專利名稱：超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微米和亞微米級(jí)顆粒單顆粒粒徑的測(cè)量方法和裝置，屬于超細(xì)顆粒測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)超細(xì)顆粒(0.1-10μm)的精確測(cè)量一直是一大技術(shù)難題。利用目前的技術(shù)如以夫朗和費(fèi)衍射理論、米氏散射理論、動(dòng)態(tài)光子相關(guān)技術(shù)和庫(kù)爾特原理為指導(dǎo)設(shè)計(jì)的光學(xué)測(cè)量?jī)x器，以及各種沖擊器不能測(cè)量單顆粒粒徑；飛行時(shí)間顆粒尺寸測(cè)量?jī)x雖可測(cè)量單顆粒粒徑，但測(cè)量空間必須有很高的真空度，技術(shù)難度大；在利用沉降法和離心法等常規(guī)方法時(shí)，需采用經(jīng)驗(yàn)性的粒子滑移修正，影響精度。在現(xiàn)有專利中檢索到“激光粒徑測(cè)量?jī)x”(專利申請(qǐng)?zhí)?9215818.2，主分類號(hào)G01B11/08，激光粒徑測(cè)量?jī)x)，其粒徑測(cè)量范圍大于5μm；“高濃度粉料在線粒徑關(guān)學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”(專利申請(qǐng)?zhí)?00410067143.0，高濃度粉料在線粒徑關(guān)學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng))，不能測(cè)量單顆粒粒徑；專利“激光液滴直徑測(cè)量?jī)x”(專利申請(qǐng)?zhí)?7210361，激光液滴直徑測(cè)量?jī)x)，也只能測(cè)量平均粒徑。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置及方法，該方法能測(cè)量亞微米級(jí)到微米級(jí)超細(xì)顆粒(0.1-10μm)的單顆?？諝鈩?dòng)力學(xué)直徑和滑移修正系數(shù)，同時(shí)可以用多次測(cè)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到粒徑分布。
技術(shù)方案在測(cè)量腔中產(chǎn)生一水平方向作用的駐波聲場(chǎng)，那么在此腔中由聲場(chǎng)和重力場(chǎng)疊加組成一個(gè)正交的二維力場(chǎng)。利用一套顯微圖象拍攝存儲(chǔ)系統(tǒng)和照明激光束，記錄下顆粒在此二維力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)圖象處理得到相關(guān)的參數(shù)。根據(jù)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)的聯(lián)立方程來(lái)確定顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑dp和在空氣中的滑移修正系數(shù)C。
本發(fā)明的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置由聲波發(fā)生裝置、聲場(chǎng)和顆粒容器、光源裝置、顯微拍攝和圖象采集裝置、聲壓測(cè)量裝置所組成；聲波發(fā)生裝置的輸出端與聲場(chǎng)和顆粒容器相連接，光源裝置的光源和顯微拍攝和圖象采集裝置的圖象采集端對(duì)準(zhǔn)聲場(chǎng)和顆粒容器的信號(hào)采集窗，聲壓測(cè)量裝置的信號(hào)輸入端接聲場(chǎng)和顆粒容器的聲場(chǎng)信號(hào)輸出端。