專(zhuān)利名稱(chēng)：多通道散射反演微顆粒三維形狀檢測(cè)儀及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顆粒光學(xué)領(lǐng)域，具體是利用多通道散射反演微顆粒三維形狀檢測(cè)儀背景技術(shù)粒形和粒度是影響微顆粒物理特性的重要參數(shù)，是表征其特性的基本參考。粒度測(cè)量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，目前已有多種技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H在線檢測(cè)。相對(duì)于粒度測(cè)量來(lái)說(shuō)，粒形測(cè)量的發(fā)展要滯后的多，目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)諸報(bào)道。和僅有粒度分析比較，通過(guò)測(cè)量粒形和粒度的數(shù)據(jù)可以為過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究提供更為豐富的信息。在生產(chǎn)過(guò)程中考慮到粒形參數(shù)的影響能夠監(jiān)控產(chǎn)品品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本，如制藥、造紙、水泥等行業(yè)。顆粒形狀還可以從一定程度上反應(yīng)來(lái)源從而有效控制污染。吸入性顆粒的沉淀位置和粒形密切相關(guān)，對(duì)于粒形的詳細(xì)監(jiān)測(cè)可以使吸入性氣溶膠和疾病之間的關(guān)系更為明了。因此粒形的研究具有極為廣闊的前景。對(duì)于粒形分析來(lái)說(shuō)，過(guò)去很難發(fā)展一種快速和常規(guī)的儀器來(lái)達(dá)到。傳統(tǒng)上，顯微鏡常用來(lái)進(jìn)行該工作，并作為唯一可以觀察單獨(dú)顆粒并分析其大小和形狀的儀器，由于其絕對(duì)性，顯微技術(shù)常用來(lái)確認(rèn)其他技術(shù)的結(jié)果。然而，要得到統(tǒng)計(jì)學(xué)上有意義的結(jié)果，必須需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行樣品制備、人工觀察。顆粒的散射光是粒形等多個(gè)因素的函數(shù)，可以快速反演顆粒的形狀信息，但已報(bào)道的技術(shù)要么固定方位角研究極角，要么固定極角研究方位角，而顆粒的散射是三維的，只有從多方位散射信息的反演入手才有可能得到顆粒形狀的準(zhǔn)確信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種快速反演微顆粒形狀檢測(cè)儀，本發(fā)明通過(guò)收集飛行顆粒36個(gè)方位散射光的強(qiáng)度信息，用類(lèi)似定點(diǎn)填空的辦法快速的到顆粒的三維形狀。該發(fā)明技術(shù)方案成熟可靠，是一種實(shí)際可行的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案多通道散射反演微顆粒三維形狀檢測(cè)儀，其特征在于包括有散射腔體，其內(nèi)表面經(jīng)過(guò)發(fā)黑處理，散射腔體的外壁分布光纖插孔，光纖插孔內(nèi)安裝有采樣光纖，散射腔體頂部聯(lián)通有進(jìn)樣粒子束的入射管，其下方聯(lián)通有位于同一軸線上的進(jìn)樣粒子束的出射管，進(jìn)樣粒子束的入射管的側(cè)壁上有鞘流管，散射腔體的側(cè)壁上安裝有多個(gè)可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器，各個(gè)激光調(diào)制器的出射光路均相交于從所述的入射管進(jìn)入散射腔體內(nèi)的進(jìn)樣粒子束，每個(gè)激光調(diào)制器的對(duì)面安裝有光吸收管。
