本實(shí)用新型涉及儀器儀表領(lǐng)域，特別涉及一種帶斜置梯形窗口的激光粒度儀。

背景技術(shù)：

利用散射光的角度分布與散射顆粒的大小有關(guān)的原理，即米氏散射理論或其近似解夫瑯和費(fèi)衍射理論，通過測(cè)量顆粒散射光場(chǎng)的角度分布，計(jì)算顆粒大小及其分布的儀器，稱為“激光粒度分析儀”或“激光粒度儀”。它已成為當(dāng)前用途最為廣泛的粒度測(cè)量儀器，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要價(jià)值。激光粒度儀能測(cè)量的最小顆粒尺寸，稱為“測(cè)量下限”，是儀器性能的重要指標(biāo)。而根據(jù)顆粒的光散射規(guī)律，顆粒越小，散射角越大。因此要想測(cè)量較小的顆粒，首先要讓大角度的散射光到達(dá)光電探測(cè)器(光電探測(cè)器包含大角探測(cè)器和主探測(cè)器)；同時(shí)，由于粒徑遠(yuǎn)小于照明光的波長時(shí)，散射光極其微弱(單位體積的顆粒群產(chǎn)生的散射光強(qiáng)與顆粒尺寸的四次方成正比)，因此還要有效阻擋周圍雜散光的干擾，才能較準(zhǔn)確地測(cè)量大角度的散射光。

激光粒度儀的原理如圖1所示。它主要由激光光源(激光光源內(nèi)含擴(kuò)束器)、會(huì)聚透鏡、測(cè)量池、大角探測(cè)器陣列、主探測(cè)器陣列等部分組成，測(cè)量池主要由兩塊相互平行的平板玻璃后玻璃和前玻璃以及支撐它們的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，玻璃垂直于系統(tǒng)的光軸。待測(cè)顆粒置于測(cè)量池內(nèi)。在大多數(shù)情況下，待測(cè)顆粒需要液體介質(zhì)(稱為“分散介質(zhì)”或“懸浮介質(zhì)”)分散并懸浮。主探測(cè)器陣列和大角探測(cè)器陣列則放置在空氣中，因此散射光需從液體穿過玻璃進(jìn)入空氣，才能被探測(cè)到。如圖2所示，當(dāng)散射角比較小時(shí)，散射光能夠從測(cè)量池的前玻璃出射；但是當(dāng)散射光的角度增大后，散射光對(duì)測(cè)量池后玻璃的入射角也隨之增大，當(dāng)散射角大于臨界角(對(duì)水介質(zhì)來說，臨界角為48.75°)時(shí)，散射光將在玻璃/空氣界面上發(fā)生全反射，即散射光不能進(jìn)入空氣，也就不能被光電探測(cè)器探測(cè)到，此時(shí)的散射角稱為“超大散射角”。現(xiàn)有的激光粒度儀將照明光對(duì)窗口正入射，則散射光的散射角等于散射光對(duì)前玻璃的入射角，此時(shí)全反射的制約使得激光粒度儀的測(cè)量下限只能達(dá)到0.3μm左右。

為了擴(kuò)展激光粒度儀的測(cè)量下限，必須設(shè)法突破全反射限制。目前最常用的方法是用兩束甚至三束照明光分時(shí)照射顆粒。圖3是一種兩束照明光的激光粒度儀的原理示意圖。其中一束照明光正面垂直入射到測(cè)量池，稱為“主光束”，其作用與傳統(tǒng)激光粒度儀的照明光相同，另一束從后玻璃傾斜入射到測(cè)量池內(nèi)，稱為“輔光束”。用這種方法可以有效擴(kuò)大散射光的接收角度范圍。然而，這種方法的缺點(diǎn)是需要兩套照明系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。更大的問題是，主光束產(chǎn)生的散射光數(shù)據(jù)與輔光束產(chǎn)生的散射光數(shù)據(jù)的銜接，往往不太理想。當(dāng)待測(cè)顆粒的散射光分布主峰處在接縫附近時(shí)，其粒徑及分布往往測(cè)得不好。

有人提出了解決全反射限制的另一種方案，即梯形窗口方案，如圖4所示。其構(gòu)思是把前玻璃適當(dāng)加厚，并做成梯形。這樣較小角度的散射光跟傳統(tǒng)光路一樣，從前玻璃的平行面出射到空氣，而超大角散射光則可以從前玻璃的斜面出射到空氣。然而迄今為止，這種方法并未在商品化激光粒度儀上使用。究其原因，為了增加測(cè)量的采樣代表性，入射光束都有一定的截面寬度(直徑典型值為10mm)，從平行面出射、散射角較大但又小于超大散射角、方向朝上的散射光，進(jìn)入空氣后會(huì)射向斜面測(cè)量區(qū)，從而干擾超大角散射光的測(cè)量，如圖5所示；而從斜面出射、散射角較小的散射光也會(huì)串?dāng)_到平面測(cè)量區(qū)，干擾較小角度的散射光的測(cè)量。為解決上述相互串?dāng)_的問題，可以在平行面和斜面交接的棱上加一擋光板，但由于儀器在使用過程中測(cè)量窗口需要經(jīng)常插拔，所以加擋光板的方案實(shí)施起來并不容易。

