激光粒度儀的光學結構詳解

 當前，激光粒度儀在顆粒表征中的應用已經非常廣泛。測量對象涵蓋三種形態的顆粒體系：固體粉末、懸浮液（包括固液、氣液和液液等各類二相流體）以及液體霧滴。應用領域則包含了學術研究機構，技術開發部門和生產監控部門。

    經典的激光粒度儀的光學結構由激光器、空間濾波器、準直鏡、測量池、傅里葉透鏡和環形光電探測器這列組成。此外還有數據采集板和計算機。

    從激光器發出的激光束經過空間濾波器后，變成一束發散但波前純凈的光束，經準直透鏡后，變成一束平行光，照射到測量池中的待測顆粒上，被顆粒散射。散射光透過測量池的玻璃，被傅里葉透鏡收集起來。在傅里葉透鏡的后焦面上，放置了一個環形探測器陣列。探測器陣列由數十個獨立的探測單元組成，每個單元都是一個環帶，所有環帶對應于相同的圓心。環帶的平均半徑從圓心往外數呈指數式增長，理想情況下環帶的有效探測面積與環帶的平均半徑成正比。環帶的共同圓心上開了一個直徑約100微米的通孔（也有做成實心反射面的）。通孔的中心（也是環帶的圓心）位于光學系統的光軸上。通孔的后方斜置了一個獨立的探測器，通常被稱為“零環探測器”或“中心探測器”，而中心外的其他單元從里往外數分別稱為1環、2環、3環，……。未經散射的光被聚焦到中心孔內，穿過探測器陣列平面，照射到零環探測器上。

    傅里葉透鏡把相同散射角的光線聚焦到探測平面相同的半徑位置上，因此每個探測單元接收到的散射光代表一個確定的散射角范圍內散射光能的總和。未被顆粒散射的光被聚焦到中心探測器上。該探測器根據測量池中放入被測顆粒前后接收到的光信號的相對變化（稱為“遮光比或遮光度”），可以判斷待測顆粒在測量池中的濃度。顆粒濃度應該控制在適合的范圍內，以保證散射信號既有足夠高的信噪比，又不會發生復散射（即入射光只被顆粒散射一次）。其他探測單元用來接收散射。散射光被探測器轉換成電信號，再經數據采集板放大和A/D轉換，變成數字信號，然后傳輸給計算機。計算機軟件根據散射光能分布計算散射顆粒的粒度分布。這個計算過程是一個求解高階、病態的線性方程組的過程，行業中通常稱為“反演過程”，具體的算法稱為“反演算法”。計算機同時還擔負整個儀器系統的協調控制任務。