动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置制造方法及图纸

一种利用动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置。装置构成主要包括激光束整形缩束部分、前向散射散斑场测量部分、后向散射散斑场测量部分和计算机控制及处理系统，工作过程为利用该装置将浑浊介质微粒运动产生的前向散射散斑场和后向散射散斑场记录下来并存储于计算机中，根据微粒光散射理论，选择前向散斑场或后向散斑场数据，利用散斑图特征值解析出微粒的运动特性。该方法具有实时、动态、准确的特点，可广泛应用于医学、生物学及生命科学等领域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种测量浑浊介质微粒运动的装置，具体的说是涉及一种用动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置。
技术介绍
浑浊介质指能同时产生散射和吸收且主要由散射造成的折射率非均勻性介质；多数生物组织(汁液)中含有大量散射微粒，均为典型的浑浊介质。因此，研究浑浊介质微粒的运动特性对医学、生物学及生命科学等领域具有重要的学术价值和科学意义，是现代科学研究的前沿热点。散斑是指相干光被粗糙表面或不均勻介质散射后形成的明暗相间的随机光强分布，当被照射介质随时间动态变化时，形成的散斑场也随之变化，称为动态散斑。动态散斑携带了被测样品的信息，可因散斑解析被测样品的内部信息。在浑浊介质微粒运动特性的研究中，动态散斑方法是一种有力的表征手段。经文献检索，美国专利“浑浊介质中半透明物体的二维成像”(授权号为 US5644429A，授权日为1997. 07. 01)，提供了一种利用4F傅里叶光学成像系统实现对浑浊介质溶液中半透明物体的成像方法，该方法能实现半透明物体的成像，缺点是不能对浑浊溶液中大量微粒的运动过程进行检测；美国专利“清澈和浑浊介质中微粒表征方法及装置”(授权号为US75^384B2，授权日为2009. 05. 05)，能实现荧光微粒的尺寸、形状及浓度等的检测，但测量精度较低、不能实现实时测量，限制了其应用范围；专利“浑浊介质微粒尺寸、浓度变化的动态散斑测量方法”(公开号为CN101788448A，公开日为2010. 07.观)，该方法能够通过对浑浊介质中微粒尺寸及浓度的变化可分析微粒的运动特性，其不足之处是没有考虑激光束光强分布的非均勻性，致使测量结果的精度较低。分析可知，在对浑浊介质微粒运动特性的测量中，已有技术存在的主要问题是没有考虑高斯激光束光强非均勻性的影响，没有实现对浑浊介质微粒运动状态的动态、实时、 准确检测。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题提供一种动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置，能消除光强非均勻性的影响，具有动态、实时、准确的特点。本技术提出的动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置，包括一连续波激光器，在该连续波激光器的光束前进方向依次设有激光光束整形器、缩束镜、光阑、起偏器、样品池；激光束经样品池中浑浊介质微粒散射后，在前向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜、检偏器、CCD相机；在后向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜、检偏器、CCD相机；所述的前向散射光场中CCD相机与后向散射光场中 CCD相机的输出端与同一台计算机的输入端相连；所述的连续波激光器发出的激光束经过激光光束整形器后变为均勻光束，然后经过缩束镜将光斑平行缩束，再通过光阑和起偏器后变为强度较高的均勻线偏振光束，照射在样品池上；所述的前向散射光路中会聚镜与样品池和CCD相机的距离均为该会聚镜焦距的二倍；所述的后向散射光路中会聚镜与样品池和CCD相机的距离均为该会聚镜焦距的二倍。本技术的工作过程为(1)用前向散射光路中CXD相机连续记录下浑浊介质微粒运动过程中产生的前向散射散斑场存入计算机；同时，用后向散射光路中CXD相机连续记录下浑浊介质微粒运动过程中产生的后向散射散斑场存入计算机；(2)根据微粒光散射理论分析，当浑浊介质中微粒线度小于入射光波长时，前向散射占主导地位，此时以前向散射光路CCD相机采集的数据为主进行分析，后向散射光路CCD 相机采集的数据起信息补充功能；根据瑞利散射理论，以散斑图对比度作为特征值对微粒的凝聚、絮结等运动特性进行表征；散斑图对比度值公式为少二 V〈/2〉一〈/〉2/〈/〉’其中，V表示对比度值，I表示散斑图的光强分布，〈…〉表示空间平均；(3)当微粒线度大于入射光波长时，后向散射占主导地位，此时应以后向散射光路 CCD相机采集的数据为主，前向散射光路CCD相机采集的数据则起信息补充功能；此时散射规律由Mie散射理论描述，以散斑尺寸大小及信息小波熵作为特征值对微粒的移动、絮结、 凝聚及平均自由程等运动特性进行表征；散斑尺寸由规范化自协方差函数C1(Xjy)=炉^…打！