一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置及方法
【專利摘要】一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置及方法，其中光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)后向散射光接收透鏡后入射到待測(cè)懸浮顆粒物上，產(chǎn)生前向散射光和后向散射光，經(jīng)過(guò)前向散射光接收透鏡的前向散射光由前向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，經(jīng)過(guò)后向散射光接收透鏡的后向散射光由后向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，由此獲得顆粒物的二維光散射角度分布，二維光散射角度分布包括前向散射光探測(cè)模塊和后向散射光探測(cè)模塊一起所能夠探測(cè)到的顆粒物的散射角的覆蓋范圍，以及對(duì)應(yīng)于不同散射角的方位角的覆蓋范圍。本發(fā)明可在大角度范圍內(nèi)測(cè)量懸浮顆粒物的光散射二維角度分布，為獲得懸浮顆粒物更多、更全面的信息提供可能。
【專利說(shuō)明】
一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我們生活在懸浮顆粒物的包圍之中。在我們賴以生存的環(huán)境中，到處懸浮著大大小小的顆粒物。在空氣中懸浮著灰塵、花粉、水汽等;在湖泊、海洋水體中懸浮著水藻、細(xì)菌、有機(jī)或者無(wú)機(jī)沉積物等。探測(cè)懸浮顆粒物與環(huán)境監(jiān)測(cè)、生態(tài)研究等息息相關(guān)。比如，最近困擾我國(guó)城市空氣質(zhì)量的霧霾，測(cè)量PM2.5(粒徑小于2.5微米的顆粒量)的技術(shù)為空氣質(zhì)量的檢測(cè)、污染控制等提供了重要指標(biāo)。比如，海洋浮游植物占據(jù)全球一半以上的初級(jí)生產(chǎn)力，研究海洋生態(tài)、漁業(yè)資源必須測(cè)量這些懸浮在海水中的浮游植物。
[0003]光學(xué)方法因?yàn)槠錈o(wú)損、非接觸、分辨率高等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于懸浮顆粒物的檢測(cè)。光散射方法是一種主動(dòng)照明的測(cè)量方法，它利用了散射強(qiáng)度和偏振的角度、光譜特征與懸浮顆粒物的形態(tài)與大小緊密相關(guān)的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的重視。比如國(guó)內(nèi)中科院南海所的曹文熙團(tuán)隊(duì)通過(guò)建模和計(jì)算海藻的光散射分布，發(fā)現(xiàn)了海藻的吸收、散射等固有光學(xué)量以及大小、結(jié)構(gòu)等幾何特征。美國(guó)sequoia公司推出的LISST系列產(chǎn)品，通過(guò)測(cè)量前向0.08-15°范圍內(nèi)的散射角分布，獲得懸浮顆粒1.25-200微米范圍內(nèi)的粒徑分布。目前市場(chǎng)上中興儀器公司開(kāi)發(fā)了氣溶膠檢測(cè)技術(shù)，測(cè)量氣溶膠的多個(gè)分立角度的強(qiáng)度，得到氣溶膠的大小、吸收系數(shù)等指標(biāo)，從而為溯源提供技術(shù)支撐。
[0004]目前的技術(shù)，大多只利用小角度范圍甚至分立角度的散射光，來(lái)獲得懸浮顆粒物的單一光學(xué)或幾何特征。但是這些技術(shù)面臨的困難在于，根據(jù)有限的數(shù)據(jù)往往造成誤判，為數(shù)據(jù)解讀帶來(lái)困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置及方法，能夠在大角度范圍內(nèi)測(cè)量懸浮顆粒物的光散射二維角度分布，為獲得懸浮顆粒物更多、更全面的信息提供了可能性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，包括光源、后向散射光接收透鏡、前向散射光接收透鏡、后向散射光探測(cè)模塊、以及前向散射光探測(cè)模塊，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡后入射到樣品池中的待測(cè)懸浮顆粒物上，產(chǎn)生射向所述前向散射光接收透鏡的前向散射光和射向所述后向散射光接收透鏡的后向散射光，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡的所述前向散射光由所述前向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡的所述后向散射光由所述后向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，由此獲得所述顆粒物的二維光散射角度分布，所述二維光散射角度分布包括所述前向散射光探測(cè)模塊和所述后向散射光探測(cè)模塊一起所能夠探測(cè)到的所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍，以及對(duì)應(yīng)于不同散射角的方位角的覆蓋范圍。
