探討激光粒度儀的工作原理

激光粒度儀主要依據(jù)Fraunhofer 衍射和Mie散射兩種光學(xué)理論。散射理論的研究開(kāi)始于上一世紀(jì)的70年代。1871年，瑞利(Lord Rayleigh)首先提出了的瑞利散射定律，并用電子論的觀點(diǎn)解釋了光散射的本質(zhì)。瑞利散射定律的適用條件是散射體的尺寸要比光波波長(zhǎng)小。1908年，米氏(G. Mie)通過(guò)電磁波的麥克斯韋方程，解出了一個(gè)關(guān)于光散射的嚴(yán)格數(shù)學(xué)解，得出了任意直徑、任意成分的均勻粒子的散射規(guī)律，這就是的米氏理論。1957年， H. C. Van de Hulst 出版了關(guān)于微小粒子光散射現(xiàn)象的專著，總結(jié)了粒子散射的普遍規(guī)律，受到科技界人士的廣泛注意，這本專著被認(rèn)為是光散射理論領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)。1969年，M . Kerker 系統(tǒng)論述了光及電磁波散射的一般規(guī)律，為散射理論的進(jìn)一步發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。1983年，C. F. Bo hren ，O. R. Huff man綜合前人的成果，又發(fā)表了關(guān)于微小粒子對(duì)光散射及吸收的一般規(guī)律，更全面地解釋了光的各種散射現(xiàn)象。至此，散射理論的體系建立起來(lái)了。

1976年J . Swit henbank 等人利用米氏理論在時(shí)( d為散射粒子的直徑，λ為光波波長(zhǎng))的近似式 ——夫瑯和費(fèi)(Franhofer)衍射理論發(fā)展了激光粒度儀，開(kāi)辟了散射理論在計(jì)量測(cè)試中的又一新領(lǐng)域。由于光散射法適用范圍寬，測(cè)量時(shí)不受顆粒光學(xué)特性及電學(xué)特性參數(shù)的影響，因此在隨后的三十年時(shí)間內(nèi)已成為粒度計(jì)量中zui為重要的方式之一。

激光粒度儀的工作原理

當(dāng)光線通過(guò)不均勻介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生偏離其直線傳播方向的散射現(xiàn)象，它是由吸收、反射、折射、透射和衍射的共同作用引起的。散射光形式中包含有散射體大小、形狀、結(jié)構(gòu)以及成分、組成和濃度等信息。因此，利用光散射技術(shù)可以測(cè)量顆粒群的濃度分布與折射率大小，還可以測(cè)量顆粒群的尺寸分布。

由激光器(一般為He-Ne激光器或半導(dǎo)體激光器)發(fā)出的光束。經(jīng)空間濾波器和擴(kuò)束透鏡后，得到了一個(gè)平行單色光束，該光束照射到由分散系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的顆粒樣品后發(fā)生散射現(xiàn)象。研究表明，散射光的角度和顆粒直徑成反比，散射光強(qiáng)隨角度的增加呈對(duì)數(shù)衰減。這些散射光經(jīng)傅立葉透鏡后成像在排列有多環(huán)光電探測(cè)器的焦平面上。多環(huán)探測(cè)器上的中央探測(cè)器用來(lái)測(cè)定樣品的體積濃度，外圍探測(cè)器用來(lái)接收散射光的能量并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而散射光的能量分布與顆粒粒度分布直接相關(guān)。通過(guò)接收和測(cè)量散射光的能量分布就可以反演得出顆粒的粒度分布特征。

激光粒度儀集成了激光技術(shù)、現(xiàn)代光電技術(shù)、電子技術(shù)、精密機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有測(cè)量速度快、動(dòng)態(tài)范圍大、操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為*zui流行的粒度測(cè)試儀器。