[发明专利]时间分辨的激光光散射测量系统

摘要

本发明是一种时间分辨的激光光散射测量系统。现有该系统一般为照相法和光电法检测散射光，但是照相法灵敏度低，光电法只能进行线记录，不能得到图像全貌，本发明用ＣＣＤ摄像机、ＣＣＤ控制器、监视器、图像采集卡、计算机、录像机组成检测系统，并编制一套软件进行图像数据处理、设定系统工作参数、控制样品台温度、散射光校正等，使系统可进行计算机实时控制处理。$＃!

主权项

1．一种时间分辨的激光光散射测量系统，该系统主要由光散射仪和散射光检测两部分组成，光散射仪部分的装置依次是激光光源(1)、快门(2)、反射镜(3)、起偏器(4)、光阑(5)、衰减片(6)、光阑(7)、样品散射池(8)、检偏器(9)、成像屏(10)，散射光检测采用摄像机(CCD)，其装置特征依次是：摄像机(CCD)(11)、摄像机控制器(12)、监视器(13)、录像机(14)、图像采集卡(15)、计算机(16)、打印机(17)，从摄像机(CCD)获得的图象信号由摄像机控制器控制，并可将信号直接输入监视器、录像机、或图像采集卡进入计算机；与此同时，录像机上的信号也可以直接输入监视器、或图像采集卡进入计算机；金属材料制成的样品散射池是直径3.0～8.0cm的圆柱体(18)，圆柱体四周开有凹槽(19)2～10道，圆柱体中心有直径0.2～1.0cm的通光孔(20)，通光孔至圆柱体1/2～1/3处口径扩展至1.5～3.0cm，其上有一开口喇叭状圆型金属盖板(21)，喇叭小口径1.0～3.0cm，喇叭大口径1.5～3.0cm，该圆形盖板盖在圆柱体散射池上，其直径与散射池直径一致，喇叭口对着通光孔，喇叭口扩张角度90～150℃(22)；系统中光散射图像采集、图像数据处理、系统工作参数设定、样品散射池温度的控制和测量及散射光强校正是通过计算机控制处理的；计算机程序的光散射图像采集、图像数据处理、系统工作参数设定—包括入射光中心的定位和光源稳定性的测量、样品散射池温度的控制和测量、散射光强的校正是如下完成的：●从信号源输出的视频图像信号，经图像采集卡处理转变为数字信号进入计算机存入硬盘，完成图像采集；●对于连续变化的测量过程，这一过程可以通过对多幅连续自动采集得到的图像进行批处理来进行，完成图像处理；●从摄像机中取得的光强分布信号，完成人射光中心定位和光源稳定性测量；●通过计算机RS-232串行口与控温仪的通讯，控制和测量样品散射池的温度变化，完成样品温度的控制和测量；●散射光强的校正有散射角度校正和光强校正；—散射角度作如下校正：sinθ=sinθm/ns，θm为测量得到的散射角，θ为经校正得到的样品真正的散射角，ns为样品的折射率，该校正由样品、玻璃和空气的折光率各不相同导致；—散射光强的校正分为四个部分：第一部分是由于样品折射率与空气不同而导致的散射光强的偏离，I’=CnIm(a)Cn=ns21-(sinθm/ns)2cosθm------(b)Im为测量得到的光散射强度，I’为经过折射校正的散射光强，第二部分是浊度校正，用Lambert定律来计算，d=-lnI(t)/lnI(0)(c)d为样品的厚度，ξ为样品的浊度因子，I(t)为t时刻中心光束的透射光强，I(0)为零时刻中心光束的透射光强，通过上式可以计算出样品的浊度，并得到散射光强校正因子kf，kf=ξd(1cosθ-1)eξdcosθeξd(1cosθ-1)-1------(d)于是得到散射光强I”I′′=CnkfIm------(e)第三部分是几何因子校正，该项校正针对二维摄像机(CCD)，根据Rayleigh定律，单位体积所产生的散射光强I与入射光强I0之比乘以观测距离的平方为Rayleigh因子，用Rθ表示，Rθ=r2II0------(f)对于每一瞬态，Rθ可认为是某一定值，所以，对于不同散射角度下的最终的散射光强应为，I=CnkfImr2r02------(g)第四部分是背景光的校正，背景主要由电路中的暗电路、起偏器与检偏器的正交效果不好，样品处理不完善，玻璃表面不平整等等引起的，在每次实验开始的时候，把起始点的图像记录下来，作为系统的初始背景光强，然后在以后的数据处理过程中，扣除这部分背景光强，即得到实际的散射光强。