[0008]進(jìn)一步地:
[0009 ]所述后向散射光探測(cè)模塊包括分束鏡與后向散射接收器，所述后向散射接收器包括后向散射光會(huì)聚透鏡和第一探測(cè)器，所述分束鏡位于所述光源和所述后向散射光接收透鏡之間，所述光源發(fā)出的光先透射過(guò)所述分束鏡再入射到所述后向散射光接收透鏡，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡的所述后向散射光在所述分束鏡上發(fā)生反射，反射的所述后向散射光經(jīng)過(guò)所述后向散射光會(huì)聚透鏡后以離焦方式投射到所述第一探測(cè)器。
[0010]所述前向散射光探測(cè)模塊包括前向散射光會(huì)聚透鏡和第二探測(cè)器，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡的所述前向散射光入射到所述前向散射光會(huì)聚透鏡，經(jīng)過(guò)所述前向散射光會(huì)聚透鏡后以離焦方式投射到所述第二探測(cè)器。
[0011]還包括設(shè)置在所述前向散射光接收透鏡與所述前向散射光探測(cè)模塊之間的光闌，所述光闌遮擋前向散射角小于預(yù)定角度Θ0的光以避免其被所述前向散射光探測(cè)模塊接收到。
[0012]所述后向散射光接收透鏡可收集光線的半角為0b，覆蓋的后向散射角的范圍是[180°-2*0b，180°]，所述前向散射光接收透鏡可收集光線的半角為0f，覆蓋的前向散射角的范圍是[Θ0，2*θ?.]。
[0013]半角0b= 0f = 45°，所述前向散射光探測(cè)模塊連同所述后向散射光探測(cè)模塊對(duì)所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍為[Θ0，180° ]。
[0014]還包括設(shè)置在所述第一探測(cè)器前的小孔光路結(jié)構(gòu)，所述小孔光路結(jié)構(gòu)使得處于樣品池中的預(yù)定位置處的待測(cè)懸浮顆粒物對(duì)所述第一探測(cè)器探測(cè)的散射光的貢獻(xiàn)不低于預(yù)定程度，優(yōu)選地，所述小孔光路結(jié)構(gòu)包括具有小孔的遮光板以及位于所述遮光板與所述第一探測(cè)器之間的小孔光線會(huì)聚透鏡，所述小孔在所述遮光板上的位置與所述待測(cè)懸浮顆粒物所處的位置相對(duì)應(yīng)。
[0015]還包括設(shè)置在所述第二探測(cè)器前的小孔光路結(jié)構(gòu)，所述小孔光路結(jié)構(gòu)使得處于樣品池中的預(yù)定位置處的待測(cè)懸浮顆粒物對(duì)所述第二探測(cè)器探測(cè)的散射光的貢獻(xiàn)不低于預(yù)定程度，優(yōu)選地，所述小孔光路結(jié)構(gòu)包括具有小孔的遮光板以及位于所述遮光板與所述第二探測(cè)器之間的小孔光線會(huì)聚透鏡，所述小孔在所述遮光板上的位置與所述待測(cè)懸浮顆粒物所處的位置相對(duì)應(yīng)。
[0016]所述光源為激光光源，所述后向散射光探測(cè)模塊與所述前向散射光探測(cè)模塊均采用CCD，至少在所述前向散射光探測(cè)模塊的CCD前使用分布式衰減片，以增大CCD的動(dòng)態(tài)范圍。
[0017]—種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的方法，使用所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置進(jìn)行懸浮顆粒物二維光散射角度分布的測(cè)量，其中所述光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡后入射到樣品池中的待測(cè)懸浮顆粒物上，產(chǎn)生射向所述前向散射光接收透鏡的前向散射光和射向所述后向散射光接收透鏡的后向散射光，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡的所述前向散射光由所述前向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡的所述后向散射光由所述后向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，由此獲得所述顆粒物的二維光散射角度分布，所述二維光散射角度分布包括所述前向散射光探測(cè)模塊和所述后向散射光探測(cè)模塊一起所能夠探測(cè)到的所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍，以及對(duì)應(yīng)于不同散射角的方位角的覆蓋范圍。