵，样品制作和测量周期较长，对操作人员业务素质的要求较高，不适用于在线测 量；动态光散射法的测量下限可达纳米级，但其实际测量上限一般不超过ι μ m，测量范围 不够宽，另外，此方法建立在分子热运动原理之上，测量结果有时不够稳定可靠；激光全息 法具有可测颗粒运动轨迹、速度和加速度等参数的优点，但其全息照相系统结构复杂，设备 昂贵，对测量环境要求较高，对测量结果的量化及判读复杂，因此应用也具有一定局限性。
光全散射法是一种基于消光原理的光散射式颗粒测量法，它具有工作原理简单、 装置紧凑轻巧、测量周期短等独特优势，在高分子聚合过程监控、烟尘排放浓度监测、汽轮 机湿蒸汽粒度检测等在线测量领域有望发挥重要作用。面阵CCD元件相较于传统光电二极 管阵列(PDA)具有更高的精度和分辨率，更宽的动态响应范围，并且允许直接对像素点进 行操作，具有无可比拟的灵活性。将面阵CCD元件作为光全散射法测量装置的光电探测器 更能发挥其优势，以适应在线测量中日趋复杂的探测要求。发明内容
为克服上述已有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种光全散射式在 线粒度测量装置，用于弥补现存光散射式粒度测量法的不足，解决粒径范围在50nm-5 μ m 内固体或液体颗粒的粒度测量问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是
一种光全散射式在线粒度测量装置，包括发射单元、测量探针、接收单元和信号处 理单元四部分；
所述的发射单元由直流稳压电源、白色卤素灯、会聚透镜和第一耦合透镜组成，固 定在第一装置盒内；
所述的测量探针由探针体、发射光纤和接收光纤组成，探针体顶端开有测量窗口， 发射光纤将入射光束射向被测颗粒，接收光纤接收经过颗粒散射和吸收后的透射光，并将 其传导至接收单元；
所述的接收单元由第二耦合透镜、凹面准直反射镜、平面反射光栅、傅里叶透镜和面阵CCD元件组成，固定在第二装置盒内；
所述的信号处理单元由信号放大系统、A/D转换系统、计算机和打印机组成。
直流稳压电源额定电压12伏，白色卤素灯额定功率20瓦，波长范围0. 3 2.4μπι。与现有技术相比，本发明的有益效果可以是
测量光路全部固定在装置盒中，体积小巧，性能稳定可靠，并且移动方便，无需花 费精力调整光路；光源采用白色商素灯，光谱连续，包含可见光谱波段，方便测量者选取有 用的波长；直流稳压电源的电压连续可调，可根据测量要求改变输出光强；测量探针与发 射单元和接收单元之间通过光纤连接，移动灵活，操作方便，且两光纤在探针内实现了对 准，提高了测量精度，更适用于环境复杂的在线测量场合；采用面阵CCD元件作为光电接收 器件，测量精度高，响应速度快，操作方便；此外，本装置的光路部分均采用普通光学部件， 装置成本较低且易于维护，部件发生损坏时替换方便。


图1为本发明测量装置的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
做进一步详细的说明，但不应以 此限制本发明的保护范围。
请参阅图1。本发明光全散射式在线粒度测量装置，包括发射单元、测量探针、接 收单元和信号处理单元四部分。其构成是发射单元由直流稳压电源1、白色卤素灯2、会 聚透镜3和第一耦合透镜4组成，固定在第一装置盒5内。直流稳压电源额定电压12伏， 卤素灯额定功率20瓦，波长范围0. 3 2. 4 μ m。会聚透镜3用以会聚光源出射光，第一耦 合透镜4将会聚光束耦合到发射光纤6。测量探针由探针体7、发射光纤6和接收光纤9组 成。探针体7为细长的空心金属杆，顶端开有测量窗口 8，两光纤分别从探针体低端接入， 连接至窗口两侧并实现对准。测量时探针体插入测量区域20，使颗粒流19自由流过测量 窗口。发射光纤将入射光束射向被测颗粒，接收光纤接收经过颗粒散射和吸收后的透射光， 并将其传导至接收单元。接收单元由第二耦合透镜10、凹面准直反射镜11、平面反射光栅 12、傅里叶透镜13和面阵CXD元件14组成，固定在第二装置盒15内。第二耦合透镜10将 接收光纤的出射光束耦合到接收光路，凹面准直反射镜将发散光束准直为平行光束并入射 到平面反射光栅。平面反射光栅12对平行光束进行分光，傅里叶透镜13接收反射光并将 光谱聚焦在面阵CCD元件感光面上，CCD将光信号转换为电压信号。信号处理单元由信号 放大系统16、A/D转换系统17、计算机和打印机18组成，负责对电压信号进行采集、放大和 模数转换，送入计算机进行运算，最后由打印机输出粒度测量报告。
本装置的操作步骤为
1.波长定标
将卤素灯换为相同功率的低压汞灯，探针放置在离测量区域很远的洁净环境中， 开启装置电源。计算机采集得到谱线光强I关于CCD像元序数x(沿谱线展宽方向)的汞 元素特征光谱图。然后将波长1为404. 7nm、435. 8nm,546. lnm、579. Inm的四条标准谱线和 它们各自对应的像元序数χ进行最小二乘拟合，拟合公式为
权利要求
1.一种光全散射式在线粒度测量装置，其特征在于包括发射单元、测量探针、接收单元 和信号处理单元四部分；所述的发射单元由直流稳压电源、白色卤素灯、会聚透镜和第一耦合透镜组成，固定在 第一装置盒内；所述的测量探针由探针体、发射光纤和接收光纤组成，探针体顶端开有测量窗口，发射 光纤将入射光束射向被测颗粒，接收光纤接收经过颗粒散射和吸收后的透射光，并将其传 导至接收单元；所述的接收单元由第二耦合透镜、凹面准直反射镜、平面反射光栅、傅里叶透镜和面阵 CCD元件组成，固定在第二装置盒内；所述的信号处理单元由信号放大系统、A/D转换系统、计算机和打印机组成。
2.根据权利要求1所述的光全散射式在线粒度测量装置，其特征在于直流稳压电源额 定电压12伏，白色卤素灯额定功率20瓦，波长范围0. 3 2. 4 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种光全散射式在线粒度测量装置，包括发射单元、测量探针、接收单元和信号处理单元四部分；所述的发射单元由直流稳压电源、白色卤素灯、会聚透镜和第一耦合透镜组成，固定在第一装置盒内；所述的测量探针由探针体、发射光纤和接收光纤组成，探针体顶端开有测量窗口，发射光纤将入射光束射向被测颗粒，接收光纤接收经过颗粒散射和吸收后的透射光，并将其传导至接收单元。本发明光全散射式在线粒度测量装置，用于弥补现存光散射式粒度测量法的不足，解决粒径范围在50nm-5μm内固体或液体颗粒的粒度测量问题。
文档编号G01N15/14GK102033036SQ201010513229
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者李晓沛, 杨依枫, 杨晖, 郑刚 申请人:上海理工大学