[发明专利]一种三光束单镜头激光粒度仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉体粒度测量的仪器，尤其涉及一种新型的激光粒度测量仪器。

背景技术

激光粒度仪已经成为目前最流行的粉体粒度测量仪器。现有技术中的激光粒度仪，沿着光路前进的方向，通常依次包括：一激光器，在激光器内包括：激光管，用以发射光源；激光器里还有透镜，用以聚焦光束；空间滤波器(针孔)，用以过滤激光束的(空间)高频分量；准直透镜，此光束经过准直镜后变成平行光；一个或多个富里叶透镜，平行光束经过它后变成会聚光；一样品池，该样品池通常与循环系统相连形成通路，样品池是四周密封两端与管路相连，两个透光面是玻璃的，粉体样品(悬浮液)流过样品池时，激光从一个面透过玻璃照射到被测颗粒上，散射光从另一个面射出；一组由多个环形或扇形测量单元组成的光电探测器。当样品池内没有被测颗粒时，入射光全部聚焦到光电探测器的中心；当样品池内有样品颗粒时，有颗粒产生的一部分散射光将被聚焦到其他测量单元上；一信号放大和传输电路，一数据分析和输出装置，通常为计算机，用以分析散射光能分布数据，得出被测样品的粒度分布结果。

目前市场上的激光粒度仪有单光束单镜头粒度仪、单光束多镜头粒度仪、多光束多镜头粒度仪，上述不同粒度仪在性能、价格方面主要差异是：

单光束单镜头结构简单，价格低，品种很多，应用广泛，量程较小，是目前国内外经济型激光粒度仪普遍采用的技术。

单光束多镜头结构相对复杂，量程有所扩大，价格较低，品种较多，是在“单光束单镜头”的基础上的改进型。各镜头光学特性的差异可能对测量精度带来影响。

多光束多镜头结构复杂，量程宽，价格高，是国外高性能激光粒度仪普遍采用的技术。各镜头光学特性的差异可能对测量精度带来影响。

目前尚未见有多光束单镜头粒度仪的报道。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有激光粒度仪的缺陷，提出一种结构简单，量程宽，成本低、精度高的激光粒度仪。

本发明所采用的主要技术方案是：

本发明一种三光束单镜头激光粒度仪，包括激光器、样品池、光电探测器、控制系统。其特征在于：三个光束分别是由三个半导体激光器发出，前向激光器安装在样品池前的水平方向，发出的光束是沿着水平方向照射的平行光束；侧向激光器安装在前向激光器一侧，发出的光束是沿着与水平方向光束成一定角度照射的平行光；后向激光器安装在汇聚镜头后侧，后向激光器前置有补偿透镜，后向激光器发出的光束是沿着与水平方向光束的逆向成一定角度照射，在样品池后装有汇聚镜头，在汇聚镜头的焦平面上置有光电探测器，光电信号通过与之相连的控制系统输入到计算机中，在计算机内装有相应的粒度分析软件。

汇聚镜头。

本汇聚镜头由4片3组透镜构成，每片透镜均为月牙形，且凹面朝向样品池一侧。其中第一组与第三组为正焦距，第二组胶合透镜为负焦距，各组透镜的参数满足f1＞-f2≥f3、r5≌r3-Δ3_5，式中f1、f2、f3、分別为第一組、第二組及第三組镜头的焦距，r3、r5分別为第3面及第5面的曲率半径，Δ3_5为第3面至第5面的间隔。

本汇聚镜头中的第二组胶合面(面4)的高折射率侧蒸镀折射率为1.6～1.8、厚度为λ/4的增透膜。

前向激光器和侧向激光器是红光半导体激光器，激光波长为635nm。后向激光器是蓝光激光器，激光波长为405nm。

散射光光电探测器：一种扇形/矩形混合结构，其中中心两侧是90°扇形交叉排列，右边分别是45°扇形和15°扇形连续排列，左边是矩形连续排列，中心点上下各有6个30°扇形连续排列的探测器。

补偿透镜：折射率为1.47502～1.67502，色散系数31.6～51.6，两个面的曲率半径分别是63.949091和111.660704。

本发明的有益效果是，由于本发明是以一个性能独特的汇聚镜头、三束不同方向的激光、扇形/矩形组合结构的光电探测器、样品池、控制系统组成。三个从不同方向照射到样品池上的光束，所产生前向、侧向和后向散射光通过汇聚镜头汇聚到光电探测器上。汇聚镜头不仅能大视场角收集散射光，还在保证中心视场角散射光(轴上)的成像的质量达到衍射极限的同时尽量减少场曲，最大限度的提高大视场角散射光(轴外)的成像的质量，配合大尺寸光电探测器，因此，光路结构简化，体积减小，成本降低。测试范围扩大，并且克服由于多镜头之间的差异带来的误差，测量精度高。

附图说明

图1是本发明激光粒度仪的结构示意图

图2是图1中汇聚镜头结构示意图。