[发明专利]用于通过光散射测量颗粒尺寸分布的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过光散射测量颗粒尺寸分布的设备和方法。

背景技术

用于通过监控由样品散射的光来测量样品的颗粒尺寸分布的方法和设备是已知的。在某些这种技术中，监控在两种不同波长处散射的光，以便扩展可以被测量的颗粒尺寸的范围，和/或提高分辨率。例如，在0992785的欧洲专利中描述的方法和设备中，在使用具有更长波长输出的激光，例如氦氖激光，来进行散射测量之外，还使用来自蓝色激光二极管或蓝色LED的光来实施散射测量，以改进对次微米颗粒尺寸的检测和分辨率。

为了获得在两种不同波长的散射测量，来自两个合适的光源的光学输出光束通常多路传输到一个共同的路径上，路径穿过包含颗粒的样品，或者至少提供一些设置，以便每个光束可以在各自的时期沿着同样的路径撞击样品。分束器或分色镜可以用来实现这一功能。通常为了在接触样品之前检测光束而提供装置，使得在光源的输出功率中的波动可以通过调整光源而被修正，或，使得这种波动可以在计算颗粒尺寸分布时被考虑到。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于通过光散射测量样品的颗粒尺寸分布的设备，所述设备包括：光生成装置，所述光生成装置用于生成分别具有第一和第二波长的光的第一光束和第二光束；二向色元件，所述二向色元件设置为通过在所述二向色元件处分别传送和反射所述第一光束和所述第二光束来将大部分的所述第一光束和第二光束的功率引导至共同路径上，及其中所述设备进一步包括第一检测器，所述第一检测器设置为检测由所述二向色元件反射的所述第一光束的一部分。

在本发明的设备中，第一光束的功率可通过检测由二向色反射镜反射至第一检测器的第一光束的部分来监控。这避免了需要更复杂的设置来监控入射在样品上的所述第一光束的功率。本发明的设备因此比具有相同的功能的现有技术的设备更简单和更便宜，并且利用了在其他应用中被浪费的光能。通过相对于现有技术的设备降低光学元件的数量，设备内的杂散反射和不必要的散射减少，从而改善了由样品散射并随后在设备中检测到的光的信噪比。这在检测由样品背散射的光时是尤为重要的。

所述设备可以包括控制系统，所述控制系统用于控制所述第一光束的功率，所述控制系统设置为接收来自所述第一检测器的输出信号并响应于所述输出信号调整所述第一光束的功率。例如，如果是由激光器提供第一光束，控制系统可设置为在由第一检测器检测到的功率减低时增加激光器的泵送速率，而在由第一检测器检测到的功率增加时降低泵送速率，以便稳定第一光束的功率。

所述设备可以包括计算单元，所述计算单元设置为接收来自第一检测器的信号，并部分地基于所述信号计算所述样品的颗粒尺寸分布。在这种情况下，计算单元设置为在计算样品中颗粒的颗粒尺寸分布时将第一光束的功率波动考虑在内。

所述第一检测器除了设置为检测由二向色元件反射的第一光线的部分外，可设置为检测由所述二向色元件传送的所述第二光束的一部分。这使得第一和第二光束两者的功率都可被监控并且也可被使用以稳定它们各自的功率或在确定样品颗粒尺寸分布时被考虑在内。使用通用二向色元件来使得检测器检测第一和第二光束以及将光束引导至共同路径上，减少了光学部件的数量并由此使设备更简单，而且减少了任何不可避免的由每个额外的光学元件引起的散射。

另外，为了额外地监控第二光束的功率，设备进一步包括第二检测器和光学元件，所述光学元件设置为传送所述第二光束的基本上所有的功率至所述二向色元件并将所述第二光束的一部分功率反射至所述第二检测器。

第一波长比所述第二波长短，例如，第一光束可以由蓝色激光二极管或蓝色LED生成，第二光束可由633纳米氦氖激光器或红色LED生成。

二向色元件是玻璃元件，其具有大致上平面的平行侧面，所述侧面的其中之一涂覆有二向色涂层。优选地，二向色涂层的反射率的变化率在所述第一波长上作为波长的函数基本上位零，这样二向色元件的性能对于第一波长中的变化不敏感，这种变化可能在光生成装置首次打开时发生。对于典型二向色涂层来说，红色光的透光率在0.2%左右，然而更优选地，在所述第二波长上二向色涂层的透光率范围是2％和10％之间。

二向色元件与其他一个或更多个光学元件一起包含在无尘壳中，用于将光传递至所述设备内的样品。这减少了光源和样品之间不必要的散射。

本发明的第二方面提供了一种测量样品颗粒尺寸分布的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）生成分别具有第一和第二波长的第一光束和第二光束；及