激光粒度测量原理

  目前，在颗粒粒度测量仪器中，激光衍射式粒度测量仪已得到广泛应用，特别是在国外，该种仪器已取得一致*。其显著特点是：测量精度高、反应速度快、重复性好、可测粒径范围广、可进行非接触测量等。
       国内对于该类型仪器的研究和生产都相对不足。而我国的市场需求量又十分巨大，每年都需大量进口国外的仪器。国外仪器比较昂贵，的也在5万美元左右。保守一点估计，我国每年至少需100台，那么每年用于该类型仪器的外汇zui少也有500万美元。
近年来我们研制成功了多种型号的激光粒度测量仪。它们的只要性能与国外同类产品相当，而价格却不到其十分之一左右。

激光衍射式粒度测量仪的测量原理
        我们所研制的激光粒度测量仪的工作原理基于夫朗和费（Fraunhofer）衍射和米（Mie）氏散射理论相结合。物理光学推论，颗粒对于入射光的散射服从经典的米氏理论。米氏散射理论是麦克斯韦电磁波方程组的严格数学解，夫朗和费衍射只是严格米氏散射理论的一种近似。适用于当被测颗粒的直径远大于入射光的波长时的情况。夫朗和费衍射假定光源和接收屏幕都距离衍射屏无穷远，从理论上考虑，夫朗和费衍射在应用中要相对简单。
        低能源半导体激光器发出波长为0.6328微米的单色光，经空间滤波和扩束透镜，滤去杂光形成直径zui大10mm的平行单色光束。该光束照射测量区中的颗粒时，会产生光的衍射现象。衍射光的强度分布服从夫朗和费衍射理论。在测量区后的付立叶转换透镜是接收透镜（已知透镜的范围），在它的后聚焦平面上形成散射光的远磁场衍射图形。在接收透镜后聚焦平面上放置一多环光电检测器，它接收衍射光的能量并转换成电信号输出。检测器上的中心小孔（中央检测器）测定允许的样品体积浓度。在分析光束中的颗粒的衍射图是静止的并集中在透镜光轴的范围。因此颗粒动态的通过分析光束也没有关系。它的衍射图在任何透镜距离总是常数。透镜转换是光学的，因此极快。
        根据夫朗和费衍射原理，当测量区中有一直径为d的球形颗粒时，任意角度下它的衍射光强分布为：

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式中：
f：是接收透镜的焦距
λ：是入射光的波长
J₁ ：是一阶贝塞尔函数
θ：是散射角
X=πdsinθ/λ