聲波發(fā)生裝置中的信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出線連接到功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端與微伏特計(jì)并聯(lián)后與電聲喇叭連接，電聲喇叭的喇叭口與聲場(chǎng)作用室用法蘭連接。聲場(chǎng)和顆粒容器中的顆粒加料裝置放在聲場(chǎng)作用室的加料微縫的正上方，聲場(chǎng)作用室的兩端均是連接法蘭，一端同電聲喇叭連接，另一端是法蘭蓋板，聲場(chǎng)作用室內(nèi)置一聲波反射板；在聲場(chǎng)作用室的頂面上開(kāi)一個(gè)被測(cè)顆粒加料微縫，加料微縫橫向布置，即與聲場(chǎng)作用室的中心軸線垂直，聲場(chǎng)作用室的前側(cè)面開(kāi)一個(gè)觀測(cè)窗。聲波反射板是形成駐波的反射板，電容傳聲測(cè)頭裝在聲波反射板的中心位置，用來(lái)測(cè)量駐波場(chǎng)的聲壓；聲場(chǎng)和顆粒容器與電聲喇叭組成的一個(gè)整體，放置于一個(gè)調(diào)整好水平位置的三維坐標(biāo)架上，左右調(diào)整顯微鏡的物鏡鏡頭對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)；前后調(diào)整使觀測(cè)區(qū)域位于顯微鏡的焦平面內(nèi)。光源裝置用功率大于5W的激光器作照明電源，激光器輸出的激光用光纖引導(dǎo)至準(zhǔn)直鏡頭，準(zhǔn)直鏡頭位于一個(gè)小坐標(biāo)架上，可調(diào)整激光束照亮顯微鏡的觀測(cè)區(qū)。顯微拍攝和圖象采集裝置中的顯微鏡上安裝一物鏡，物鏡的放大倍數(shù)大于20時(shí)，采用長(zhǎng)焦距物鏡；固定好顯微鏡使得物鏡從水平方向正對(duì)聲場(chǎng)作用室側(cè)面的觀測(cè)窗口，顯微鏡、準(zhǔn)直鏡頭和聲場(chǎng)作用室三者的中心軸線在同一水平面內(nèi)；顯微鏡的攝相輸出接口與高速攝相機(jī)的攝像頭連接。將高速攝相機(jī)相配套的圖象采集板插在PC機(jī)的PC卡插槽內(nèi)，通過(guò)高速攝相機(jī)配套的數(shù)據(jù)傳輸線將高速攝相機(jī)和圖象采集板連接起來(lái)。聲壓測(cè)量裝置中，電容測(cè)聲頭安放于聲場(chǎng)反射板的中心位置，其輸出電纜接到傳聲放大器上，并由傳聲放大器輸出讀數(shù)。
所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量方法是在測(cè)量腔即聲場(chǎng)作用室中產(chǎn)生一水平方向作用的駐波聲場(chǎng)，在此腔中由聲場(chǎng)和重力場(chǎng)疊加組成一個(gè)正交的二維力場(chǎng)，采用一套由顯微鏡、高速攝相機(jī)、激光器組成的顯微圖象拍攝存儲(chǔ)系統(tǒng)和照明激光束，記錄下顆粒在此二維力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)圖象處理得到顆粒振動(dòng)的位移幅值Xp和被測(cè)顆粒在豎直方向上沉降的位移Yp，利用相應(yīng)的沉降時(shí)間Δt確定下落速度Vy(Vy=YpΔt),]]>根據(jù)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)的特性
43π(12dP)3ρPg=3πμdPVyC]]>得到顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑dp和在空氣中的滑移修正系數(shù)C。
