光电技术在微小颗粒测量中的应用

光电技术在微小颗粒测量中的应用

介绍一种利用光学、电学及计算机接口原理，测量微小粒子的粒径及分布的方法。
　　关键词：激光；光电转换；接口技术

Application of Optics and Electrics Technology in Small Particle s Measurement SUN Hao (College of Electrical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China) 　　Key words: laser; optics and electrics conversion; interface te chnology 　　虽然测量微小颗粒的方法很多，如显微镜法、沉降法等，但是用光学的方法测量具有更多优点：
　　(1)由于光的透射性，可以实现非接触测量；(2)光电转换频响时间很短，且可与计算机配合使用；(3)对被测微小颗粒的物理特性(密度、粘度等)要求低；(4)适用固体、液体及气体。
　　本装置用光学中光的夫琅和费衍射现象测量颗粒。根据夫琅和费衍射的理论，当一束平行光照射到测量区中的颗粒群时，便会产生光的衍射现象，因此，衍射光的强度分布与测量区中被照射的颗粒直径和颗粒数有关。图1是微小颗粒测量的示意图。 　　
式中，I0为平行入射光强度；f为接收透镜的焦距；λ为入射光的波长；X=πdsinθ/λ，θ为衍射角，当衍射角比较小时，sinθ=θ；J1为一阶Bessel函数。
　　从式(1)可知，在其他参数不变的情况下，I(θ)的大小与被照射的颗粒的粒径d有一定的对应关系，粒径越大衍射光的强度越大。衍射图形与颗粒直径之间存在着完全确定的对应关系。由于我们所用的是光电探测器，因此，对于光电探测器的第n环(设环半径从rn～rn+1对应的衍射角从θn到θn+1)，其光能量为
　　
　 　
　　实际测量区中的颗粒数往往很多，而且所有颗粒的粒径大小又不同。设颗粒直径为di，颗粒有Ni个，这时光电探测器每一环的衍射光能量为：
　
　　探测器有30环，对其中每一环都可按式(6)写出其衍射光能，e1、e2…e30。反之，如果光电探测器能探测到e1、e2…e30各环光能，就能算出与这个光能分布相对应的颗粒尺寸。以上所述就是用光的衍射理论，测量微小颗粒粒径及颗粒分布的方法。 　　本文介绍的应用光学、电学及计算机接口原理，研究微小颗粒粒径及其分布规律的技术有着广泛应用前景。