一种多方法融合的颗粒粒度仪技术

本发明专利技术公开了一种多方法融合的颗粒粒度仪，特点是它由激光光源、非单色照明光源、显微物镜、道威棱镜或2个90度折转棱镜或全反射镜、半透半反镜、面阵数字相机或摄像机、样品池和透镜组合成两光路结构，一路是从非单色照明光源照射到样品池中的样品，显微物镜将放大的图像经道威棱镜后再经半透半反镜后到面阵数字相机；另一路是激光光源光照射到样品池中的样品，透镜将放大的图像经半透半反镜后到面阵数字相机；本发明专利技术的有益效果是用同一数字相机将多种测量方法融合在一起，用简单结构扩大了粒度仪测量上下限，使得粒度仪的测量范围可以从纳米级到数百微米级，满足宽范围粒度分布测量的要求，并可同时用图像法给出颗粒的形貌参数。

A particle sizer with multiple methods of fusion

The invention discloses a fusion method of particle size analyzer, which is characterized by non monochromatic laser light source, light source, micro lens, dove prism or 2 or 90 degrees turn prism reflector, half mirror array, digital camera or video camera, the sample and synthesis of two optical lens group the road structure, a road from non monochromatic illumination light source to the sample pool in the sample, a microscope objective magnified image by dove prism after half mirror to array digital camera; the other is a laser light source irradiates the sample pool in the sample, the amplified image by lens transflective mirror to array digital camera; the beneficial effect of the invention is a digital camera with various measurement methods together with a simple structure, expand the size measurement limits, the measuring range can be obtained from particle size analyzer Nano scale to hundreds of microns, to meet the requirements of wide range particle size distribution measurement, and can also be used to give morphological parameters of particles.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种融合图像法和光散射法的颗粒粒度测量装置，特别涉及一种测量 范围可以从纳米、亚微米到微米的颗粒粒度仪。
技术介绍