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]本發(fā)明提出一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置及方法，通過(guò)后向散射光接收透鏡使光線斜入射照明樣品，可通過(guò)具有預(yù)定的大數(shù)值孔徑的后向散射光接收透鏡和前向散射光接收透鏡，從而可收集大角度范圍的前向散射光和后向散射光，進(jìn)而能夠在大角度范圍內(nèi)測(cè)量懸浮顆粒物的光散射二維角度分布，增加測(cè)量數(shù)據(jù)量，從而為獲得懸浮顆粒物更多、更全面的信息提供了可能性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)大范圍的二維角度分布測(cè)量，并且可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量，尤其是用于單個(gè)懸浮顆粒的測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為散射角Θ和方位角φ的定義示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的原理不意圖。
[0022]圖3所示為圖2所示原理所覆蓋的二維角度范圍。
[0023]圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明一種具體實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的小孔光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7a和圖7b為利用裝置測(cè)量5微米大小的高分子球的后向(a)和前向(b)散射圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0028]參閱圖1至圖5，在一種實(shí)施例中，一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，包括光源1、后向散射光接收透鏡L1、前向散射光接收透鏡L2、后向散射光探測(cè)模塊、以及前向散射光探測(cè)模塊，所述光源I發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡LI后入射到樣品池5中的待測(cè)懸浮顆粒物上，產(chǎn)生射向所述前向散射光接收透鏡L2的前向散射光和射向所述后向散射光接收透鏡LI的后向散射光，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡L2的所述前向散射光由所述前向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡LI的所述后向散射光由所述后向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，由此獲得所述顆粒物的二維光散射角度分布，所述二維光散射角度分布包括所述前向散射光探測(cè)模塊和所述后向散射光探測(cè)模塊一起所能夠探測(cè)到的所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍，以及對(duì)應(yīng)于不同散射角的方位角的覆蓋范圍。
[0029]參閱圖4和圖5，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述后向散射光探測(cè)模塊包括分束鏡2與后向散射接收器，后向散射接收器包括后向散射光會(huì)聚透鏡和第一探測(cè)器3，所述分束鏡2位于所述光源I和所述后向散射光接收透鏡LI之間，所述光源I發(fā)出的光先透射過(guò)所述分束鏡2再入射到所述后向散射光接收透鏡LI，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡LI的所述后向散射光在所述分束鏡2上發(fā)生反射，反射的所述后向散射光經(jīng)過(guò)后向散射光會(huì)聚透鏡后以離焦方式投射到所述第一探測(cè)器3，即聚焦的像點(diǎn)在探測(cè)器(如相機(jī))的前面或者后面，這樣就將二維分布的散射光投射到探測(cè)器上。
[0030]參閱圖4和圖5，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述前向散射光探測(cè)模塊包括前向散射光會(huì)聚透鏡和第二探測(cè)器4，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡L2的所述前向散射光入射到所述前向散射光會(huì)聚透鏡，經(jīng)過(guò)所述前向散射光會(huì)聚透鏡后以離焦方式投射到所述第二探測(cè)器4。
[0031]參閱圖5，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，裝置還包括設(shè)置在所述前向散射光接收透鏡L2與所述前向散射光探測(cè)模塊之間的光闌6，所述光闌6遮擋前向散射角小于預(yù)定角度Θ0的光以避免其被所述前向散射光探測(cè)模塊接收到。