有益效果能準(zhǔn)確測(cè)量0.1-1.0μm范圍內(nèi)單顆粒的粒徑是本發(fā)明的重要特點(diǎn)。本發(fā)明采用顯微圖像拍攝系統(tǒng)，能觀測(cè)到從亞微米級(jí)到微米級(jí)的超細(xì)顆粒；采用聲場(chǎng)和重力場(chǎng)組成的二維力場(chǎng)根據(jù)顆粒在其中運(yùn)動(dòng)的的軌跡去確定其空氣動(dòng)力學(xué)直徑，避免了由于光學(xué)衍射和顆?；圃斐傻臏y(cè)量誤差。根據(jù)多次測(cè)量粒徑的統(tǒng)計(jì)可進(jìn)一步計(jì)算出多分散顆粒群的粒徑分布。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，其中有聲波發(fā)生裝置A；聲場(chǎng)和顆粒容器B；光源裝置C；顯微拍攝和圖象采集裝置D；聲壓測(cè)量裝置E。
A1信號(hào)發(fā)生器；A2功率放大器；A3微伏特電壓表；A4平板電聲喇叭；B1被測(cè)顆粒加料平臺(tái)；B2聲場(chǎng)作用室(附有光學(xué)觀測(cè)窗及聲波反射板B3)；C1激光器；C2光纖；C3激光準(zhǔn)直鏡頭；D1光學(xué)顯微鏡；D2高速攝相機(jī)；D3PC機(jī)；E1傳聲放大器；E2電容傳聲測(cè)頭圖2是聲場(chǎng)和顆粒容器B部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體的連接方式如下該裝置由聲波發(fā)生裝置A、聲場(chǎng)和顆粒容器B、光源裝置C、顯微拍攝和圖象采集裝置D、聲壓測(cè)量裝置E所組成；聲波發(fā)生裝置A的輸出端與聲場(chǎng)和顆粒容器B相連接，光源裝置C的光源和顯微拍攝和圖象采集裝置D的圖象采集端對(duì)準(zhǔn)聲場(chǎng)和顆粒容器B的信號(hào)采集窗，聲壓測(cè)量裝置E的信號(hào)輸入端接聲場(chǎng)和顆粒容器B的聲場(chǎng)信號(hào)輸出端。
聲波發(fā)生裝置A信號(hào)發(fā)生器A1的信號(hào)輸出線連接到功率放大器A2的輸入端，功率放大器A2的輸出端與微伏特計(jì)A3并聯(lián)后與電聲喇叭A4連接，電聲喇叭A4的喇叭口與聲場(chǎng)作用室B2用法蘭連接；聲場(chǎng)和顆粒容器B顆粒加料裝置B1放在聲場(chǎng)作用室B2的加料微縫B21的正上方，聲場(chǎng)作用室B2的兩端均是連接法蘭，一端同電聲喇叭A4連接，另一端是法蘭蓋板，兼作聲場(chǎng)作用室B2內(nèi)的聲波反射板B3；在聲場(chǎng)作用室B2的頂面上開(kāi)一個(gè)被測(cè)顆粒加料微縫B21，加料微縫B21橫向布置，即與聲場(chǎng)作用室B2的中心軸線垂直，聲場(chǎng)作用室B2的前側(cè)面開(kāi)一個(gè)觀測(cè)窗。
聲波反射板B3是形成駐波的反射板，電容傳聲測(cè)頭E2裝在聲波反射板B3的中心位置，用來(lái)測(cè)量駐波場(chǎng)的聲壓；聲場(chǎng)和顆粒容器B與電聲喇叭A4組成的一個(gè)整體，放置于一個(gè)調(diào)整好水平位置的三維坐標(biāo)架上，可以左右調(diào)整使得顯微鏡D1的物鏡鏡頭對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)；可以前后調(diào)整使觀測(cè)區(qū)域位于顯微鏡D1的焦平面內(nèi)。
光源裝置C用功率不小于5W的激光器C1作照明電源，激光器C1輸出的激光用光纖C2引導(dǎo)至準(zhǔn)直鏡頭C3，準(zhǔn)直鏡頭C3位于一個(gè)小坐標(biāo)架上，可調(diào)整激光束照亮顯微鏡D1的觀測(cè)區(qū)。
顯微拍攝和圖象采集裝置D顯微鏡D1上安裝一物鏡，物鏡的放大倍數(shù)大于20時(shí)，采用長(zhǎng)焦距物鏡；固定好顯微鏡使得物鏡從水平方向正對(duì)聲場(chǎng)作用室B2側(cè)面的觀測(cè)窗口，顯微鏡D1、準(zhǔn)直鏡頭C3和聲場(chǎng)作用室B2三者的中心軸線在同一水平面內(nèi)；顯微鏡D1的攝相輸出接口與高速攝相機(jī)D2的攝像頭連接。將高速攝相機(jī)D2相配套的圖象采集板插在PC機(jī)D3的PC卡插槽內(nèi)，通過(guò)高速攝相機(jī)D2配套的數(shù)據(jù)傳輸線將高速攝相機(jī)D2和圖象采集板連接起來(lái)。