此外，超大角散射光攜帶的信息主要來自亞微米顆粒的散射。當(dāng)粒徑遠(yuǎn)小于光波長時(shí)，散射光極其微弱。探測(cè)時(shí)除了要防止來自平行面的較小角度的散射光的干擾以外，還要防止其他雜散光的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種帶斜置梯形窗口的激光粒度儀，既能解決全反射限制，讓超大角散射光被光電探測(cè)器探測(cè)到，實(shí)現(xiàn)超大散射角的接收，又能有效防止平行面出射的散射光與斜面出射的散射光之間的相互串?dāng)_，同時(shí)能夠有效阻擋雜散光的干擾。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種帶斜置梯形窗口的激光粒度儀，包括激光光源，會(huì)聚透鏡設(shè)置于所述激光光源的前方，包含平行設(shè)置的后玻璃和前玻璃的測(cè)量池設(shè)置于所述會(huì)聚透鏡的前方，主探測(cè)器陣列設(shè)置于所述前玻璃的前方，大角探測(cè)器陣列設(shè)置于所述前玻璃的右下方，內(nèi)置若干超大角探測(cè)器的超大角接收裝置設(shè)置于所述前玻璃的右上方，所述超大角探測(cè)器用隔板隔開，外圍設(shè)置有圍板，所述前玻璃的截面為梯形，所述后玻璃和前玻璃均傾斜放置。

優(yōu)選的，所述后玻璃和前玻璃共同相對(duì)于光軸傾斜8°～12°。

優(yōu)選的，所述后玻璃和前玻璃共同相對(duì)于光軸傾斜10°。

優(yōu)選的，在所述前玻璃的平行面和斜面相交的棱上固接有擋光板。

優(yōu)選的，所述超大角接收裝置呈格柵狀。

優(yōu)選的，在所述測(cè)量池的左下方設(shè)置有反射光兜。

采用上述技術(shù)方案，由于前玻璃的截面為梯形，而且后玻璃和前玻璃均傾斜放置，入射光束進(jìn)入測(cè)量池后，有一部分光會(huì)被測(cè)量池內(nèi)的待測(cè)顆粒散射，較小角度的散射光從前玻璃的平行面出射到空氣中，并被主探測(cè)器陣列和大角探測(cè)器陣列探測(cè)到；超大角散射光從前玻璃的斜面出射到空氣中，并被超大角探測(cè)器陣列探測(cè)到，即使散射角增大到90°，也能從斜面出射到空氣中。在一套照明系統(tǒng)的前提下，既能解決全反射限制，讓超大角散射光被超大角探測(cè)器探測(cè)到，實(shí)現(xiàn)超大散射角的接收，又能有效防止平行面出射的散射光與斜面出射的散射光之間的相互串?dāng)_。由于超大角探測(cè)器用隔板隔開，外圍設(shè)置有圍板，能夠有效阻擋雜散光的干擾。本實(shí)用新型使得激光粒度儀的測(cè)量下限能夠達(dá)到0.15μm以下。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的激光粒度儀的原理示意圖；

