一種基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度圖像采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于顆粒粒度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度 圖像的采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)文明的進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，顆粒問(wèn)題在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研及 環(huán)境等領(lǐng)域中越來(lái)越受到關(guān)注。顆粒粒度及分布是目前顆粒測(cè)量的主要內(nèi)容之一。在測(cè)量 顆粒粒度的眾多方法中，光散射法以其適用性強(qiáng)、粒度測(cè)量范圍寬、測(cè)量重復(fù)性好、快速實(shí) 時(shí)、自動(dòng)化和智能化程度高、干擾因素少、在線測(cè)量等因而得到充分重視，是目前應(yīng)用最廣 泛和最有發(fā)展前景的顆粒測(cè)量技術(shù)。
[0003] 常見(jiàn)的光散射測(cè)量方法主要有動(dòng)態(tài)光散射法和小角靜態(tài)光散射法。動(dòng)態(tài)光散射法 是通過(guò)在不同方向上建立散射光強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)聯(lián)從而得到待測(cè)顆粒粒度及分布，這種方 法所需要的物理參數(shù)少，但對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)性能要求高，并且價(jià)格昂貴。小角靜態(tài)光散射法 是通過(guò)測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)的散射光強(qiáng)度從而反演出顆粒粒度及分布，但是這種方法存在一些限制， 其中最大的缺點(diǎn)是中心光強(qiáng)的去除需要光路上嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，而且周?chē)s散光的存在需要進(jìn)行 空白測(cè)量，使裝置更復(fù)雜，測(cè)量精度降低，穩(wěn)定性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)不足，而提出一 種近場(chǎng)散射方法獲取顆粒粒度圖像的裝置。
[0005] 技術(shù)方案：一種基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度圖像采集裝置，其特征在于：包括激光 器、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、透鏡組以及CCD相機(jī)，所述空間濾波器位于所述激光器的輸出 光路上，所述準(zhǔn)直透鏡位于所述空間濾波器的輸出光路上，在所述準(zhǔn)直透鏡的后端依次設(shè) 置所述的透鏡組和CCD相機(jī)，所述透鏡組的像平面在所述CCD相機(jī)的靶面上。
[0006] 所述的激光器為連續(xù)發(fā)光的He-Ne激光器。
[0007] 有益效果：傳統(tǒng)的小角散射技術(shù)在被測(cè)對(duì)象散射的遠(yuǎn)場(chǎng)獲取散射光強(qiáng)度，并且采 用光學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)傳感器位置和散射角的一對(duì)一映射。然而，近場(chǎng)散射技術(shù)在被測(cè)對(duì)象散射 的近場(chǎng)處獲取散射光強(qiáng)度，不需要任何角分辨檢測(cè)。采用近場(chǎng)散射最終得到的散射光強(qiáng)度 和傳統(tǒng)小角散射的具有一致性，但近場(chǎng)光散射測(cè)量裝置簡(jiǎn)單緊湊、精度高、易消除雜散光的 影響，是小角散射技術(shù)的一種很好的替代方法。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、克服了光學(xué)系統(tǒng)中的雜散光對(duì) 散射光強(qiáng)的影響，具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本實(shí)用新型所述基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖2為散斑圖像的功率譜求解平均值方法示意圖。
[0011] 其中，激光器1、空間濾波器2、準(zhǔn)直透鏡3、透鏡組4、C⑶相機(jī)5、計(jì)算機(jī)6。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于 說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0013] 本實(shí)用新型采集裝置的工作原理：激光器發(fā)出相干光束，經(jīng)由空間濾波器，濾除大 部分由激光器產(chǎn)生的雜散光，再由準(zhǔn)直透鏡，對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直，準(zhǔn)直光束照射待測(cè)溶液，因 顆粒的存在而發(fā)生散射，然后調(diào)節(jié)測(cè)量區(qū)域后的透鏡焦距，使得距離測(cè)量區(qū)域Z處的透射 光與散射光的疊加所成的散斑圖像，被CCD相機(jī)所記錄。