聲壓測(cè)量裝置E電容測(cè)聲頭E2安放于聲場(chǎng)反射板B3的中心位置，其輸出電纜接到傳聲放大器E1上，并由傳聲放大器E1輸出讀數(shù)。
該測(cè)量方法是在測(cè)量腔即聲場(chǎng)作用室(B2)中產(chǎn)生一水平方向作用的駐波聲場(chǎng)，在此腔中由聲場(chǎng)和重力場(chǎng)疊加組成一個(gè)正交的二維力場(chǎng)，采用一套由顯微鏡(D1)、高速攝相機(jī)(D2)、激光器(C1)組成的顯微圖象拍攝存儲(chǔ)系統(tǒng)和照明激光束，記錄下顆粒在此二維力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)圖象處理得到顆粒振動(dòng)的位移幅值Xp和被測(cè)顆粒在豎直方向上沉降的位移Yp，利用相應(yīng)的沉降時(shí)間Δt確定下落速度Vy(Vy=YpΔt),]]>根據(jù)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)的特性參數(shù)的聯(lián)立方程
43π(12dP)3ρPg=3πμdPVyC]]>得到顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑dp和在空氣中的滑移修正系數(shù)C。
概括來(lái)講，首先在聲場(chǎng)作用室B2內(nèi)加上聲場(chǎng)，確定駐波場(chǎng)的強(qiáng)度以及波腹、波節(jié)位置，調(diào)整顯微鏡D1的物鏡使得鏡頭對(duì)準(zhǔn)駐波速度波腹的位置。然后開(kāi)啟C1激光器，調(diào)整光源照射方向，使得光源能照射到顯微鏡D1物鏡的焦平面內(nèi)。然后調(diào)整好圖象采集系統(tǒng)，隨時(shí)可采集并記錄圖象。將待測(cè)的顆粒由顆粒加料裝置B1從聲場(chǎng)作用室B2頂面上的加料微縫B21加入力場(chǎng)中，記錄下氣溶膠在力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
利用高速攝相機(jī)D2的曝光時(shí)間和拍攝速度作為時(shí)間坐標(biāo)，根據(jù)拍攝的圖象得到所測(cè)顆粒在某一時(shí)間段內(nèi)水平方向和鉛垂方向的位移。水平方向的最大位移是聲場(chǎng)夾帶作用下的位移幅值XP，而鉛垂方向的位移是重力作用下的沉降位移YP。
詳細(xì)過(guò)程如下為保證在聲場(chǎng)作用室B2中產(chǎn)生平面聲波，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，根據(jù)聲波導(dǎo)理論，在矩形截面的聲場(chǎng)作用室B2中，聲波工作頻率f必須低于管子的截止頻率fc(fc=c02(1lx)2+(1ly)2,]]>其中c0為聲速，lx和ly分別為矩形管或方管的寬度和高度)，例如，如果聲場(chǎng)作用室B2的截面尺寸為20～25mm，則相應(yīng)的截止頻率fc為6800Hz，則可確定一個(gè)不大于6800Hz的頻率作為工作頻率f。
工作頻率確定后，聲場(chǎng)工作室B2的軸向尺寸按如下方法確定計(jì)算出在此工作頻率f下平面聲波的波長(zhǎng)，使得聲場(chǎng)作用室B2右側(cè)的反射板B3距平面喇叭A4發(fā)聲面的距離為半波長(zhǎng)整數(shù)倍。這樣聲場(chǎng)作用室B2里面就產(chǎn)生了單一頻率的平面駐波聲場(chǎng)。
在聲場(chǎng)作用室B2側(cè)壁上其內(nèi)部駐波聲場(chǎng)的速度波腹處開(kāi)一個(gè)觀測(cè)窗口，顯微鏡物鏡通過(guò)該窗口觀測(cè)速度波腹處的被測(cè)顆粒。在聲場(chǎng)作用室B2頂面其內(nèi)部駐波聲場(chǎng)的速度波腹處設(shè)置一加料微縫B21，該加料微縫B21垂直于聲場(chǎng)作用室B2的中心軸線。這樣使顆粒下落在速度波腹區(qū)內(nèi)。