近年来随CXD和CMOS数字相机的发展，采用数字相机代替传统显微镜上的目镜构 成的图像法颗粒粒度分析仪已得到广泛应用。受光学显微镜理论图像分辨率的限制，图像 法颗粒粒度仪的测量下限一般在0.5微米以上，上限可以根据使用的显微物镜的放大倍率 而确定。动态光散射颗粒粒度仪主要用于纳米颗粒的粒度测量，一般测量下限在1纳米左 右，上限在3-5微米。这2种颗粒粒度仪虽可以满足在各自粒度范围内的颗粒测量，但在需 要测量颗粒的粒度范围从纳米到数十至数百微米时，2者就无法满足要求。静态光散射颗粒 粒度仪则是测量大量颗粒的散射光强，不考虑颗粒做布朗运动造成的散射光强的脉动，基 于静态光散射原理的颗粒粒度仪已成为现在颗粒测量的最主要方法，测量范围可以从亚微 米到数百微米。现有图像法颗粒粒度仪是在显微镜上改进，用CXD或CMOS数字摄像头或数字相机 替代显微镜上原有目镜，颗粒样品放在载玻片上，数字摄像机或数字相机拍摄到颗粒的显 微图像后将输出信号送到计算机进行处理，得到颗粒的图像，进一步用颗粒粒度分析软件 得到颗粒的粒度分布，形状等参数。在测量不同大小颗粒时可以用显微镜上的旋转式物镜 机构换用不同放大倍率的物镜，但照明光源系统仍是同一个，并不因更换物镜而变化。动态光散射颗粒粒度仪采用激光作光源，入射到含有被测颗粒的液体(通常是水) 中，微小颗粒在液体中受周边液体分子的撞击，会产生布朗运动，这种随机的布朗运动使得 颗粒散射光的强度也发生随机脉动，其脉动频率与颗粒大小有关，较大颗粒的随机运动频 率较低，扩散运动速度较慢，而较小颗粒的随机运动频率较高，扩散运动速度较快。颗粒的 扩散与粒度的关系可以用Mocks-Einstein公式描述Dt=^L⑴6π ] R式中久是扩散系数，&是波尔茨曼常数，r是绝对温度，η是粘度，是待测颗粒的半径。根据布朗运动理论，在"Γ时刻颗粒相对原点位移平方的期望值是3粒的动态散射的连续时间序列信号。静态光散射颗粒粒度仪同样采用激光作为光源，入射到被测颗粒上，颗粒会产生 光散射，这种散射可以用Mie’ s光散射理论描述。测量颗粒散射光的空间分布，然后用 Mie’s光散射理论和反演算法可以得到被测颗粒的粒度。在该方法中测量的是与颗粒大小 有关的静态光散射强度，不涉及到颗粒运动对光散射强度变化产生的动态影响，所以测量 信号不是时间序列信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种将图像法颗粒粒度测量和光散射法颗粒粒度测量 融合在一起的颗粒粒度测量技术，使得基于该技术的颗粒粒度仪测量范围可以从纳米到数 百微米，满足各种测量要求。本专利技术的基本原理用具有快门速度可控且可连续测量功能的面阵数字相机或摄 像机，如CCD或CMOS数字相机或数字摄像机作为检测传感器件，在图像法测量时，将微型光 源，如发光二极管，布置在样品池的下方，作为透射法图像测量的光源，或布置在显微物镜 周围，作为反射法图像测量的光源，面阵数字相机或摄像机布置在显微物镜的焦面上，这样 构成图像法颗粒粒度测量仪。在动态光散射测量时，将激光作为光源，激光束从样品池下方入射，样品池上布置 一个透镜，颗粒的动态散射光信号由面阵数字相机或摄像机接收拍摄图像。可以采用二种 方式记录颗粒的动态光散射信号，一种是连续记录多帧颗粒散射光的空间分布图像，然后 分析这些图像中颗椬的动态散射光点的布朗运动特性来获得颗粒的粒度；另一种是控制数 字相机的快门速度『使得拍摄到的一帧图像中的颗粒动态光散射点成为一条轨迹线，对该 帧图像中的所有颗椬光散射点的轨迹进行数据处理，由式(2)得到扩散系数，然后由式(1) 得到颗粒的粒度。在静态光散射测量时，光路布置与动态光散射测量同，但仅分析颗粒的静态光散 射特性来获得颗粒的粒度。在对显微物镜的焦距和光散射测量中的透镜焦距，象差，色差等参数综合考虑设 计时，可以将这两个透镜合为一个。基于上述专利技术原理，本专利技术的技术方案是一种多方法融合的颗粒粒度仪，其特征 在于，该颗粒粒度仪由激光光源、非单色照明光源、显微物镜、道威棱镜或2个90度折转棱 镜或全反射镜构成180度折转光路、半透半反镜、面阵数字相机或摄像机、样品池和透镜组 合成两光路结构，一路是从非单色照明光源发出的光照射到样品池中的样品，样品池位于 显微物镜的观察面上，显微物镜将放大的图像经过道威棱镜后再经过半透半反镜后到面阵 数字相机或摄像机；另一路是激光光源发出的光照射到样品池中的样品，透镜将放大的图 像经过半透半反镜后到面阵数字相机或摄像机；在图像法测量时，置于样品池下的第一非单色照明光源发光，布置在显微物镜周围的 第二非单色照明光源不发光，作为透射法图像测量；置于样品池下的第一非单色照明光源 不发光，布置在显微物镜周围的第二非单色照明光源发光作为反射法图像测量；在动态光散射法测量时，由激光光源发出的激光束照射到样品池中的样品颗粒，颗 粒的前向动态散射光被透镜接收后经半透半反镜到面阵数字相机或摄像机，面阵数字相机或摄像机连续记录颗粒的动态光散射信号，并送入计算机，根据颗粒的布朗运动理论和 