[实用新型]一种多方法融合的颗粒粒度仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种融合图像法和光散射法的颗粒粒度测量装置，特别涉及一种测量范围可以从纳米、亚微米到微米的颗粒粒度仪。 

背景技术

近年来随CCD和CMOS数字相机的发展，采用数字相机代替传统显微镜上的目镜构成的图像法颗粒粒度分析仪已得到广泛应用。受光学显微镜理论图像分辨率的限制，图像法颗粒粒度仪的测量下限一般在0.5微米以上，上限可以根据使用的显微物镜的放大倍率而确定。动态光散射颗粒粒度仪主要用于纳米颗粒的粒度测量，一般测量下限在1纳米左右，上限在3-5微米。这2种颗粒粒度仪虽可以满足在各自粒度范围内的颗粒测量，但在需要测量颗粒的粒度范围从纳米到数十至数百微米时，2者就无法满足要求。静态光散射颗粒粒度仪则是测量大量颗粒的散射光强，不考虑颗粒做布朗运动造成的散射光强的脉动，基于静态光散射原理的颗粒粒度仪已成为现在颗粒测量的最主要方法，测量范围可以从亚微米到数百微米。 

现有图像法颗粒粒度仪是在显微镜上改进，用CCD或CMOS数字摄像头或数字相机替代显微镜上原有目镜，颗粒样品放在载玻片上，数字摄像机或数字相机拍摄到颗粒的显微图像后将输出信号送到计算机进行处理，得到颗粒的图像，进一步用颗粒粒度分析软件得到颗粒的粒度分布，形状等参数。在测量不同大小颗粒时可以用显微镜上的旋转式物镜机构换用不同放大倍率的物镜，但照明光源系统仍是同一个，并不因更换物镜而变化。 

动态光散射颗粒粒度仪采用激光作光源，入射到含有被测颗粒的液体（通常是水）中，微小颗粒在液体中受周边液体分子的撞击，会产生布朗运动，这种随机的布朗运动使得颗粒散射光的强度也发生随机脉动，其脉动频率与颗粒大小有关，较大颗粒的随机运动频率较低，扩散运动速度较慢，而较小颗粒的随机运动频率较高，扩散运动速度较快。颗粒的扩散与粒度的关系可以用Stocks-Einstein公式描述： 

                        （1）

式中D_t是扩散系数，K_B是波尔茨曼常数，T是绝对温度，η是粘度，R是待测颗粒的半径。

根据布朗运动理论，在时刻颗粒相对原点位移平方的期望值是： 

                                    （2）

因此，如果能测得纳米颗粒在经过时间后的位移，就可以得到扩散系数D_t，然后用公式（1）得到被测颗粒的粒径d。连续快速拍摄颗粒散射光质点的布朗运动图像，分析记录下颗粒的随机运动，就可以由Stocks-Einstein公式得到颗粒的粒度。但在颗粒较大时，布朗运动很小，无法检测，也就不能再用这种方法测量颗粒的粒度。在这种测量方法中是测量颗粒的动态散射的连续时间序列信号。

静态光散射颗粒粒度仪同样采用激光作为光源，入射到被测颗粒上，颗粒会产生光散射，这种散射可以用Mie’s光散射理论描述。测量颗粒散射光的空间分布，然后用Mie’s光散射理论和反演算法可以得到被测颗粒的粒度。在该方法中测量的是与颗粒大小有关的静态光散射强度，不涉及到颗粒运动对光散射强度变化产生的动态影响，所以测量信号不是时间序列信号。 

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种将图像法颗粒粒度测量和光散射法颗粒粒度测量融合在一起的颗粒粒度测量仪，该颗粒粒度仪测量范围可以从纳米到数百微米，满足各种测量要求。 

本实用新型的基本原理：用具有快门速度可控且可连续测量功能的面阵数字相机或摄像机，如CCD或CMOS数字相机或数字摄像机作为检测传感器件，在图像法测量时，将微型光源，如发光二极管，布置在样品池的下方，作为透射法图像测量的光源，或布置在显微物镜周围，作为反射法图像测量的光源，面阵数字相机或摄像机布置在显微物镜的焦面上，这样构成图像法颗粒粒度测量仪。