所述的散射腔體為球形腔體，所述的進(jìn)樣粒子束的入射管與出射管的軸線穿過(guò)散射腔體的球心，所述的可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器為二個(gè)，其出射光路相互垂直，且其安裝面為散射腔體的徑面，與進(jìn)樣粒子束垂直，在極角30°～150°，方位角為360°的空間內(nèi)，每隔15°設(shè)置四個(gè)光纖插孔，組成9個(gè)相互平行的方位角圓面，即是形成4對(duì)關(guān)于90°極角方向的方位角圓面對(duì)稱(chēng)的圓錐面；同時(shí)36個(gè)光纖插孔也形成了兩個(gè)各含18個(gè)光纖插孔的相互垂直的圓面，圓面與進(jìn)樣粒子束的夾角均為45°；采樣光纖的端頭安裝有微透鏡，置于散射腔內(nèi)，36根光纖的另一端直接進(jìn)入ICCD的接收靶面上，通過(guò)逐根光纖標(biāo)記，獲得對(duì)應(yīng)的各角度顆粒散射光電信號(hào)分布。
多通道散射信息反演微顆粒三維形狀檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟(1)、設(shè)計(jì)一個(gè)散射腔體，其內(nèi)表面經(jīng)過(guò)發(fā)黑處理，散射腔體的外壁分布有數(shù)光纖插孔，光纖插孔內(nèi)安裝有采樣光纖，散射腔體上方聯(lián)通有進(jìn)樣粒子束的入射管，其下方聯(lián)通有位于同一軸線上的進(jìn)樣粒子束的出射管，進(jìn)樣粒子束的入射管的側(cè)壁上有鞘流管，散射腔體的側(cè)壁上安裝有多個(gè)可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器，各個(gè)激光調(diào)制器的出射光路均相交于從所述的入射管進(jìn)入散射腔體內(nèi)的進(jìn)樣粒子束，每個(gè)激光調(diào)制器的對(duì)面安裝有光吸收管；(2)、用純凈空氣吹掃散射腔體內(nèi)部，直到?jīng)]有對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)影響的顆粒為止，調(diào)節(jié)散射腔體頂部的進(jìn)樣器的氣流量，配合鞘流，使兩者的比例達(dá)到1∶6左右，產(chǎn)生沿軸心線直線飛行的單顆粒微粒子流；(3)、可調(diào)制半導(dǎo)體激光器發(fā)出650nm的光束，調(diào)制后的激光束進(jìn)入散射腔，顆粒的光散射信號(hào)被分布在散射腔體內(nèi)壁上的光纖在不同的位置同時(shí)收集；
(4)、光纖束的出光口依次排布在CCD的感光面上，散射光信號(hào)經(jīng)ICCD變?yōu)槊}沖電信號(hào)，如果該位置處光纖收集的散射信號(hào)和某一尺度的球形顆粒在該位置處的散射信號(hào)相同，該散射信號(hào)也可以由Mie散射理論得出，則認(rèn)為是顆粒該位置對(duì)應(yīng)的尺度大小，這樣數(shù)個(gè)光纖位置的就形成了數(shù)個(gè)代表半徑大小的點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接起來(lái)，就形成了顆粒的三維形狀。
1.零部件的加工本儀器用來(lái)監(jiān)測(cè)顆粒的微弱散射信號(hào)，由散射腔內(nèi)表面本身帶來(lái)的反射應(yīng)該盡量小，因此散射腔應(yīng)用模具的方式加工，腔體整體尤其是內(nèi)表面要做發(fā)黑處理，所以用鑄鋁較為合適。散射腔的內(nèi)徑為24mm，外徑為38mm。其特征在于在極角30°～150°，方位角為360°的空間內(nèi)，每隔15°設(shè)置四個(gè)光纖插孔，組成9個(gè)相互平行的方位角圓面，也可以說(shuō)是形成4對(duì)關(guān)于90°極角方向的方位角圓面對(duì)稱(chēng)的圓錐面；同時(shí)36個(gè)光纖插孔也形成了兩個(gè)各含18個(gè)光纖插孔的相互垂直的圓面，圓面與進(jìn)樣粒子束的夾角均為45°。其他零部件與散射腔內(nèi)表面的結(jié)合處也應(yīng)做發(fā)黑處理，考慮到儀器的重量，選用硬鋁即可。
2.儀器的組裝組裝過(guò)程中使散射腔本身以及所有與散射腔的結(jié)合處均密封，以免外界干擾。用進(jìn)氣量等于出氣量的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)以散射腔為主體的儀器的密封程度。
3.儀器的校準(zhǔn)首先用純凈的干燥空氣吹掃散射腔內(nèi)部，直到?jīng)]有對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)影響的顆粒存在為止。然后采用標(biāo)準(zhǔn)的聚笨乙烯球校準(zhǔn)儀器的光纖，由于機(jī)械加工或光纖安裝中的輕微誤差，可能導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)球形顆粒的同緯度角的散射信號(hào)不同，通過(guò)校準(zhǔn)，使同一緯度角的接收光散射的能力相同。
