一种共轴双光源和双探测器阵列同步采集的激光粒度仪制造技术

一种共轴双光源和双探测器阵列同步采集的激光粒度仪，由激光器1和激光器2发出两种不同波长的光，分别经扩束镜组3或扩束镜组4后到达二向色元件5，并分别被反射或透射后合成为一个平行光束。该平行光束照射颗粒样品区11，被颗粒散射，经接收透镜7、二向色元件6后分成两束不同波长的光。其中短波长的光被二向色元件6反射后由位于接收透镜组7焦平面上的光电探测器9接收信号；长波长的光被二向色元件6透射后经过接收镜组8，由位于接收透镜组7、接收透镜组8组合焦平面上的光电探测器10接收信号。接收透镜组7和接收透镜组8的组合焦距大于接收透镜组7的焦距；且由于采用了两种波长的光束作为入射光源，因此扩大了同步测量粒度的量程。量程。量程。

【技术实现步骤摘要】
一种共轴双光源和双探测器阵列同步采集的激光粒度仪


[0001]本专利技术涉及激光粒度测量领域，提供了一种具有两个光源沿同一个光轴同时入射，在两个探测面同步采集信号的激光粒度仪，用于测量颗粒的粒度分布。

技术介绍

[0002]激光粒度仪是常用的颗粒粒度测量仪器，具有非接触测量、测量范围宽、速度快等特点，可以用于多个领域的颗粒粒度检测。
[0003]激光粒度仪根据光散射原理对颗粒进行测量。由于自然界或人工合成的颗粒系的粒度分布范围较宽，因此采用单一接收透镜和单一光电探测器阵列难以满足宽分布粒度测量要求。为了扩大粒度测量范围，目前激光粒度仪常采用多光源或多类型探测器阵列组合实现。但由于激光粒度仪需要采用相干光照明，因此多个不同波长的光源难以同时照射样品区进行测量；不同类型的光电探测器接收信号方式不同，信号整合困难。因此，上述技术实现宽分布粒度的同步测量困难。
[0004]本专利技术采用两个不同波长的激光光源同时照射同一待测样品区域。由于在焦距和光电探测器尺寸相同的情况下，光波波长与颗粒粒径成正相关，波长越大的光束可测粒度越大，反之可测粒度越小；另一方面，波长和光电探测器尺寸相同时，焦距越大则可测粒度越大，反之越小。因此，本专利技术采用二向色元件合束和分光，两个不同波长的激光束经二向色元件合束后沿同一光路照射样品区，经第一组接收透镜后用二向色元件分光，在两个不同焦距的透镜或透镜组的焦平面分别用光电探测器接收信号，从而实现扩大粒度同步测量的范围。本专利技术中采用的双光源虽然呈垂直放置，但通过二向色元件使两束光共轴，因此，采样区域相同，且两光源同时工作，无需进行光源切换，可以同时测量颗粒粒度。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种双光源和双探测器阵列同步采集信号的激光粒度仪，解决宽分布颗粒粒度同步测量困难的问题，尤其适用于宽分布运动粒子的粒径测量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了以下的技术方案：
[0007]本专利技术提供的双光源和双探测器阵列同步采集的激光粒度仪主要包括：激光器1和激光器2、扩束镜组3和扩束镜组4、二向色元件5和二向色元件6、接收透镜组7和接收透镜组8、光电探测器阵列9和光电探测器阵列10以及颗粒样品区11。
[0008]本专利技术中以激光器1发出的短波长激光和激光器2发出的长波长激光，这两种不同波长的光作为光源，分别位于二向色元件5的两侧呈垂直放置，二向色元件5与激光器1、激光器2分别共轴呈45
°
放置。激光器1和激光器2同时发射激光，激光器1经过扩束镜组3，同时激光器2经过扩束镜组4后各自形成平行光束。在二向色元件5的高透和高反特性下，由激光器1经过扩束后形成的平行光经二向色元件5发生反射；由激光器2经扩束后形成的平行光经过二向色元件5发生透射，经过反射和透射后的两束激光传播方向一致，合束为同一光轴的光束，共同照射待测样品区11。两种不同波长的激光被颗粒散射，经接收透镜组7和二向
色元件6后分为两束不同波长的光，其中短波长的光被二向色元件6反射后由位于接收透镜组7焦平面上的光电探测器阵列9采集信号，长波长的光被二向色元件6透射后经过接收透镜组8，由位于接收透镜组7和接收透镜组8组合焦平面上的光电探测器阵列10采集信号。两个光电探测器阵列分别只接收单一波长下颗粒的散射光信号，并送入计算机进行数据处理，按照预先设置好的算法反演得出不同范围下的粒度分布。
[0009]Swithenbank和Hirleman给出了无因次准则数
[0010][0011]其中，S为散射光在光电探测器上的环半径，D为颗粒粒度，λ为激光器的波长，f为接收透镜的焦距。
