專利名稱：一種斜入射激光粒度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粒度儀，具體地來說為一種實(shí)現(xiàn)全范圍(0-180度)散射角度測量的斜入射激光粒度儀。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，激光粒度儀普遍采用垂直入射激光器，利用透鏡的半徑范圍來匯聚散射光，它能接收到的散射光角度范圍較小，而且樣品池通常是矩形窗口，受平行玻璃面影響會(huì)有全反射角的限制，通常樣品池中大于48度的散射光是不能從樣品池中射出的。這樣傳統(tǒng)的激光粒度儀光路的接收散射光的角度是受到很大限制。理論上來講，激光粒度儀能接收散射光的角度越大其靈敏度越高，分辨率越好，測試準(zhǔn)確性越精確。因此，目前為了擴(kuò)大激光粒度儀的散射光接收角度通常采用多光束、多透鏡、非矩形樣品池結(jié)構(gòu)等方法，然而，在提高散射光接收角度的同時(shí)，采用改進(jìn)的結(jié)構(gòu)或技術(shù)又引入了新的缺陷，如多光束結(jié)構(gòu)，采用兩個(gè)以上的激光器，這樣在測試時(shí)原始光強(qiáng)IO沒辦法得到完全統(tǒng)一，而且每個(gè)光束得到的散射信號(hào)連接問題也成為一個(gè)難以逾越的屏頸，造成采集信號(hào)與計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)都有很大誤差。多鏡頭結(jié)構(gòu)的缺陷是鏡頭排列要成一定角度，這樣在設(shè)計(jì)探測器時(shí)增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，而且仍然不能解決全反射角問題，實(shí)用性不大。非矩形樣品池結(jié)構(gòu)從理論上講可以解決全反射角度問題，但樣品池出光面非平行，這樣其不同角度散射光在出光面的折射規(guī)律不一致，造成光透過率規(guī)律也不一致，還有樣品池平行面與非平行面散射光角度的連接問題都會(huì)造成很多測量誤差，減少了測量的精確性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種斜入射激光粒度儀，解決激光粒度儀由于透鏡接受的散射光角度范圍小而存在的靈敏度和分辨率低的問題。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種斜入射激光粒度儀，包括激光器、透鏡組、樣品池和探視器，透鏡組為同光軸的前透鏡和后透鏡組成，分別置于樣品池前后兩側(cè)，使樣品池中心處于光軸上；激光器傾斜置于后透鏡的后側(cè)，發(fā)出的激光束通過后透鏡的邊緣部分變?yōu)槠叫泄夂髢A斜入射至樣品池的中心；探視器包括位于前透鏡前方的前探視器和后透鏡后方的后探視器接受來自樣品池內(nèi)顆粒物的散射光信號(hào)。激光器沿光路方向與透鏡組的光軸之間夾角為4(Γ47°之間。進(jìn)一步地前透鏡或后透鏡由依次排列的同光軸透鏡I、透鏡II、透鏡III和透鏡IV 組成，其中透鏡I、透鏡II、透鏡III和透鏡IV均為前表面為凸面，后表面為凹面的透鏡。透鏡I的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為1.6 2 ;透鏡II的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為2. 5^4. 5 ;透鏡III的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為
O.2^0. 4 ;透鏡IV的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為O. 4^0. 6。2/3頁透鏡II、透鏡III和透鏡IV與透鏡I的直徑比分別為1:1、1. 3 I. 6:1和2 4:1。前透鏡或后透鏡的凹面對向樣品池。樣品池采用矩形樣品池。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果