4.散射信號(hào)的獲取由于探測(cè)目標(biāo)鎖定在1～20um的顆粒，尤其是PM2.5～PM10的可吸入性顆粒，為增強(qiáng)弱光散射信號(hào)的靈敏度，在光纖的入光口加設(shè)了φ2.5的凸透鏡，這樣光纖的收集立體角為6°左右。光纖束的出光口依次排布在ICCD的感光面上，散射光信號(hào)經(jīng)ICCD變?yōu)槊}沖電信號(hào)，合理選擇脈沖電信號(hào)的閾值，以消除暗電流的影響。在測(cè)量不同偏振態(tài)的光對(duì)結(jié)果的影響時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整脈沖電信號(hào)的閾值。
3.顆粒形狀的反演為減小工作量，光纖測(cè)量點(diǎn)和軟件反演點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系固定。每一根光纖對(duì)應(yīng)一個(gè)角度，如果該位置處光纖收集的散射信號(hào)和某一尺度的球形顆粒在該位置處的散射信號(hào)相同(該散射信號(hào)也可以由Mie散射理論得出)，則認(rèn)為是顆粒該位置對(duì)應(yīng)的尺度大小，這樣36個(gè)位置就形成了36個(gè)代表半徑大小的點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接起來(lái)，就形成了顆粒的三維形狀。粒度和粒形有著密切的關(guān)系，在反演形狀的過(guò)程中，考慮粒度的影響。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)1.基本原理為成熟的Mie散射理論2.36方位定點(diǎn)填空的方法簡(jiǎn)單易行3.顆粒形狀反演快速準(zhǔn)確


圖1是本發(fā)明的散射腔體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是顆粒形狀反演示意圖。
圖3是本發(fā)明工作流程圖。
圖4是顆粒的直徑等效球示意圖。
圖5是氣溶膠顆粒Mie散射強(qiáng)度分布圖。
圖6是費(fèi)雷特直徑的計(jì)算。
具體實(shí)施例方式
多通道散射反演微顆粒三維形狀檢測(cè)儀，其特征在于包括有散射腔體1，其肉表面經(jīng)過(guò)發(fā)黑處理，散射腔體1的外壁分布光纖插孔2，光纖插孔2內(nèi)安裝有采樣光纖3，散射腔體1頂部聯(lián)通有進(jìn)樣粒子束的入射管4，其下方聯(lián)通有位于同一軸線上的進(jìn)樣粒子束的出射管5，進(jìn)樣粒子束的入射管4的側(cè)壁上有鞘流管6，散射腔體1的側(cè)壁上安裝有多個(gè)可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器7，各個(gè)激光調(diào)制器7的出射光路均相交于從所述的入射管進(jìn)入散射腔體1內(nèi)的進(jìn)樣粒子束，每個(gè)激光調(diào)制器7的對(duì)面安裝有光吸收管8。
所述的散射腔體1為球形腔體，所述的進(jìn)樣粒子束的入射管4與出射管5的軸線穿過(guò)散射腔體1的球心，所述的可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器7為二個(gè)，其出射光路相互垂直，且其安裝面為散射腔體1的徑面，與進(jìn)樣粒子束垂直，在極角30°～150°，方位角為360°的空間內(nèi)，每隔15°設(shè)置四個(gè)光纖插孔3，組成9個(gè)相互平行的方位角圓面，即是形成4對(duì)關(guān)于90°極角方向的方位角圓面對(duì)稱(chēng)的圓錐面；同時(shí)36個(gè)光纖插孔也形成了兩個(gè)各含18個(gè)光纖插孔3的相互垂直的圓面，圓面與進(jìn)樣粒子束的夾角均為45°；采樣光纖3的端頭安裝有微透鏡，置于散射腔體1內(nèi)，36根光纖的外面的一端直接進(jìn)入ICCD的接收靶面上，通過(guò)逐根光纖標(biāo)記，獲得對(duì)應(yīng)的各角度顆粒散射光電信號(hào)分布。
