光是一種電磁波，當(dāng)光束前進(jìn)過(guò)程中遇到顆粒時(shí)，將發(fā)生散射現(xiàn)象，散射光與光束初始傳播方向形成一個(gè)夾角θ，散射角的大小與顆粒的粒徑相關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越小；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。這樣，測(cè)量不同角度上的散射光的強(qiáng)度，就可以得到樣品的粒度分布了。
激光粒度分析儀就是利用光的散射原理測(cè)量粉顆粒大小的，是一種當(dāng)前粒度測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的的粒度儀。其特點(diǎn)是測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍寬、測(cè)量速度快、操作方便，尤其適合測(cè)量粒度分布范圍寬的粉體和液體霧滴。激光粒度儀作為一種測(cè)試性能和適用領(lǐng)域極廣的粒度測(cè)試儀器，已經(jīng)在其它粉體加工與應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
激光粒度儀測(cè)量原理圖
備注：本文所提的激光粒度儀是指基于靜態(tài)散射光原理的激光粒度儀，請(qǐng)注意與動(dòng)態(tài)散射光原理的納米粒度儀區(qū)分開(kāi)來(lái)。
隨著粉體技術(shù)的發(fā)展，對(duì)粒度分析儀的性能要求在逐步的提高，特別是粒度儀的量程要求越來(lái)越寬。測(cè)量下限要求達(dá)到幾百甚至幾十個(gè)納米，測(cè)量上限要求達(dá)到一千甚至幾千微米。這對(duì)新型激光粒度儀設(shè)計(jì)者提出了很大的挑戰(zhàn)。
顆粒越細(xì)，散射光的角度越小，微小顆粒的散射光甚至在360度范圍內(nèi)都有分布。為了拓展儀器的測(cè)量下限。需要有非常規(guī)的光學(xué)設(shè)計(jì)。
無(wú)論是何種設(shè)計(jì)的激光粒度儀，都存在一個(gè)測(cè)量窗口，樣品在窗口中充分分散，被激光照射，產(chǎn)生散射光。傳統(tǒng)測(cè)量窗口由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)玻璃存在全反射，總是存在一個(gè)散射光探測(cè)盲區(qū)。這個(gè)盲區(qū)大致分布在75-105度、255-285度區(qū)域內(nèi)。
顆粒越小，分布在360度空間范圍的散射光光強(qiáng)差越小，當(dāng)顆粒小到一定極限，光強(qiáng)差將小得幾乎難以被分辨出來(lái)。這時(shí)就到了激光粒度儀的測(cè)量下限了。圖三是散射光光強(qiáng)矢量圖?？梢钥闯?，當(dāng)顆粒小到一定程度，光強(qiáng)矢量圖無(wú)限接近圓形(顆粒無(wú)限接近圓心)，這時(shí)的光強(qiáng)差是難以分辨的。光學(xué)設(shè)計(jì)上的障礙和散射光本身的特性決定了常規(guī)激光粒度儀的測(cè)量下限一般在0.2微米左右。
當(dāng)顆粒較大時(shí)，同樣也會(huì)遇到技術(shù)困難。大顆粒的散射角度很小，不容易分辨和測(cè)量。要想有效分辨大顆粒的光強(qiáng)分布。可以簡(jiǎn)單的拉長(zhǎng)聚焦鏡頭的焦距(例如500甚至1000毫米以上)，但是焦距大將導(dǎo)致激光粒度儀的體積大幅增加，且非常不便于小顆粒的大角度散射光探測(cè)。同時(shí)對(duì)鏡頭的加工精度要求也會(huì)更高。這個(gè)技術(shù)難點(diǎn)使得常規(guī)設(shè)計(jì)的激光粒度儀的真實(shí)測(cè)量上限很難超過(guò)1000微米。
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