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    激光粒度儀的工作原理與結構

    2023-12-01 21:47 更新
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    • 激光粒度儀
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      在眾多測試方法中,激光粒度儀以激光為探測光源,利用光源散射原理進行粉體測量,具有測量范圍寬、結果分析快、重復性好等優勢,是一種應用廣泛而比較有發展前途的粒度測量設備。


      激光粒度儀的工作原理與結構


      2.1光散射原理


      激光粒度儀的測量原理是光散射原理,即光線通過不均勻介質時與顆粒產生相互作用,發生吸收、反射、折射、透射和衍射等現象而使光線偏離原先的光路。如圖1所示。


      圖1光散射現象


      圖2激光粒度儀的測量方法


      2.2測量方法


      2.2.1靜態光散射法


      靜態光散射法(Static light scattering,SLS)是采用光電探測器收集散射光的光強、能量等信號后,依據散射原理對信息進行計算解讀從而獲取顆粒尺寸信息的測量方法。這種方法獲取的是一次得到的瞬時信息,因此稱為靜態法。靜態光散射法分為:小角向前散射法、全角度散射法、角散射法等。


      激光器發出的激光經過擴束、準直后成為平行光,顆粒在平行光照射下產生散射,在焦平面上形成Airy斑。對同一種激光源而言,大顆粒對應的光環半徑小,小顆粒對應的光環半徑大。依據這種原理推導出粒子的粒度及其分布信息的方法稱為小角向前法。


      入射光被粒子散射后強度減小,光強衰減比例由粒子粒徑大小決定,利用這種方法進行的粉體粒徑測量稱為全角度法。


      在某一方向下,粒子的散射光能量的大小取決于顆粒尺寸和形貌,采用這種方法測量散射光中包含粒子尺寸信息的方法稱為角散射法。


      2.2.2動態光散射法


      動態光散射法是通過測量光強隨時間的變化來實現粒度測量的,在更早的文獻中也稱作光子相關光譜(PCS)和準彈性光散射(QELS)。根據Rayleigh散射原理,在粒子尺寸遠小于光波波長時,粒子的大小不再影響散射光相對強度的角分布,在這種情況下無法再使用靜態光散射法進行測量。


      圖3動態光散射測量流程


      動態光散射法是依據顆粒在作布朗運動時,散射光的總光強會產生波動、散射光頻率產生頻移的原理,從而通過測量散射光強度函數隨時間的衰減程度,利用斯托克斯-愛因斯坦關系來分析得到顆粒的流體動力學尺寸及其分布信息。采取動態光散射法測量可將粒子直徑的檢測范圍延伸到納米級或亞納米數量級。


      2.2.3靜態光散射與動態光散射法的比較


      靜態光散射法:


      優點:范圍廣,速度快,重復性高,可在線測量;


      缺點:僅限于稀釋液體中的顆粒測定,在高密度介質中的多次散射會導致誤差;儀器體積大,價格高,操作復雜,維護頻繁。


      動態光散射法:


      優點:精準、穩定,對尺寸分布范圍窄的顆粒測量分辨率達到較高精度;


      缺點:大顆粒的存在會嚴重影響尺寸精度,不適用于測量多分散樣品。


      依據樣品性質可選用不同的測試技術。二者相比,靜態光散射的激光粒度儀是測量數百納米到幾毫米顆粒的廣泛使用儀器,而動態光散射法已經成為測量亞微米顆粒的行業標準技術。


      激光粒度儀:https://ldy.ybzhan.cn/


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