Stocks-Einstein公式进行处理，得到颗粒的粒度分布；或控制相机的快门速度T，使得拍 摄到的图像上由于长时间曝光出现颗粒因布朗运动造成的散射光点的运动轨迹线，而不是 光点，然后送入计算机，根据颗粒的布朗运动理论和Mocks-Einstein公式进行处理，得到 颗粒的粒度分布；在静态光散射法测量时，由激光光源发出的激光束照射到样品池中的样品颗粒，颗粒 的前向静态散射光被透镜接收后经半透半反镜到面阵数字相机或摄像机，面阵数字相机或 摄像机将测得的颗粒静态散射信号送入计算机，根据Mie’ s光散射理论进行处理，得到颗 粒的粒度分布。所述的激光光源由第一激光光源和第二激光光源组成，所述的第一激光光源和第 二激光光源布置成一定夹角，夹角小于180度，大于0度，通常成90度垂直布置。所述照明光源采用发光二极管或微型灯泡。所述的面阵数字相机为CCD或CMOS数字相机。本专利技术的有益效果是利用同一个传感器件-CCD或CMOS数字相机将多种测量方法 融合在一起，用简单结构扩大了粒度仪的粒度测量上下限，使得基于本专利技术的粒度仪的测 量范围可以从纳米级到数百微米级，满足宽范围粒度分布测量的要求，并可同时用图像法 给出颗粒的形貌参数。附图说明图1为本专利技术实施例1示意图； 图2为本专利技术实施例2示意图3为本专利技术实施例2中两激光光源示意图； 图4为本专利技术实施例3示意图； 图5为本专利技术实施例4示意图。具体实施例方式结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1 一种多方法融合的颗粒粒度仪，由图1所示，该颗粒粒度仪由激光光源1、第一照明光 源2、第二照明光源3、显微物镜4、道威棱镜5、半透半反镜6、面阵数字相机或摄像机7、样 品池8和透镜9组合成两光路结构，一路是从照明光源2发出的光照射到样品池8中的样 品，样品池8位于显微物镜4的观察面上，显微物镜4将放大的图像经过道威棱镜5后再经 过半透半反镜6后到面阵数字相机或摄像机7 ；另一路是激光光源1发出的光照射到样品 池8中的样品，透镜9将放大的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多方法融合的颗粒粒度仪，其特征在于，该颗粒粒度仪由激光光源、非单色照明光源、显微物镜、道威棱镜或２个９０度折转棱镜或２个全反射镜构成１８０度折转光路、半透半反镜、面阵数字相机或摄像机、样品池和透镜组合成两光路结构，一路是从照明光源发出的光照射到样品池中的样品，样品池位于显微物镜的观察面上，显微物镜将放大的图像经过道威棱镜后再经过半透半反镜后到面阵数字相机或摄像机；另一路是激光光源发出的光照射到样品池中的样品，透镜将放大的图像经过半透半反镜后到面阵数字相机或摄像机；在图像法测量时，置于样品池下的第一非单色照明光源发光，布置在显微物镜周围的第二非单色照明光源不发光，作为透射法图像测量；置于样品池下的第一非单色照明光源不发光，布置在显微物镜周围的第二非单色照明光源发光作为反射法图像测量；在动态光散射法测量时，由激光光源发出的激光束照射到样品池中的样品颗粒，颗粒的前向动态散射光被透镜接收后经半透半反镜到面阵数字相机或摄像机，面阵数字相机或摄像机连续记录颗粒的动态光散射信号，并送入计算机，根据颗粒的布朗运动理论和Ｓｔｏｃｋｓ－Ｅｉｎｓｔｅｉｎ公式进行处理，得到颗粒的粒度分布；或控制相机的快门速度，使得拍摄到的图像上由于长时间曝光出现颗粒因布朗运动造成的散射光点的运动轨迹线，而不是光点，然后送入计算机，根据颗粒的布朗运动理论和Ｓｔｏｃｋｓ－Ｅｉｎｓｔｅｉｎ公式进行处理，得到颗粒的粒度分布；在静态光散射法测量时，由激光光源发出的激光束照射到样品池中的样品颗粒，颗粒的前向静态散射光被透镜接收后经半透半反镜到面阵数字相机或摄像机，面阵数字相机或摄像机将测得的颗粒静态散射信号送入计算机，根据Ｍｉｅ’ｓ光散射理论进行处理，得到颗粒的粒度分布。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡小舒，苏明旭，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31