[0014] 本實(shí)用新型采集裝置采集到的近場(chǎng)散斑圖像經(jīng)由計(jì)算機(jī)處理即可得到顆粒粒度 分布。
[0015] 如圖1所示，本實(shí)用新型所述基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度圖像采集裝置主要包括激 光器1、空間濾波器2、準(zhǔn)直透鏡3、透鏡組4和C⑶相機(jī)5。光源可采用連續(xù)激光器線光源 1 (如He-Ne激光器1，波長(zhǎng)為632. 8nm，光束尺寸D~10mm)。透鏡組2為普通光學(xué)鏡頭（如 透鏡放大倍數(shù)40x，NA~0. 65,具體參數(shù)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行選擇）。
[0016] 為了得到顆粒的粒徑及分布，將本實(shí)用新型采集到的圖像輸出到計(jì)算機(jī)6內(nèi)。在 計(jì)算機(jī)6內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)處理軟件的控制下，可完成圖像采集、存儲(chǔ)與處理等整體協(xié)調(diào)。
[0017] 結(jié)合圖1，下面結(jié)合長(zhǎng)2mm，壁厚1mm的方管內(nèi)待測(cè)溶液顆粒粒度測(cè)量，以He-Ne激 光器（X~632. 8nm，D~10mm)為光源，放大倍數(shù)M= 20的透鏡（NA~0? 5)，12位的(XD 相機(jī)（UI_2230SE，1024X768pixel，pixelsizeAl~4.65um，framerate~80fps)，對(duì) 本實(shí)用新型的工作過(guò)程及圖像處理流程具體說(shuō)明：
[0018] 步驟一、CCD相機(jī)米樣平面距離方管Z= 1. 5mm(D* = 2Z.NA= 2X1. 5mmX0. 5 = 1.5mm〈D= 10_，滿足近場(chǎng)散射條件。）調(diào)整C⑶相機(jī)位置，使得鏡頭聚焦在采樣平面上。 激光器發(fā)出的相干光束照射含有顆粒的待測(cè)溶液，由于光的散射作用，CCD相機(jī)采集距離 測(cè)量區(qū)域Z處的由透射光和散射光干涉形成的散斑圖像，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)和處 理。設(shè)定(XD相機(jī)每隔At=Is拍攝一次圖像，拍攝N= 60幀，總的測(cè)量時(shí)間T=N?At =60s〇
[0019] 步驟二、將CCD相機(jī)采集的N幀散斑圖像I: (x，y)、I2 (x，y)……IN(x，y)作歸一化 處理。首先對(duì)采集的一系列的散斑圖像I2(x，y)……IN(x，y)做平均，得到平均光 強(qiáng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度圖像采集裝置，其特征在于：包括激光器、空間濾波 器、準(zhǔn)直透鏡、透鏡組以及CCD相機(jī)，所述空間濾波器位于所述激光器的輸出光路上，所述 準(zhǔn)直透鏡位于所述空間濾波器的輸出光路上，在所述準(zhǔn)直透鏡的后端依次設(shè)置所述的透鏡 組和CCD相機(jī)，所述透鏡組的像平面在所述CCD相機(jī)的靶面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度圖像采集裝置，其特征在于： 所述的激光器為連續(xù)發(fā)光的He-Ne激光器。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于近場(chǎng)散射的顆粒粒度圖像采集裝置，其特征在于：包括激光器、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、透鏡組以及CCD相機(jī)，所述空間濾波器位于所述激光器的輸出光路上，所述準(zhǔn)直透鏡位于所述空間濾波器的輸出光路上，在所述準(zhǔn)直透鏡的后端依次設(shè)置所述的透鏡組和CCD相機(jī)，所述透鏡組的像平面在所述CCD相機(jī)的靶面上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、克服了光學(xué)系統(tǒng)中的雜散光對(duì)散射光強(qiáng)的影響，具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N15-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204514759
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520158096
【發(fā)明人】許傳龍, 譚浩, 張彪
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日