激光粒度测量原理

激光粒度测量原理（丹东市百特仪器有限公司王永全）引言目前，在颗粒粒度测量仪器中，激光衍射式粒度测量仪已得到广泛应用，特别是在国外，该种仪器已取得一致公认。其显著特点是：测量精度高、反应速度快、重复性好、可测粒径范围广、可进行非接触测量等。国内对于该类型仪器的研究和生产都相对不足。而我国的市场需求量又十分巨大，每年都需大量进口国外的仪器。国外仪器比较昂贵，价格最低的也在5 万美元左右。保守一点估计，我国每年至少需100 台，那么每年用于该类型仪器的外汇最少也有500 万美元。近年来我们研制成功了多种型号的激光粒度测量仪。它们的只要性能与国外同类产品相当，而价格却不到其十分之一左右。激光衍射式粒度测量仪的测量原理我们所研制的激光粒度测量仪的工作原理基于夫朗和费（Fraunhofer ）衍射和米（ Mie ）氏散射理论相结合。物理光学推论，颗粒对于入射光的散射服从经典的米氏理论。米氏散射理论是麦克斯韦电磁波方程组的严格数学解，夫朗和费衍射只是严格米氏散射理论的一种近似。适用于当被测颗粒的直径远大于入射光的波长时的情况。夫朗和费衍射假定光源和接收屏幕都距离衍射屏无穷远，从理论上考虑，夫朗和费衍射在应用中要相对简单。低能源半导体激光器发出波长为微米的单色光，经空间滤波和扩束透镜，滤去杂光形成直径最大 10mm 的平行单色光束。该光束照射测量区中的颗粒时，会产生光的衍射现象。衍射光的强度分布服从夫朗和费衍射理论。在测量区后的付立叶转换透镜是接收透镜（已知透镜的范围），在它的后聚焦平面上形成散射光的远磁场衍射图形。在接收透镜后聚焦平面上放置一多环光电检测器，它接收衍射光的能量并转换成电信号输出。检测器上的中心小孔（中央检测器）测定允许的样品体积浓度。在分析光束中的颗粒的衍射图是静止的并集中在透镜光轴的范围。因此颗粒动态的通过分析光束也没有关系。它的衍射图在任何透镜距离总是常数。透镜转换是光学的，因此极快。根据夫朗和费衍射原理，当测量区中有一直径为d 的球形颗粒时，任意角度下它的衍射光强分布为：式中：f：是接收透镜的焦距λ ：是入射光的波长J1 ：是一阶贝塞尔函数θ ：是散射角激光衍射光强分布落在光电探测器第n 环（环半径从Sn 到 Sn+1，对应的散射角从θn 到 θn+1）上的光能量为：将（ 1）式中的 I（θ ）代入后可得：式中： J0 ：是零阶贝塞尔函数如果测量中同时有N 个直径为 d 的颗粒存在， 则在第 n 个...