“，又)]!2]-。“，。〉2}/!。“，。2〉-。“，。〉2]计算得出； 其中，I(x, y)为在坐标点(χ，y)处的光强，I··· I表示取绝对值，〈…〉表示空间平均，FT， Fr1分别表示傅里叶变换与傅里叶反变换；当y = O时，通过C1(^O) = 0. 5计算在χ方向散斑大小的变化；(4)通过旋转检偏器偏振角来探测微粒不同偏振方向的散斑场，利用散斑图像的偏振度信息来获取微粒的旋转取向特性。与以往技术相比，本技术的优点消除了高斯激光束光强非均勻性对测量精度的影响，实现了对浑浊介质微粒运动状态的动态、实时、准确测量。附图说明附图为本技术的结构图示。其中，110-连续波激光器，120-激光光束整形器， 130-缩束镜，140-光阑，151-起偏器，160-样品池，171-会聚镜，152-检偏器，181-CCD相机，190-计算机，172-会聚镜，153-检偏器，182-CCD相机。具体实施方式下面结合实施例对本技术作进一步说明。由附图可见，本技术动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置，包括一连续波激光器110，在该连续波激光器110的光束前进方向依次设有激光光束整形器120、缩束镜130、光阑140、起偏器151、样品池160 ；激光束经样品池160中浑浊介质微粒散射后， 在前向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜171、检偏器152、CCD相机181 ；在后向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜172、检偏器153、CXD相机182 ；所述的前向散射光场中CXD相机181与后向散射光场中CXD相机182的输出端与同一台计算机190的输入端相连；CXD相机181用于记录前向散射散斑场，CXD相机 182用于记录后向散射散斑场，计算机190用于数据处理；所述的连续波激光器110发出的激光束经过激光光束整形器120后变为均勻光束，然后经过缩束镜130将光斑平行缩束，再通过光阑140和起偏器151后变为强度较高的均勻线偏振光束，照射在样品池160上；缩束镜130用于增强照射在样品池160中浑浊介质被测区域的光强，提高散斑图的对比度和清晰度；光阑140用于消除缩束镜130导致的光束边缘的非均勻性的影响，以保证光束的均勻性；所述的前向散射光路中会聚镜171与样品池160和CXD相机181的距离均为会聚镜171焦距的二倍；所述的后向散射光路中会聚镜172与样品池160和CXD相机182的距离均为会聚镜172焦距的二倍。将上述装置用于测量浑浊介质微粒的运动，具体工作过程为(1)建立动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置；(2)用前向散射光路中CXD相机181连续记录下浑浊介质微粒运动过程中产生的前向散射散斑场存入计算机190 ；同时，用后向散射光路中C⑶相机182连续记录下浑浊介质微粒运动过程中产生的后向散射散斑场存入计算机190 ；(3)根据微粒光散射理论分析，当浑浊介质中微粒线度小于入射光波长时，前向散射占主导地位，此时以前向散射光路CCD相机181采集的数据为主进行分析，后向散射光路 CCD相机182采集的数据起信息补充功能；根据瑞利散射理论本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用动态散斑法测量浑浊介质微粒运动的装置，其特征在于包括一连续波激光器，在该连续波激光器的光束前进方向依次设有激光光束整形器、缩束镜、光阑、起偏器、样品池；激光束经样品池中浑浊介质微粒散射后，在前向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜、检偏器、ＣＣＤ相机；在后向散射光场中以特定角度偏离主光轴的方向依次设有会聚镜、检偏器、ＣＣＤ相机；所述的前向散射光场中ＣＣＤ相机与后向散射光场中ＣＣＤ相机的输出端与同一台计算机的输入端相连；所述的连续波激光器发出的激光束经过激光光束整形器后变为均匀光束，然后经过缩束镜将光斑平行缩束，再通过光阑和起偏器后变为强度较高的均匀线偏振光束，照射在样品池上；所述的前向散射光路中会聚镜与样品池和ＣＣＤ相机的距离均为该会聚镜焦距的二倍；所述的后向散射光路中会聚镜与样品池和ＣＣＤ相机的距离均为该会聚镜焦距的二倍。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新忠，聂兆刚，台玉萍，杜凯，杨传径，李立本，
申请(专利权)人：河南科技大学，聂兆刚，
类型：实用新型
国别省市：41