在加料微縫的上方設(shè)置加料平臺(tái)B1，使得加料平臺(tái)B1排出的顆粒沿著加料微縫進(jìn)入聲場(chǎng)作用室B2。
前后調(diào)節(jié)B2觀察窗口的光學(xué)玻璃面使與D1的物鏡頭的間距在0.5mm左右，使顯微鏡的焦平面處于B2的加料微縫的下方。利用放置C3的小坐標(biāo)架調(diào)整激光準(zhǔn)直頭C3，使激光束通過(guò)顯微鏡物鏡的焦平面。
開(kāi)啟信號(hào)發(fā)生器A1，調(diào)整到工作頻率f，打開(kāi)功率放大器A2，開(kāi)啟傳聲放大器E1，記錄下傳聲放大器的聲壓讀數(shù)值。然后開(kāi)啟激光器，pc機(jī)，高速攝相機(jī)，最后啟動(dòng)被測(cè)顆粒加料器B1，被測(cè)顆粒自由下落進(jìn)入聲場(chǎng)，此時(shí)高速攝相機(jī)攝取顆粒在聲場(chǎng)作用室B2內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡的圖象。
理論依據(jù)以及計(jì)算過(guò)程被測(cè)顆粒從加料平臺(tái)下落進(jìn)入聲場(chǎng)室后，由于粒徑很小故迅速進(jìn)入穩(wěn)定的沉降過(guò)程。顆粒在力場(chǎng)中的受到的力有粘性力，重力，浮力，聲場(chǎng)輻射力。由于顆粒處于駐波場(chǎng)的壓力波節(jié)位置，所以聲場(chǎng)輻射力為零，另外由于空氣介質(zhì)密度與顆粒密度相比一般小三個(gè)數(shù)量級(jí)，那么顆粒浮力也可以忽略。
首先考慮水平方向，水平方向只有駐波聲場(chǎng)中的介質(zhì)對(duì)顆粒的夾帶作用，根據(jù)聲場(chǎng)夾帶公式V0U0=11+ω2τ2]]>(1)V0-顆粒在聲場(chǎng)中的振動(dòng)速度幅值；U0-聲波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值；ω-聲波角頻率；τ-顆粒的張馳時(shí)間；τ=dp2ρp18μ·C---(2)]]>C-肯寧漢修正系數(shù)，dP-顆粒直徑，ρP-顆粒密度，μ-空氣的動(dòng)力粘度。
因?yàn)槲灰品岛退俣确涤腥缦玛P(guān)系
XPXg=V0/ωU0/ω=V0U0---(3)]]>Xp-顆粒振動(dòng)的位移幅值，Xg-聲場(chǎng)的位移幅值。
聲場(chǎng)的位移幅值Xg可通過(guò)測(cè)得的聲壓級(jí)求出。
由聲學(xué)理論知，聲波的速度幅值U0、聲壓幅值pA和介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的位移Xg三者之間的關(guān)系表示為U0=pAρgc0]]>和Xg=U0ω,]]>由此兩式推出如下關(guān)系式Xg=pAρgc0ω---(4)]]>pA-聲波壓力幅值；ρg-空氣密度；c0-當(dāng)?shù)芈曀佟Ｓ煞匠?1)、(2)、(3)、(4)得XppAρgc0ω=11+ω2(dpρp18μ·C)2---(5)]]>在豎直方向上，顆粒的粘性阻力可以用Stokes公式計(jì)算，但需要用肯寧漢修正系數(shù)進(jìn)行滑移修正。
Stokes公式F＝3πμdPV(6)滑移修正后F=2πμdPVC---(7)]]>μ-空氣的動(dòng)力粘度；dP-顆粒直徑；V-顆粒在靜止介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)速度；C-肯寧漢修正系數(shù)。
根據(jù)試驗(yàn)裝置采集的圖象，從被測(cè)顆粒在豎直方向上沉降的位移Yp和相應(yīng)的沉降時(shí)間Δt可以確定下落速度Vy(Vy=YpΔt).]]>那么在Y方向上顆粒的重力和粘性阻力平衡時(shí)，式(8)成立43π(12dP)3ρPg=3πμdPVyC---(8)]]>g-重力加速度。
