[发明专利]水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置和方法

权利要求书

1.一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置，其特征在于，包括：激光器、扩束镜、小孔、傅里叶透镜、样品池、旋转台、光电倍增管；其中，激光器后方依次设置有所述扩束镜、小孔、傅里叶透镜、光阑、旋转台和样品池；

所述的旋转台的旋转臂上设置有光电倍增管；采用异轴测量方式，将光电倍增管放置于激光主轴下方预定距离处，避开前向光斑干扰，进行盲区测量，激光器发出单束光作为装置的激发光源，照射到扩束镜；

扩束镜用以改变单束激光的光束直径和发散角；

所述的扩束镜后方放置有小孔和傅里叶透镜，小孔放置于扩束镜与傅里叶透镜的公共焦点处；

所述傅里叶透镜将经小孔滤波后的光束进行汇聚；

所述傅里叶透镜后方设置有光阑，光阑用以滤除汇聚后的光束边缘，使激光光束更为均匀；

所述的光阑后方设置有旋转台和样品池；旋转台与样品池在竖直方向上同轴，用以带动光电倍增管实现大角度扫描。

2.根据权利要求1所述的一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置，其特征在于，所述的小孔用于滤除由扩束镜上灰尘等被激光照射所产生的高频噪声信号，仅通过空间内的低频激光信号，改善系统对待测颗粒散射光的检测精度，并且用于控制激光光斑大小。

3.根据权利要求1所述的一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置，其特征在于：

所述样品池用来存放待测颗粒群样品，材质为石英玻璃，样品池为长方体结构，样品池长轴与主光轴夹角为45°。

4.根据权利要求1所述的一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置，其特征在于：

光电倍增管放置于以样品池为中心的旋转臂上，旋转采集不同角度上待测颗粒的散射光信号。

5.根据权利要求1所述的一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置，其特征在于：

将探测器摆放在以样品池为圆心，样品池到傅里叶镜焦点的1/2直线距离为半径的圆弧上。

6.根据权利要求1所述的一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置，其特征在于：

所述预定距离为30mm，即即将光电倍增管放置于激光主轴下方30mm处，或30mm以下处。

7.根据权利要求1所述的一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量装置，其特征在于：

该装置能够检测0～90°、145～157°角度范围的有效散射光信号，结合Mie散射理论模型，实现350nm～2μm间小粒径颗粒的粒径分布准确测量。

8.一种水体小粒径悬浮物粒度异轴扫描光散射测量方法，利用权利要求1-7之一所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、激光器产生的单色光首先由扩束透镜发散；

步骤2、发散后的光束经小孔进行滤波，小孔滤波后的光束再经过傅里叶透镜聚焦；

步骤3、聚焦后的光束照射斜入射至样品池内；

步骤4、由光电倍增管采集从样品池内散射出的待测颗粒散射光，其中光电倍增管安装在以样品池中心为圆心的旋转臂上，利用上位机控制步进电机带动转臂旋转，实现从前向到后向角度总计270°的散射光测量；

步骤5、将这些角度结合Mie散射理论模型进行粒度反演，反演算法采用Chahine迭代算法，得到待测颗粒的粒度分布。