具體結(jié)構(gòu)一、密封散射腔部件的結(jié)合處以及散射腔和激光調(diào)制器7、光吸收管8、進(jìn)氣和出氣管道的結(jié)合處，使散射腔不受外界大氣的影響。用純凈空氣吹掃散射強(qiáng)內(nèi)部，直到?jīng)]有對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)影響的顆粒為止。調(diào)節(jié)散射腔頂部的進(jìn)樣器的氣流量，配合鞘流，使兩者的比例達(dá)到1∶6左右(參考粒子計(jì)數(shù)器的比例)，產(chǎn)生沿軸心線直線飛行的單顆粒微粒子流。
二、可調(diào)制半導(dǎo)體激光器發(fā)出650nm的光束，經(jīng)激光調(diào)節(jié)器后，光束形狀變?yōu)楦?.3mm、寬1.6mm的矩形(或短軸0.3mm、長(zhǎng)軸1.6mm的橢圓)，之所以這樣調(diào)制，原因在于①單顆粒飛行的微粒子流宏觀上間距是很小的，為保證收集到單個(gè)顆粒的散射信號(hào)，激光束的高度(短軸)在滿足測(cè)量要求的前提下應(yīng)盡量??；②單顆粒飛行的微顆粒流盡管有鞘流的限制，仍會(huì)稍微偏離軸心線，為了確保顆粒散射信號(hào)的收集，光束寬度(長(zhǎng)軸)應(yīng)做的稍長(zhǎng)一些。
三、調(diào)制后的激光束進(jìn)入散射腔，散射腔的內(nèi)外徑分別為24mm、38mm，為防止散射腔內(nèi)部的反射，腔體和深入腔體內(nèi)部的零件均做發(fā)黑處理。顆粒的光散射信號(hào)被分布在腔體上的36根距腔心等距離的光纖在不同的位置同時(shí)收集。
四、光纖束的出光口依次排布在CCD的感光面上(見(jiàn)圖1)，散射光信號(hào)經(jīng)ICCD變?yōu)槊}沖電信號(hào)，如果該位置處光纖收集的散射信號(hào)和某一尺度的球形顆粒在該位置處的散射信號(hào)相同(該散射信號(hào)也可以由Mie散射理論得出)，則認(rèn)為是顆粒該位置對(duì)應(yīng)的尺度大小(見(jiàn)圖3、4)，這樣36個(gè)位置就形成了36個(gè)代表半徑大小的點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接起來(lái)，就形成了顆粒的三維形狀。
五、光的偏振影響顆粒的散射性質(zhì)，因而測(cè)量顆粒形狀的設(shè)備通常采用圓偏振光，但在同一臺(tái)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)對(duì)顆粒散射性質(zhì)的影響尚未見(jiàn)到報(bào)道，本發(fā)明利用兩束同時(shí)聚焦在球心的脈沖光束實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。
測(cè)量原理Mie散射理論探討了任意大小和折射率的均勻球形粒子的光散射問(wèn)題。光波長(zhǎng)和粒子尺度決定了粒子中的相位分布，假設(shè)粒子為球形，粒子尺度和波長(zhǎng)之比即為無(wú)量綱尺度參數(shù)αα=2πrλ---(1)]]>被一個(gè)粒子散射到θ方向的散射光I(θ)可以分為兩個(gè)互相垂直的偏振分量，其強(qiáng)度分別為I(θ)和I//(θ)。前者垂直于觀測(cè)平面，后者平行于觀測(cè)平面，它們分別與兩個(gè)強(qiáng)度分布函數(shù)i1和i2成正比。i1和i2由下式給出i1(α,m,θ)=|S1|2=|Σn=1∞2n+1n(n+1)(anπn+bnτn)|2=|Re(S1)+Im(S2)|2---(2)]]>i2(α,m,θ)=|S2|2=|Σn=1∞2n+1n(n+1)(anτn+bnπn)|2=|Re(S2)+Im(S1)|2---(3)]]>S1和S2是強(qiáng)度為I(θ)和I//(θ)的散射波的無(wú)量綱的復(fù)振幅值，m為復(fù)折射率。
S1(θ)=Σn=1∞2n+1n(n+1)[anπn(cosθ)+bnτn(cosθ)]---(4)]]>S2(θ)=Σn+1∞2n+1n(n+1)[bnπn(cosθ)+anτn(cosθ)]---(5)]]>散射波是由粒子中電荷構(gòu)成的各種多極子發(fā)射的部分波構(gòu)成的。第一部分為偶極子輻射，第二部分為四極子輻射，以此類(lèi)推至更高級(jí)多極子。第n個(gè)電部分和第n個(gè)磁部分波的振幅分別用振幅函數(shù)an和bn表示。an和bn由Riccati-Bessel函數(shù)決定，是尺度參數(shù)α和復(fù)折射率m的函數(shù)，與散射角θ無(wú)關(guān)。