由(5)式和(8)式聯(lián)立可計(jì)算出的顆粒直徑dP，同時(shí)可以計(jì)算出肯寧漢修正系數(shù)C。
本發(fā)明的方法需滿足被測(cè)顆粒直徑遠(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)和顆粒密度遠(yuǎn)大于空氣密度這兩個(gè)條件。因本發(fā)明的被測(cè)顆粒直徑很小，適當(dāng)選取聲波頻率就可容易地滿足顆粒直徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)這個(gè)條件。一般顆粒的密度比空氣密度大三個(gè)數(shù)量級(jí)，所以第二個(gè)條件一般自然滿足。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置，其特征在于該裝置由聲波發(fā)生裝置(A)、聲場(chǎng)和顆粒容器(B)、光源裝置(C)、顯微拍攝和圖象采集裝置(D)、聲壓測(cè)量裝置(E)所組成；聲波發(fā)生裝置(A)的輸出端與聲場(chǎng)和顆粒容器(B)相連接，光源裝置(C)的光源和顯微拍攝和圖象采集裝置(D)的圖象采集端對(duì)準(zhǔn)聲場(chǎng)和顆粒容器(B)的信號(hào)采集窗，聲壓測(cè)量裝置(E)的信號(hào)輸入端接聲場(chǎng)和顆粒容器(B)的聲場(chǎng)信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置，其特征在于聲波發(fā)生裝置(A)中的信號(hào)發(fā)生器(A1)的信號(hào)輸出線連接到功率放大器(A2)的輸入端，功率放大器(A2)的輸出端與微伏特計(jì)(A3)并聯(lián)后與電聲喇叭(A4)連接，電聲喇叭(A4)的喇叭口與聲場(chǎng)作用室(B2)用法蘭連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置，其特征在于聲場(chǎng)和顆粒容器(B)中的顆粒加料裝置(B1)放在聲場(chǎng)作用室(B2)的加料微縫(B21)的正上方，聲場(chǎng)作用室(B2)的兩端均是連接法蘭，一端同電聲喇叭(A4)連接，另一端是法蘭蓋板，聲場(chǎng)作用室(B2)內(nèi)置一聲波反射板(B3)；在聲場(chǎng)作用室(B2)的頂面上開(kāi)一個(gè)被測(cè)顆粒加料微縫(B21)，加料微縫(B21)橫向布置，即與聲場(chǎng)作用室(B2)的中心軸線垂直，聲場(chǎng)作用室(B2)的前側(cè)面開(kāi)一個(gè)觀測(cè)窗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置，其特征在于聲波反射板(B3)是形成駐波的反射板，電容傳聲測(cè)頭(E2)裝在聲波反射板(B3)的中心位置，用來(lái)測(cè)量駐波場(chǎng)的聲壓；聲場(chǎng)和顆粒容器(B)與電聲喇叭(A4)組成的一個(gè)整體，放置于一個(gè)調(diào)整好水平位置的三維坐標(biāo)架上，左右調(diào)整顯微鏡(D1)的物鏡鏡頭對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)；前后調(diào)整使觀測(cè)區(qū)域位于顯微鏡(D1)的焦平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置，其特征在于光源裝置(C)用激光器(C1)作照明電源，激光器(C1)輸出的激光用光纖(C2)引導(dǎo)至準(zhǔn)直鏡頭(C3)，準(zhǔn)直鏡頭(C3)位于一個(gè)小坐標(biāo)架上，可調(diào)整激光束照亮顯微鏡(D1)的觀測(cè)區