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1、第19卷第3期桂林电子工业学院学报Vol.19,No.31999年9月JOURNALOFGUILININSTITUTEOFELECTRONICTECHNOLOGYSep.1999提高激光粒度仪测量高浓度悬浊液的精度黄廷磊郑刚王乃宁(桂林电子工业学院计算机分院)(上海理工大学光电学院)摘要在详细分析激光粒度仪工作原理的基础上,介绍了一种分层方法,用于修正高浓度悬浊液而引起的测量误差。由于光的透射性受待测样品的浓度影响较大,浓度较低将引起散射光能的信噪比减小,将会进一步影响信号分析;浓度太高,破坏了不相关单散射的条件,从而会引起强烈的复散射,使测试结果偏小。引用分层修正模型
2、能有效地提高激光测粒仪的精度。关键词激光测粒;光散射;复散射中图法分类TN247引言靶),该光电探测器由31个半圆环组成,中心环有一个小孔,背面放置一个光敏接收管,用于对中和浓度检随着科学技术发展和进步,许多工业场合对颗粒测。由于光靶不完全对中引超的测量误差,文献[1]已的测量提出了很高的要求,如耐火材料、制药、水泥行作了详细分析。作者在文中详细说明了激光测粒仪的原理,针对由于取样引起的样品浓度较高而引起的测业等。到目前为止,在世界各国己研制出大约四百多量误差进行了分析,并介绍了一种修正方法。种基于不同工作原理的测量方法和测量装置,如摄像法、离心沉降法、电感应法、筛分法
3、、光散射法等。由于[2,3]光散射法不受颗粒的物理特性影响、测量速度快、适1激光测粒仪基本原理用对象广、对被测对象无扰动等优点,这种测量方法很快被世界各国所广泛采用,并被公认为是最具发展激光测粒仪的基本原理由激光器、扩束透镜、富潜力的方法。80年代中期,我国很多行业对颗粒的测氏透镜、光电探测元件、数据采集和计算机组成,如图量主要还是依赖于进口,由于进口仪器价格昂贵,性能1所示。激光器发出的单色光经扩束器扩展成8mm并不能完全满足国内工业需要。为此,国内部分院校和大小的平行光束,位于测量区中的待测颗粒受到光照研究所推出了基于光散射法的国产粒度仪,综合运用射发出的散射光经富
4、里哀透镜投射到位于透镜后方了Mie散射和Fraunhofer衍射理论,解决了小颗粒和焦平面的光电探测元件上,数据采集器将光电探测元较大颗粒的测量问题,拓宽了激光粒度仪的测量上限件各环接收的散射光通量送入计算机进行处理,从而和下限。信号捕捉传感器采用了半圆环光电探测器(光得到待测颗粒的粒径分布信息。图1激光测粒仪示意图1999-04-13收稿,1999-08-23修改定稿第一作者男28岁在读博士上海理工大学2000932桂林电子工业学院学报1999年9月由Mie理论知,一束单色平行光照射到单个球则形粒子上,在r(散射颗粒到观察点的距离)点处的散Fi=∑g(Dj)Wij(7
5、)j射光的强度为:(5)式中C为常数,(7)式中等号左边的光通量项Fi2λI(θ)=I022[i1(θ)+i2(θ)](1)由实验测定,等号右边第一个因子g(Dj)为待测颗粒8πr的分布函数,第二个因子Wij可以通过计算得到,其其中,I0为入射光强,λ为光的波长,i1和i2分别为光22中I(θ,Dj)是粒径为Dj的颗粒在散射角为θ处的散强度函数;i1(θ)=
6、S1(θ)
7、,i2(θ)=
8、S2(θ)
9、;散射振射光强,可由经典的Mie散射理论计算。利用优化方幅函数S1,S2分别定义为:∞法对(7)式进行计算可以得到颗粒的粒径分布函数。2l+1S1(θ)=∑[alπl+blf
10、l]实际应用中,由于Mie理论的计算较为复杂,而l=1l(l+1)∞Fraunhofer衍射理论是Mie理论的近似和特例,计2l+1S2(θ)=∑l(l+1)[alfl+blπl]算大颗粒时较为方便,常用衍射光强分布函数式l=1242式中的al,bl,πl,fl分别定义为:I(θ)=πd2J1(x)(8)22I0′′16fλxJl(a)Jl(ma)-mJl(a)Jl(ma)al=′′,替代(1)式,只有在计算小颗粒时才用Mie散射理al(a)Jl(ma)-mal(a)J1(ma)论。关于两者之间的误差比较,国外已有很多文献报πl(cosθ)=pl(cosθ)/sinθ道
11、。一般可根据VandeHulst参数P来判定使用哪′′2πd
12、m-1
13、mJl(a)Jl(ma)-Jl(a)Jl(ma)种近似计算。这里P=.bl=′′,λmal(a)Jl(ma)-al(a)(ma)P<0.3Rayleigh′P≈1Lorenz-Miefl(cosθ)=pl(cosθ)/sinθP30Fraunhoferπkaπka考虑到Mie理论是建立在不相光的单散射基础Jl(a)=JL+1/2(ka),al(a)=HL+1/2(ka),22上,一般认为f1<0.1时,可不考虑复散射,但0.1<2πRa=kR=,λ,k,R分别为波在颗粒