[0032]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述后向散射光接收透鏡LI可收集光線的半角為0b，覆蓋的后向散射角的范圍是[180°-2*0b，180°]，所述前向散射光接收透鏡L2可收集光線的半角為時(shí)，覆蓋的前向散射角的范圍是[Θ0，2*0f ]。較佳地，如半角0b = 9f = 45°，所述前向散射光探測(cè)模塊連同所述后向散射光探測(cè)模塊對(duì)所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍為[Θ0，180°]。
[0033]參閱圖6，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，裝置還包括設(shè)置在所述第一探測(cè)器3前的小孔光路結(jié)構(gòu)，所述小孔光路結(jié)構(gòu)使得處于樣品池5中的預(yù)定位置處的待測(cè)懸浮顆粒物對(duì)所述第一探測(cè)器3探測(cè)的散射光的貢獻(xiàn)不低于預(yù)定程度。更優(yōu)選地，所述小孔光路結(jié)構(gòu)包括具有小孔的遮光板以及位于所述遮光板與所述第一探測(cè)器3之間的小孔光線會(huì)聚透鏡，所述小孔在所述遮光板上的位置與所述待測(cè)懸浮顆粒物所處的位置相對(duì)應(yīng)。
[0034]參閱圖6，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，裝置還包括設(shè)置在所述第二探測(cè)器4前的小孔光路結(jié)構(gòu)，所述小孔光路結(jié)構(gòu)使得處于樣品池5中的預(yù)定位置處的待測(cè)懸浮顆粒物對(duì)所述第二探測(cè)器4探測(cè)的散射光的貢獻(xiàn)不低于預(yù)定程度。更優(yōu)選地，所述小孔光路結(jié)構(gòu)包括具有小孔的遮光板7以及位于所述遮光板7與所述第二探測(cè)器4之間的小孔光線會(huì)聚透鏡L6，所述小孔在所述遮光板7上的位置與所述待測(cè)懸浮顆粒物所處的位置相對(duì)應(yīng)。
[0035]所述光源I可為激光光源，所述后向散射光探測(cè)模塊與所述前向散射光探測(cè)模塊均采用CCD進(jìn)行探測(cè)。光探測(cè)模塊也可以采用CMOS相機(jī)進(jìn)行探測(cè)。
[0036]優(yōu)選地，至少在所述前向散射光探測(cè)模塊的CCD前使用分布式衰減片，以增大CCD
的動(dòng)態(tài)范圍。
[0037]在另一種實(shí)施例中，一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的方法，使用所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置進(jìn)行懸浮顆粒物二維光散射角度分布的測(cè)量，其中所述光源I發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡LI后入射到樣品池5中的待測(cè)懸浮顆粒物上，產(chǎn)生射向所述前向散射光接收透鏡L2的前向散射光和射向所述后向散射光接收透鏡LI的后向散射光，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡L2的所述前向散射光由所述前向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡LI的所述后向散射光由所述后向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，由此獲得所述顆粒物的二維光散射角度分布，所述二維光散射角度分布包括所述前向散射光探測(cè)模塊和所述后向散射光探測(cè)模塊一起所能夠探測(cè)到的所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍，以及對(duì)應(yīng)于不同散射角的方位角的覆蓋范圍。
[0038]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0039]如圖1所示，散射角Θ為Z向入射光與散射光線A之間的夾角，變化范圍從0°到180°，以入射光方向Z按照右手定則形成圖1中的XYZ三維空間，散射光在X-Y面內(nèi)的投影與X方向的夾角為方位角Φ，它的變化范圍為0°到360°。
[0040]如圖2所示，圖中入射光經(jīng)過(guò)后向散射光接收透鏡LI后，斜入射到樣品池中，照明顆粒物0，后向散射光被后向散射光接收透鏡LI收集，前向散射光被前向散射光接收透鏡L2收集，最終被面探測(cè)器(比如CCD)接收。由于0°散射光與未散射光在同一個(gè)方向上，為了消除未散射光的影響，我們利用一個(gè)光闌擋住，而只有散射角大于Θ0的光才會(huì)被探測(cè)器接收至|J。若后向散射光接收透鏡LI可以收集光線的半角為0b，那么后向散射角的范圍是[180°-2*0b，180°]，同樣的，若前向散射光接收透鏡L2可以收集光線的半角為0f，那么前向散射角的范圍是[Θ0，2*θ?.]。因此，我們可以看到，若0b = 0f = 45°，那么就可以實(shí)現(xiàn)散射角在[Θ0，180° ]范圍內(nèi)的接收一一這即是大角度范圍。