πn(cosθ)和τn(cosθ)僅與角度有關(guān)，兩者都包含以cosθ為宗量的n階勒讓德(Legendre)多項(xiàng)式Pn(cosθ)的一階和二階導(dǎo)數(shù)an=ψn′(y)ψn(x)-mψn(y)ψn′(x)ψn′(y)ζn(x)-mψn(y)ζn′(x)---(6)]]>bn=mψn′(y)ψn(x)-ψn(y)ψn′(x)mΨn′(y)ζn(x)-ψn(y)ζn′(x)---(7)]]>πn(cosθ)=dPn(cosθ)d(cosθ)---(8)]]>τn(cosθ)=cosθ·πn(cosθ)-sin2θdπn(cosθ)dcosθ---(9)]]>式中ψn(z)、χn(z)和ζn(z)是Riccati-Bessel函數(shù)ψn(z)＝zjn(z)＝(πz/2)1/2Jn+1/2(z)＝Sn(z) (10)χn(z)＝-znn(z)＝-(πz/2)1/2Nn+1/2(z)＝Cn(z) (11)ζn(z)＝ψn(z)+iχn(z) (12)x＝α＝2πr/λ (13)y＝mkr (14)Jn+1/2和Nn+1/2分別為半奇數(shù)階貝塞耳(Bessel)函數(shù)和半奇數(shù)階諾伊曼(Neunann)函數(shù)，分別屬于第一類(lèi)貝塞耳函數(shù)和第二類(lèi)貝塞耳函數(shù)。J-(n+1/2)為負(fù)奇數(shù)階貝塞耳函數(shù)。它們分別由公式(16)-(19)給出J2n+12(x)=(-1)n2πx2n+12dn(xdx)n(sinxx)---(15)]]>J2n+12(x)=2πx2n+12dn(xdx)n(cosxx)---(16)]]>N2n+12(x)=-(-1)nJ-2n+12(x)=-(-1)n2πx2n+12dn(xdx)n(cosxx)---(17)]]>
其中，n為整數(shù)。于是(10)和(11)可以變換為ψn(z)=(-1)nxn+1dn(xdx)n(sinxx)---(18)]]>χn(z)=(-1)nxn+1dn(xdx)n(cosxx)---(19)]]>Pn(cosθ)=Σk=1nAkAn-kcos(2k-θ)---(20)]]>其中，Ak=(2k)!(2kk!)2.]]>Mie散射理論的散射效率因子Qs(α，m)由公式(22)給出Qs(α,m)=2α2Σn=1∞(2n+1)(|an|2+|bn|2)---(21)]]>在波長(zhǎng)固定的情況下，由于尺度參數(shù)α是顆粒半徑的無(wú)量綱表示，故α的分布便成為顆粒半徑的標(biāo)尺(見(jiàn)圖5)。
當(dāng)?shù)玫侥澄恢锰幑饫w的散射信號(hào)時(shí)，可以比較得出該位置處產(chǎn)生同樣大小散射的球形顆粒的半徑，該半徑就是顆粒此處對(duì)應(yīng)的半徑，如此得到顆粒的36個(gè)位置的半徑，將這36個(gè)半徑的定點(diǎn)依次連接起來(lái)，便形成了顆粒的三維圖形。
由上述可知，同樣大小的顆粒形狀不同會(huì)導(dǎo)致散射分布的差異，顆粒方向的改變將導(dǎo)致散射強(qiáng)度分布的改變，而尺度大小是通過(guò)散射分布來(lái)判斷的，故顆粒尺度與形狀志之間含有一定的關(guān)系，因此單獨(dú)用投影面積或體積反演的直徑是不準(zhǔn)確的，在本發(fā)明中，引入平均費(fèi)雷特(Feret)直徑的概念(見(jiàn)圖6)F=F1+F2+F3+...+F3636]]>
權(quán)利要求
1.多通道散射反演微顆粒三維形狀檢測(cè)儀，其特征在于包括有散射腔體，其內(nèi)表面經(jīng)過(guò)發(fā)黑處理，散射腔體的外壁分布光纖插孔，光纖插孔內(nèi)安裝有采樣光纖，散射腔體頂部聯(lián)通有進(jìn)樣粒子束的入射管，其下方聯(lián)通有位于同一軸線上的進(jìn)樣粒子束的出射管，進(jìn)樣粒子束的入射管的側(cè)壁上有鞘流管，散射腔體的側(cè)壁上安裝有多個(gè)可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器，各個(gè)激光調(diào)制器的出射光路均相交于從所述的入射管進(jìn)入散射腔體內(nèi)的進(jìn)樣粒子束，每個(gè)激光調(diào)制器的對(duì)面安裝有光吸收管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道散射信息反演微顆粒三維形狀檢測(cè)儀，其特征在于所述的散射腔體為球形腔體，所述的進(jìn)樣粒子束的入射管與出射管的軸線穿過(guò)散射腔體的球心，所述的可