圖2為入射光束進(jìn)入測(cè)量池后的幾種散射情況示意圖；

圖3為一種兩束照明光的散射情況原理示意圖；

圖4為前玻璃采用梯形窗口方案的原理示意圖；

圖5為前玻璃采用梯形窗口方案時(shí)平行面出射的散射光和斜面出射的散射光相互串?dāng)_的示意圖；

圖6為本實(shí)用新型的原理示意圖；

圖7為本實(shí)用新型中測(cè)量池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實(shí)用新型中超大角接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-激光光源，2-會(huì)聚透鏡，3-測(cè)量池，301-后玻璃，302-前玻璃，3021-平行面，3022-斜面，4-大角探測(cè)器陣列，5-主探測(cè)器陣列，6-待測(cè)顆粒，7-入射光束，701-入射光束上邊緣，702-入射光束下邊緣，801-較小角度的散射光，802-臨界散射光，803-超大角散射光，901-主光束，902-輔光束，10-超大角接收裝置，101-超大角探測(cè)器，102-圍板一，103-圍板二，104-圍板三，105-隔板一，106-隔板二，107-隔板三，108-隔板四，109-隔板五，11-擋光板，12-反射光兜，13-反射光束，14-光線一，15-光線二，16-雜散光一，17-雜散光二，18-雜散光三。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖6所示，本實(shí)用新型公開的一種帶斜置梯形窗口的激光粒度儀，包括激光光源1、會(huì)聚透鏡2、包含平行設(shè)置的后玻璃301和前玻璃302的測(cè)量池3、大角探測(cè)器陣列4、主探測(cè)器陣列5和超大角接收裝置10，會(huì)聚透鏡2設(shè)置于激光光源1的前方，在本實(shí)施例中，前方指的是右方，測(cè)量池3設(shè)置于會(huì)聚透鏡2的前方，大角探測(cè)器陣列4設(shè)置于前玻璃302的右下方，超大角接收裝置10設(shè)置于前玻璃302的右上方，主探測(cè)器陣列5設(shè)置于前玻璃302的前方，前玻璃302的截面為梯形，后玻璃301是常見的平板玻璃，后玻璃301和前玻璃302均傾斜放置，超大角接收裝置10內(nèi)置若干用隔板隔開的超大角探測(cè)器101。

圖7示出了本實(shí)用新型中測(cè)量池的結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型將后玻璃301和前玻璃302傾斜放置，這樣，入射光束7進(jìn)入測(cè)量池3后，一部分光被待測(cè)顆粒6散射，形成散射光，經(jīng)過前玻璃302出射，較小角度的散射光801從前玻璃302的平行面3021出射到空氣中，并被主探測(cè)器陣列5和大角探測(cè)器陣列4探測(cè)到；超大角散射光803從前玻璃302的斜面3022出射到空氣中，并被超大角探測(cè)器101陣列探測(cè)到。即使散射角增大到90°，也能從斜面3022出射到空氣中，并被探測(cè)到。將后玻璃301和前玻璃302傾斜放置，還能使反射光束13的行進(jìn)路徑與入射光束7的行進(jìn)路徑分離。后玻璃301和前玻璃302共同相對(duì)于光軸傾斜8°～12°，優(yōu)選10°。

為避免出現(xiàn)相互串?dāng)_的問題，在前玻璃302的平行面3021和斜面3022相交的棱上固接有擋光板11，這樣在平行面3021和斜面3022相交的棱附近，從斜面3022出射的散射光不能傳到平行面3021那一側(cè)，從平行面3021出射的散射光也不能傳到斜面3022那一側(cè)。由于激光粒度儀在使用過程中，測(cè)量池3需要經(jīng)常插拔，因此擋光板11的寬度應(yīng)恰當(dāng)設(shè)置，在本實(shí)施例中，以2mm為宜。擋光板11的寬度太大，則不方便將擋光板11隨同測(cè)量池3一同插拔；擋光板11的寬度太小，則有可能還會(huì)出現(xiàn)相互串?dāng)_的問題。

圖8示出了超大角接收裝置的結(jié)構(gòu)。超大角接收裝置10呈格柵狀，內(nèi)置若干超大角探測(cè)器101，各個(gè)超大角探測(cè)器101之間用隔板一105、隔板二106、隔板三107、隔板四108和隔板五109隔開，外圍設(shè)置有圍板一102、圍板二103和圍板三104。在不影響測(cè)量池3的插拔，不阻擋所需散射光進(jìn)入對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的前提下，圍板一102、圍板三104和所有隔板都盡可能前伸。

在測(cè)量池3的左下方設(shè)置有反射光兜12，用于接住入射光束7進(jìn)入測(cè)量池3后被后玻璃301和前玻璃302反射回來的反射光束13，并將其吸收，使反射光束13不會(huì)被二次反射，形成雜散光。

為了更好地說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)舉例說明超大角接收裝置10的工作過程。例如，從平行面3021出射的光線一14，即使越過了擋光板11的頂端行進(jìn)到斜面測(cè)量區(qū)，也將被隔板五109阻擋，從而不會(huì)照到超大角探測(cè)器101上；從斜面3022出射到平行面測(cè)量區(qū)的光線二15，將被擋光板11擋住，不能進(jìn)入平行面測(cè)量區(qū)。這樣，可以在不影響測(cè)量池3的插拔的前提下，有效防止了平行面3021出射的散射光與斜面3022出射的散射光之間的相互串?dāng)_。另外，隔板和圍板也阻止了周圍環(huán)境的雜散光的干擾。例如，雜散光一16將被圍板一102擋住，雜散光二17將被隔板一105擋住，雜散光三18將被圍板三104擋住。

以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型不限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型原理和精神的情況下，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。