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

　　雖然測量微小顆粒的方法很多，如顯微鏡法、沉降法等，但是用光學(xué)的方法測量具有更多優(yōu)點(diǎn)：
　　(1)由于光的透射性，可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量；(2)光電轉(zhuǎn)換頻響時(shí)間很短，且可與計(jì)算機(jī)配合使用；(3)對被測微小顆粒的物理特性(密度、粘度等)要求低；(4)適用固體、液體及氣體。
　　本裝置用光學(xué)中光的夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象測量顆粒。根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射的理論，當(dāng)一束平行光照射到測量區(qū)中的顆粒群時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象，因此，衍射光的強(qiáng)度分布與測量區(qū)中被照射的顆粒直徑和顆粒數(shù)有關(guān)。圖1是微小顆粒測量的示意圖。

　　
式中，I0為平行入射光強(qiáng)度；f為接收透鏡的焦距；λ為入射光的波長；X=πdsinθ/λ，θ為衍射角，當(dāng)衍射角比較小時(shí)，sinθ=θ；J1為一階Bessel函數(shù)。
　　從式(1)可知，在其他參數(shù)不變的情況下，I(θ)的大小與被照射的顆粒的粒徑d有一定的對應(yīng)關(guān)系，粒徑越大衍射光的強(qiáng)度越大。衍射圖形與顆粒直徑之間存在著完全確定的對應(yīng)關(guān)系。由于我們所用的是光電探測器，因此，對于光電探測器的第n環(huán)(設(shè)環(huán)半徑從rn～rn+1對應(yīng)的衍射角從θn到θn+1)，其光能量為
　　
　

　
　　實(shí)際測量區(qū)中的顆粒數(shù)往往很多，而且所有顆粒的粒徑大小又不同。設(shè)顆粒直徑為di，顆粒有Ni個(gè)，這時(shí)光電探測器每一環(huán)的衍射光能量為：
　
　　探測器有30環(huán)，對其中每一環(huán)都可按式(6)寫出其衍射光能，e1、e2…e30。反之，如果光電探測器能探測到e1、e2…e30各環(huán)光能，就能算出與這個(gè)光能分布相對應(yīng)的顆粒尺寸。以上所述就是用光的衍射理論，測量微小顆粒粒徑及顆粒分布的方法。

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