[0012]由无因次准则数可以推出光电探测器阵列的尺寸、光波波长、透镜组的焦距与颗粒粒度间的关系。即在相同尺寸的光电探测器阵列和相同焦距的透镜组下，颗粒粒度与光波波长成正比。增大入射光的波长，可测得的粒度越大，反之，测得的粒度越小；在相同尺寸的光电探测器阵列和相同波长的光波下，颗粒直径与接收透镜组的焦距也成正比，采用大焦距的组合接收透镜组可以测得更大粒度的颗粒，采用小焦距的组合接收镜组就可以测得更小粒度的颗粒。
[0013]在短波长光源下，使用接收透镜组7接收散射光信号，可以测量更小粒度信号。当采用长波长的光源时，在相同尺寸的光电探测器阵列下，根据上式求得的颗粒粒度也会变大，并且长波长光接收镜组的焦距是由接收透镜组7和接收透镜组8的组合焦距所决定的。本专利技术中接收透镜组7和接收透镜组8的组合焦距大于单独一个接收透镜组7的焦距，因此，扩大了激光粒度仪的测量上限，增大了测量范围。
[0014]本专利技术的优点和积极效果：
[0015]与单一光源相比，采用更长波长的激光作为光源时，颗粒粒径的上限增大，采用大焦距的组合透镜接收散射光，进一步增大了测量上限；采用更短波长的激光作为光源，用小焦距接收镜组时，可以测得更小粒径的颗粒，降低了测量下限。本专利技术采用长、短两种波长的激光作为光源，分别配有大焦距的组合接收镜组和小焦距的接收透镜，分别用光电探测器阵列接收散射信号，可以同时增大测量上限并降低测量下限，即增大了可测粒度的测量范围，适用于宽分布粒子的测量。
[0016]与现有的双光源激光粒度仪相比，本专利技术采用共轴同时入射的两个光源以及双探测器阵列，同步采集散射光信号，保证了在线检测中两束光在同一时刻采样区域一致，尤其适用于运动粒子的测量。双探测器阵列可同时实现大范围和小范围测量，解决了运动粒子测量范围小的问题。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的双光源激光粒度仪的结构示意图，图中1、2为激光器；3、4为扩束镜组；5、6为二向色元件；7、8为接收透镜组；9、10为光电探测器阵列；11为待测颗粒样品区。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术进一步说明，有必要指出的是，以下具体实施方式只是对
本专利技术进行详细说明的一部分实施例，并不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中的具体数据只是为了详细说明技术方案，并不限制本申请的保护范围。
[0019]双光源和双探测器阵列同步采集的激光粒度仪如图1所示，包括激光器1和激光器2，扩束镜组3和扩束镜组4，二向色元件5和二向色元件6，接收透镜组7和接收透镜组8，光电探测器阵列9和光电探测器阵列10，待测颗粒样品区11。
[0020]本专利技术的实施过程为：选用波长为488nm的蓝光和波长为980nm的红外光两种激光光源，其中，红外激光器水平放置，蓝光激光器与红外激光器相垂直，蓝光激光光源经扩束镜组3、红外激光光源经扩束镜组4，两种激光光源再经45
°
放置的二向色元件5后，红光透射、蓝光反射，形成一束沿同一光轴的平行光，使两束光可以共轴入射，同时照射待测区域11。经过待测样品区11的散射光经接收镜组7被二向色元件6分束为初始入射的两个波长的光。接收透镜组7的焦距为300mm，接收透镜组8的焦距为50mm，两者间的光学间隔为20mm，两个透镜组形成的组合焦距为750mm。激光器1发出的蓝光只经过接收镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共轴双光源和双探测器阵列同步采集的激光粒度仪。由激光器1和激光器2、扩束镜组3和扩束镜组4、二向色元件5和二向色元件6、接收透镜组7和接收透镜组8、光电探测器阵列9和光电探测器阵列10组成。其中，激光器1和激光器2同时发射不同波长的激光；分别由扩束镜组3和扩束镜组4扩束后成为平行光，然后由二向色元件5合束后沿同一个光轴发射激光；两束不同波长的激光照射在颗粒样品区11。接收透镜组7接收待测颗粒物的散射光，经二向色元件6分成两种波长的两束光。其中由激光器1发出的短波长的激光沿90
°
反射后由位于接收透镜组7焦平面的光电探测器阵列9采集信号；由激光器2发出的长波长的激光沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏永杰，王清，张树日，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：