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置，其特征在于顯微拍攝和圖象采集裝置(D)中顯微鏡(D1)的物鏡的放大倍數(shù)大于20時(shí)，采用長(zhǎng)焦距物鏡；固定好顯微鏡使得物鏡從水平方向正對(duì)聲場(chǎng)作用室(B2)側(cè)面的觀測(cè)窗口，顯微鏡(D1)、準(zhǔn)直鏡頭(C3)和聲場(chǎng)作用室(B2)三者的中心軸線在同一水平面內(nèi)；顯微鏡(D1)的攝相輸出接口與高速攝相機(jī)(D2)的攝像頭連接。將高速攝相機(jī)(D2)相配套的圖象采集板插在PC機(jī)(D3)的PC卡插槽內(nèi)，通過(guò)高速攝相機(jī)(D2)配套的數(shù)據(jù)傳輸線將高速攝相機(jī)(D2)和圖象采集板連接起來(lái)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置，其特征在于聲壓測(cè)量裝置(E)中，電容測(cè)聲頭(E2)安放于聲場(chǎng)反射板(B3)的中心位置，其輸出電纜接到傳聲放大器(E1)上，并由傳聲放大器(E1)輸出讀數(shù)。
8.一種用于權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置的超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量方法，其特征在于該測(cè)量方法是在測(cè)量腔即聲場(chǎng)作用室(B2)中產(chǎn)生一水平方向作用的駐波聲場(chǎng)，在此腔中由聲場(chǎng)和重力場(chǎng)疊加組成一個(gè)正交的二維力場(chǎng)，采用一套由顯微鏡(D1)、高速攝相機(jī)(D2)、激光器(C1)組成的顯微圖象拍攝存儲(chǔ)系統(tǒng)和照明激光束，記錄下顆粒在此二維力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)圖象處理得到顆粒振動(dòng)的位移幅值Xp和被測(cè)顆粒在豎直方向上沉降的位移Yp，利用相應(yīng)的沉降時(shí)間Δt確定下落速度Vy(Vy=YpΔt),]]>根據(jù)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)的特性參數(shù)的聯(lián)立方程 43π(12dP)3ρPg=2πμdPVyC]]>得到顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑dp和在空氣中的滑移修正系數(shù)C。
全文摘要
超細(xì)顆粒的粒徑測(cè)量裝置涉及一種微米和亞微米級(jí)顆粒單顆粒粒徑的測(cè)量方法和裝置，該裝置的聲波發(fā)生裝置(A)的輸出端與聲場(chǎng)和顆粒容器(B)相連接，光源裝置(C)的光源和顯微拍攝和圖象采集裝置(D)的圖象采集端對(duì)準(zhǔn)聲場(chǎng)和顆粒容器的信號(hào)采集窗，聲壓測(cè)量裝置(E)的信號(hào)輸入端接聲場(chǎng)和顆粒容器的聲場(chǎng)信號(hào)輸出端；該測(cè)量方法是在測(cè)量腔即聲場(chǎng)作用室(B2)中產(chǎn)生一水平方向作用的駐波聲場(chǎng)，采用微圖象拍攝存儲(chǔ)系統(tǒng)和照明激光束，記錄下顆粒在此二維力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)圖象處理得到顆粒振動(dòng)的位移幅值X
文檔編號(hào)G01B17/00GK1664501SQ20051003856
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者沈湘林, 姚剛, 趙兵, 盛昌棟, 楊林軍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)