I.采用傾斜入射進(jìn)樣品池的激光器做為光源，該傾斜光束照射下顆粒的前向散射光 0-90度可以從樣品池前平行面射出，后向散射光90-180度可以從樣品池后平行面射出。然后樣品池前后的透鏡可以利用它的直徑范圍的區(qū)域?qū)?-180度的散射光進(jìn)行接收匯聚，擴(kuò)大激光粒度儀的散射光接收角度，從而增加了靈敏度和分辨率，測試準(zhǔn)確性和粒度分布范圍得到提聞。2.進(jìn)一步地，本發(fā)明為了克服傾斜入射所帶來的匯聚光斑變大的問題，采用的前后透鏡組的結(jié)構(gòu)，該透鏡組配合傾斜入射使得不同角度入射的平行光匯聚精度基本相同， 匯聚點(diǎn)很小，提高了測試的精確性，方便了本發(fā)明的探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而不需要改變探測器的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了費(fèi)用，簡化了粒度儀的尺寸。3.本發(fā)明的設(shè)計(jì)使散射角度的接收達(dá)到了最大，可實(shí)現(xiàn)全范圍角度的測量 (0-180度)，由于采用單光束，矩形樣品池，因此沒有一些不確定因素的影響，把測量誤差降到了最低，完全符合激光粒度儀的基本理論。4.采用本發(fā)明的設(shè)備所檢測粒度達(dá)到O. 01-2000微米。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明前透鏡或后透鏡的結(jié)構(gòu)示意其中I為激光器，2為后透鏡,3為前透鏡,4為樣品池,5為后探測器,6為前探測器,21 為透鏡I，22為透鏡II，23為透鏡III，24為透鏡IV。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。實(shí)施例I
如圖I所示，本發(fā)明斜入射激光粒度儀的結(jié)構(gòu)示意圖，該粒度儀包括激光器I、透鏡組、 樣品池4和探視器，透鏡組為同光軸的前透鏡3和后透鏡2組成，前透鏡3和后透鏡2分別置于樣品池4前后兩側(cè)；樣品池4為矩形樣品池，安置時(shí)使得樣品池4的中心部位處于透鏡組的光軸上。激光器I置于光軸上方傾斜置于后透鏡2的后側(cè)，激光器I距離光軸的高度和傾斜的角度保證激光器I所發(fā)出的激光通過后透鏡2的邊緣部分傾斜入射至樣品池的中心；這里所述的“邊緣部分”指的是，激光束不是垂直入射，激光束照射在透鏡上的位置不處于中心位置，為了利用透鏡的全部直徑面積，調(diào)整后透鏡的位置，保證激光束照射的位置小于直徑的1/4。激光器I沿光路方向與透鏡組的光軸之間夾角為4(Γ47°之間，本實(shí)施例中選擇45°，這時(shí)，激光束照射在后透鏡的位置接近邊緣，使得入射角接近全反射的角度，保證該光束照射下樣品池中顆粒的前向散射光0-90°可以從樣品池前平行面射出，后向散射光90-180°可以從樣品池后平行面射出；因此為了接受前后信號(hào)探視器設(shè)置為兩個(gè)包括位于前透鏡前方的前探視器6和后透鏡后方的后探視器5接受來自樣品池的散射光信號(hào)，前探視器6和后探視器5位于前后的焦平面上。前探視器6與后探視器5 口徑大小保證能接受(Γ180。的散射光信號(hào)。本發(fā)明前透鏡3或后透鏡2的結(jié)構(gòu)相同，以其中任意一個(gè)為例，如圖2所示，前透鏡由依次排列的同光軸透鏡121、透鏡1122、透鏡ΙΙΙ23和透鏡IV 24組成，其中透鏡121、透鏡1122、透鏡ΙΙΙ23和透鏡IV 24均為前表面為凸面，后表面為凹面的透鏡。透鏡121的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為I. 9 ;透鏡II的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為3. 5 ;透鏡III的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為O. 35 ； 透鏡IV的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為O. 55。透鏡II與透鏡I的直徑相同、透鏡III與透鏡I的直徑比設(shè)置為I. 4和透鏡IV與透鏡I的直徑比設(shè)置為2。前透鏡和后透鏡在放置時(shí)，保證小口徑面和樣品池相鄰。透鏡組配合傾斜入射，得到與垂直入射相同的匯聚點(diǎn)。實(shí)施例2