[0041]若我們假設(shè)0b= 0f = 45°，0O = O，則如圖3顯示了圖2裝置所覆蓋的二維角度(Θ，Φ)的范圍。從圖3中可以看出，圖2裝置可以覆蓋Θ的全范圍，g卩[0，180°];而后向散射光接收透鏡LI和前向散射光接收透鏡L2同時(shí)接收方位角Φ，并且對(duì)于前向而言，在θ = 0°時(shí)Φ覆蓋范圍最大，包括[270°，360°]以及[0，90°]，而在0 = 90°時(shí)巾的范圍趨于0。對(duì)于后向而言，后向散射光接收透鏡LI可以接收的Φ范圍在θ = 180°時(shí)，Φ覆蓋范圍最大，包括[90°，270° ];而在Θ = 180°時(shí)Φ范圍最小減到O?？偠灾?，我們利用圖2的原理，可以獲得(θ，φ )的分布。一一這即獲得二維角度分布。
[0042]此外，由于后向散射光接收透鏡LI和前向散射光接收透鏡L2同時(shí)收集散射光，若控制兩端的面接收器同步工作，那么就可以同時(shí)獲得懸浮顆粒O散射光的大范圍二維角度分布。一一這即實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量。
[0043]實(shí)例
[0044]如圖4所不，光源提供有限寬度的平行光，分束鏡將后向散射光反射，并與入射光分離。入射光經(jīng)過(guò)后向散射光接收透鏡，以斜入射的方式照明樣品，前向的散射光被前向散射光接收透鏡收集，然后被前向散射光探測(cè)模塊接收。后向的散射光被后向散射光接收透鏡收集，經(jīng)分束鏡反射后，被后向散射接收器接收?？捎杉す馓峁┕庠矗笙蛏⑸涔馓綔y(cè)模塊與前向散射光探測(cè)模塊均采用CCD進(jìn)行探測(cè)。
[0045]作為一個(gè)例子，我們將5微米的高分子微球懸浮在樣品池的水中，利用裝置進(jìn)行測(cè)量，得到圖7a和圖7b，其中圖7a是后向散射圖，圖7b是前向散射圖，它們是同一個(gè)顆粒的，經(jīng)過(guò)同時(shí)測(cè)量得到。圖7a和圖7b中的每一個(gè)條紋對(duì)應(yīng)同一個(gè)Θ，沿著條紋上不同位置是不同的Φ。圖7a中最左邊條紋對(duì)應(yīng)的Θ是90°，最右邊條紋對(duì)應(yīng)的Θ是180度，而圖7b中，最左邊條紋對(duì)應(yīng)的Θ是0°，最右邊條紋對(duì)應(yīng)的Θ是90° ο圖7a和圖7b所示散射斑圖中，在Θ = 0°和180°時(shí)，Φ覆蓋180° ;在0 = 45°或135°時(shí)，Φ覆蓋90° ;在0 = 90°時(shí)，Φ的范圍趨于O。
[0046]需要說(shuō)明的是，在圖7b上被分成三塊區(qū)域，是因?yàn)樵贑CD前使用了分布式衰減片，這樣可以增大CCD的動(dòng)態(tài)范圍。
[0047]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，包括光源、后向散射光接收透鏡、前向散射光接收透鏡、后向散射光探測(cè)模塊、以及前向散射光探測(cè)模塊，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡后入射到樣品池中的待測(cè)懸浮顆粒物上，產(chǎn)生射向所述前向散射光接收透鏡的前向散射光和射向所述后向散射光接收透鏡的后向散射光，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡的所述前向散射光由所述前向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡的所述后向散射光由所述后向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，由此獲得所述顆粒物的二維光散射角度分布，所述二維光散射角度分布包括所述前向散射光探測(cè)模塊和所述后向散射光探測(cè)模塊一起所能夠探測(cè)到的所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍，以及對(duì)應(yīng)于不同散射角的方位角的覆蓋范圍。2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，所述后向散射光探測(cè)模塊包括分束鏡與后向散射接收器，所述后向散射接收器包括后向散射光會(huì)聚透鏡和第一探測(cè)器，所述分束鏡位于所述光源和所述后向散射光接收透鏡之間，所述光源發(fā)出的光先透射過(guò)所述分束鏡再入射到所述后向散射光接收透鏡，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡的所述后向散射光在所述分束鏡上發(fā)生反射，反射的所述后向散射光經(jīng)過(guò)所述后向散射光會(huì)聚透鏡后以離焦方式投射到所述第一探測(cè)器。