光全散射式在线粒度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为克服上述已有技术的不足，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。附图说明图1为本专利技术测量装置的原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以 此限制本专利技术的保护范围。请参阅图1。本专利技术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，拟合公式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑刚，杨依枫，杨晖，李晓沛，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]