與實(shí)施例I的不同之處在于，激光器沿光路方向與透鏡組的光軸之間夾角為47°，透鏡I的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為2 ;透鏡II的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為4. 5 ;透鏡III的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為O. 4 ;透鏡IV的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為O. 6。透鏡II、透鏡III和透鏡IV與透鏡I的直徑比分別為1:1、1. 6:1和4:1。本發(fā)明在使用時(shí)，激光光束經(jīng)過后透鏡，后透鏡作為準(zhǔn)直透鏡將發(fā)散光束轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐笕肷渲翗悠烦刂校瑯悠钒l(fā)生散射，前向散射光0-90°可以從樣品池前平行面射出，經(jīng)過前透鏡的匯聚被前探測器檢測；后向散射光90-180°從樣品池后平行面射出， 經(jīng)過后透鏡的匯聚被后探測器檢測。樣品池前后的透鏡所利用的是直徑范圍的區(qū)域?qū)?0-180°的散射光進(jìn)行接收匯聚。
權(quán)利要求
1.一種斜入射激光粒度儀，包括激光器、透鏡組、樣品池和探視器，其特征在于，透鏡組為同光軸的前透鏡和后透鏡組成，分別置于樣品池前后兩側(cè)，使樣品池中心處于光軸上；激光器傾斜置于后透鏡的后側(cè)，發(fā)出的激光束通過后透鏡的邊緣部分變?yōu)槠叫泄夂髢A斜入射至樣品池的中心；探視器包括位于前透鏡前方的前探視器和后透鏡后方的后探視器接受來自樣品池內(nèi)顆粒物的散射光信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求I所述的斜入射激光粒度儀，其特征在于，激光器沿光路方向與透鏡組的光軸之間夾角為4(T47°之間。
3.按照權(quán)利要求I所述的斜入射激光粒度儀，其特征在于，前透鏡或后透鏡由依次排列的同光軸透鏡I、透鏡II、透鏡III和透鏡IV組成，其中透鏡I、透鏡II、透鏡III和透鏡 IV均為前表面為凸面,后表面為凹面的透鏡。
4.按照權(quán)利要求3所述的斜入射激光粒度儀，其特征在于，透鏡I的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為I. 6^2 ;透鏡II的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為2. 5^4. 5 ； 透鏡III的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為0. 2^0. 4 ;透鏡IV的前表面曲率半徑與后表面曲率半徑比為0. 4^0. 6。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的斜入射激光粒度儀，其特征在于，透鏡II、透鏡III和透鏡IV與透鏡I的直徑比分別為:1: I、I. 3 I. 6:1和2 4: I。
6.按照權(quán)利要求3所述的斜入射激光粒度儀，其特征在于，前透鏡或后透鏡的凹面對向樣品池。
7.按照權(quán)利要求I所述的斜入射激光粒度儀，其特征在于，所述樣品池為矩形樣品池。
全文摘要
本發(fā)明為一種實(shí)現(xiàn)全范圍(0-180度)散射角度測量的斜入射激光粒度儀。該粒度儀包括激光器、透鏡組、樣品池和探視器，其特征在于，透鏡組為同光軸的前透鏡和后透鏡組成，分別置于樣品池前后兩側(cè)，使樣品池中心處于光軸上；激光器傾斜置于后透鏡的后側(cè)，發(fā)出的激光束通過后透鏡的邊緣部分變?yōu)槠叫泄夂髢A斜入射至樣品池的中心；探視器包括位于前透鏡前方的前探視器和后透鏡后方的后探視器接受來自樣品池內(nèi)顆粒物的散射光信號(hào)。解決了由于透鏡接受的散射光角度范圍小而存在的靈敏度和分辨率低的問題，具有靈敏度和分辨率高，測試準(zhǔn)確性高和測量粒度分布范圍廣等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102590051SQ201210035888
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者范繼來, 董青云 申請人:丹東市百特儀器有限公司