3.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，所述前向散射光探測(cè)模塊包括前向散射光會(huì)聚透鏡和第二探測(cè)器，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡的所述前向散射光入射到所述前向散射光會(huì)聚透鏡，經(jīng)過(guò)所述前向散射光會(huì)聚透鏡后以離焦方式投射到所述第二探測(cè)器。4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述前向散射光接收透鏡與所述前向散射光探測(cè)模塊之間的光闌，所述光闌遮擋前向散射角小于預(yù)定角度Θ0的光以避免其被所述前向散射光探測(cè)模塊接收到。5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，所述后向散射光接收透鏡可收集光線的半角為0b，覆蓋的后向散射角的范圍是[180°-2*0b，180°]，所述前向散射光接收透鏡可收集光線的半角為0f，覆蓋的前向散射角的范圍是[Θ0，2*0f]o6.如權(quán)利要求5所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，半角0b = 0f = 45°，所述前向散射光探測(cè)模塊連同所述后向散射光探測(cè)模塊對(duì)所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍為[Θ0，180° ]。7.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第一探測(cè)器前的小孔光路結(jié)構(gòu)，所述小孔光路結(jié)構(gòu)使得處于樣品池中的預(yù)定位置處的待測(cè)懸浮顆粒物對(duì)所述第一探測(cè)器探測(cè)的散射光的貢獻(xiàn)不低于預(yù)定程度，優(yōu)選地，所述小孔光路結(jié)構(gòu)包括具有小孔的遮光板以及位于所述遮光板與所述第一探測(cè)器之間的小孔光線會(huì)聚透鏡，所述小孔在所述遮光板上的位置與所述待測(cè)懸浮顆粒物所處的位置相對(duì)應(yīng)。8.如權(quán)利要求3所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第二探測(cè)器前的小孔光路結(jié)構(gòu)，所述小孔光路結(jié)構(gòu)使得處于樣品池中的預(yù)定位置處的待測(cè)懸浮顆粒物對(duì)所述第二探測(cè)器探測(cè)的散射光的貢獻(xiàn)不低于預(yù)定程度，優(yōu)選地，所述小孔光路結(jié)構(gòu)包括具有小孔的遮光板以及位于所述遮光板與所述第二探測(cè)器之間的小孔光線會(huì)聚透鏡，所述小孔在所述遮光板上的位置與所述待測(cè)懸浮顆粒物所處的位置相對(duì)應(yīng)。9.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置，其特征在于，所述光源為激光光源，所述后向散射光探測(cè)模塊與所述前向散射光探測(cè)模塊均采用CCD，至少在所述前向散射光探測(cè)模塊的CCD前使用分布式衰減片，以增大CCD的動(dòng)態(tài)范圍。10.—種測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)中所述的測(cè)量懸浮顆粒物的二維光散射角度分布的裝置進(jìn)行懸浮顆粒物二維光散射角度分布的測(cè)量，其中所述光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡后入射到樣品池中的待測(cè)懸浮顆粒物上，產(chǎn)生射向所述前向散射光接收透鏡的前向散射光和射向所述后向散射光接收透鏡的后向散射光，經(jīng)過(guò)所述前向散射光接收透鏡的所述前向散射光由所述前向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，經(jīng)過(guò)所述后向散射光接收透鏡的所述后向散射光由所述后向散射光探測(cè)模塊探測(cè)，由此獲得所述顆粒物的二維光散射角度分布，所述二維光散射角度分布包括所述前向散射光探測(cè)模塊和所述后向散射光探測(cè)模塊一起所能夠探測(cè)到的所述顆粒物的散射角的覆蓋范圍，以及對(duì)應(yīng)于不同散射角的方位角的覆蓋范圍。
【文檔編號(hào)】G01N15/02GK105954154SQ201610277996
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】廖然, 歐學(xué)桁, 陶益
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)深圳研究生院