激光粒度儀的工作原理

激光粒度儀是通過顆粒的衍射或散射光的空間分布(散射譜)來分析顆粒大小的儀器，采用Furanhofer衍射及Mie散射理論，測試過程不受溫度變化、介質(zhì)黏度，試樣密度及表面狀態(tài)等諸多因素的影響，只要將待測樣品均勻地展現(xiàn)于激光束中，即可獲得準確的測試結(jié)果。

粒度是指顆粒的大小。通常球體顆粒的粒度用直徑表示，立方體顆粒的粒度用邊長表示.對不規(guī)則的礦物等顆粒，可將與礦物顆粒有相同行為的某一球體直徑作為該顆粒的等效直徑。實驗室常用的測定物料粒度分布的方法有激光粒度儀法、顯微鏡法和篩分法。由于激光粒度儀測量精度高、檢測范圍寬，測試結(jié)果穩(wěn)定、操作方便快捷，現(xiàn)如今在各企事業(yè)中應(yīng)用Z為廣泛。

激光粒度儀粒度特性的幾個關(guān)鍵指標：

①D50：一個樣品的累計粒度分布百分數(shù)達到50%時所對應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，D50也叫中位徑或中值粒徑。D50常用來表示粉體的平均粒度。

②D97：一個樣品的累計粒度分布數(shù)達到97%時所對應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑小于它的的顆粒占97%。D97常用來表示粉體粗端的粒度指標。其它如D10、D90等參數(shù)的定義與物理意義與D97相似。

③比表面積：單位重量的顆粒的表面積之和。比表面積的單位為m2/kg或cm2/g。比表面積與粒度有一定的關(guān)系，粒度越細，比表面積越大，但這種關(guān)系并不一定是正比關(guān)系。

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激光粒度儀的主要種類

1.靜態(tài)激光

能譜是穩(wěn)定的空間分布。主要適用于微米級顆粒的測試，經(jīng)過改進也可將測量下限擴展到幾十納米。

2.動態(tài)激光

根據(jù)顆粒布朗運動的快慢，通過檢測某一個或二個散射角的動態(tài)光散射信號分析納米顆粒大小，能譜是隨時間高速變化。動態(tài)光散射原理的粒度儀僅適用于納米級顆粒的測試。

3.光透沉降

通常所說激光粒度儀是指衍射和散射原理的粒度儀，光透沉降儀，依據(jù)的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理，因此這類儀器不能稱作激光粒度儀。

激光粒度儀的工作原理

激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強的方向性，所以一束平行的激光在沒有阻礙的無限空間中將會照射到無限遠的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。

當光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個夾角θ。散射理論和實驗結(jié)果都告訴我們，散射角θ的大小與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越??；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。進一步研究表明，散射光的強度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，在不同的角度上測量散射光的強度，就可以得到樣品的粒度分布了。

激光粒度儀的測試對象

1.各種非金屬粉：如重鈣、輕鈣、滑石粉、高嶺土、石墨、硅灰石、水鎂石、重晶石、云母粉、膨潤土、硅藻土、黏土等。

2.各種金屬粉：如鋁粉、鋅粉、鉬粉、鎢粉、鎂粉、銅粉以及稀土金屬粉、合金粉等。

3.其它粉體：如催化劑、水泥、磨料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品、涂料、染料、熒光粉、河流泥沙、陶瓷原料、各種乳濁液。

激光粒度儀的優(yōu)勢：

激光粒度儀可以將物體粒度的分布很清晰地分辨出來，在分辨出后年就可以得出基本的結(jié)論，接著我們就可以利用這結(jié)論進行我們下一步的工作。至于這個儀器其實它也是有著自己的優(yōu)點的，所以在這里我們需要就它的優(yōu)點來進行分析。

1、可靠的光學平臺

①采用水平直線光路布置，無反射棱鏡，光路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

②底座采用槽鋼制作，結(jié)構(gòu)性好。器件安裝平面一次性加工，光路一致性好。

③模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，維護更加方便。

④整體外罩設(shè)計，防塵防水效果明顯。

2、優(yōu)化的光路結(jié)構(gòu)

①光路采用透鏡后傅立葉變換結(jié)構(gòu)，Zda接收角不受傅立葉鏡頭口徑限制。

②光源采用He-Ne氣體激光發(fā)射器，相比于其他的激光發(fā)射器具有單色性好、相干性高、發(fā)散角小、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，同時采用一體化激光發(fā)射器設(shè)計，有效降低了激光管熱變形、外界機械振動對儀器穩(wěn)定性的影響。

③對于激光發(fā)射器，除進行輸出功率值的傳統(tǒng)檢測外，還增加輸出功率穩(wěn)定性試驗，以保證儀器的測試性能。

④采取濾波平滑處理技術(shù)，降低激光管功率波動對測量的影響。

⑤增加后向探測器，擴展測量下限到0.1微米。

3、先進的數(shù)據(jù)采集及處理技術(shù)

①采用8通道同時采樣16位ADC(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)，幀數(shù)據(jù)采樣率高達1kHz。

②采用64通道同時采樣技術(shù)和超低泄露電流采樣保持開關(guān)，滿量程精度高達0.15%。

③具備電背景補償功能，有利于獲得更加準確的光能數(shù)據(jù)。

激光粒度儀作為一種新型的粒度測試儀器，已經(jīng)在粉體加工、應(yīng)用與研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的特點是測試速度快、測試范圍寬、重復性和真實性好、操作簡便等等。