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器為二個(gè)，其出射光路相互垂直，且其安裝面為散射腔體的徑面，與進(jìn)樣粒子束垂直，在極角30°～150°，方位角為360°的空間內(nèi)，每隔15°設(shè)置四個(gè)光纖插孔，組成9個(gè)相互平行的方位角圓面，即是形成4對(duì)關(guān)于90°極角方向的方位角圓面對(duì)稱(chēng)的圓錐面；同時(shí)36個(gè)光纖插孔也形成了兩個(gè)各含18個(gè)光纖插孔的相互垂直的圓面，圓面與進(jìn)樣粒子束的夾角均為45°；采樣光纖的端頭安裝有微透鏡，置于散射腔內(nèi)，36根光纖的另一端直接進(jìn)入ICCD的接收靶面上，通過(guò)逐根光纖標(biāo)記，獲得對(duì)應(yīng)的各角度顆粒散射光電信號(hào)分布。
3.多通道散射信息反演微顆粒三維形狀檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟(1)、設(shè)計(jì)一個(gè)散射腔體，其內(nèi)表面經(jīng)過(guò)發(fā)黑處理，散射腔體的外壁分布有數(shù)光纖插孔，光纖插孔內(nèi)安裝有采樣光纖，散射腔體上方聯(lián)通有進(jìn)樣粒子束的入射管，其下方聯(lián)通有位于同一軸線上的進(jìn)樣粒子束的出射管，進(jìn)樣粒子束的入射管的側(cè)壁上有鞘流管，散射腔體的側(cè)壁上安裝有多個(gè)可調(diào)制半導(dǎo)體激光調(diào)制器，各個(gè)激光調(diào)制器的出射光路均相交于從所述的入射管進(jìn)入散射腔體內(nèi)的進(jìn)樣粒子束，每個(gè)激光調(diào)制器的對(duì)面安裝有光吸收管；(2)、用純凈空氣吹掃散射腔體內(nèi)部，直到?jīng)]有對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)影響的顆粒為止，調(diào)節(jié)散射腔體頂部的進(jìn)樣器的氣流量，配合鞘流，使兩者的比例達(dá)到1∶6左右，產(chǎn)生沿軸心線直線飛行的單顆粒微粒子流；(3)、可調(diào)制半導(dǎo)體激光器發(fā)出650nm的光束，調(diào)制后的激光束進(jìn)入散射腔，顆粒的光散射信號(hào)被分布在散射腔體內(nèi)壁上的光纖在不同的位置同時(shí)收集；(4)、光纖束的出光口依次排布在CCD的感光面上，散射光信號(hào)經(jīng)ICCD變?yōu)槊}沖電信號(hào)，如果該位置處光纖收集的散射信號(hào)和某一尺度的球形顆粒在該位置處的散射信號(hào)相同，該散射信號(hào)也可以由Mie散射理論得出，則認(rèn)為是顆粒該位置對(duì)應(yīng)的尺度大小，這樣數(shù)個(gè)光纖位置的就形成了數(shù)個(gè)代表半徑大小的點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接起來(lái)，就形成了顆粒的三維形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用多通道散射反演微顆粒三維形狀的檢測(cè)儀及檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)在球形散射腔中進(jìn)行，散射腔的特征為在極角30°～150°，方位角為360°的空間內(nèi)，每隔15°設(shè)置四個(gè)光纖插孔，組成9個(gè)相互平行的方位角圓面，也可以說(shuō)是形成4對(duì)關(guān)于90°極角方向的方位角圓面對(duì)稱(chēng)的圓錐面；同時(shí)36個(gè)光纖插孔也形成了兩個(gè)各含18個(gè)光纖插孔的相互垂直的圓面，圓面與進(jìn)樣粒子束的夾角均為45°。利用散射信號(hào)提取顆粒的每測(cè)量點(diǎn)半徑大小，然后連線的辦法得到顆粒的形狀信息，顆粒的測(cè)量點(diǎn)半徑大小由成熟的Mie散射理論反演得到其中α＝2πr/λ，r即為顆粒的光纖點(diǎn)對(duì)應(yīng)半徑。
文檔編號(hào)G01N21/51GK101055241SQ20071002225
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者邵士勇, 姚永幫, 朱文越, 饒瑞中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所