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由激光粒度儀散射理論發展史探知它的工作原理

點擊次數:2210 發布時間:2016-10-08

激光粒度儀散射理論的發展歷史:
激光粒度儀主要依據Fraunhofer 衍射和Mie散射兩種光學理論。

散射理論的研究開始于上一世紀的70年代。1871年,瑞利(Lord Rayleigh)首先提出了的瑞利散射定律,并用電子論的觀點解釋了光散射的本質。瑞利散射定律的適用條件是散射體的尺寸要比光波波長小。1908年,米氏(G. Mie)通過電磁波的麥克斯韋方程,解出了一個關于光散射的嚴格數學解,得出了任意直徑、任意成分的均勻粒子的散射規律,這就是的米氏理論。1957年, H. C. Van de Hulst 出版了關于微小粒子光散射現象的專著,總結了粒子散射的普遍規律,受到科技界人士的廣泛注意,這本專著被認為是光散射理論領域的經典文獻。1969年,M . Kerker 系統論述了光及電磁波散射的一般規律,為散射理論的進一步發展做出了貢獻。1983年,C. F. Bo hren ,O. R. Huff man綜合前人的成果,又發表了關于微小粒子對光散射及吸收的一般規律,更全面地解釋了光的各種散射現象。至此,散射理論的體系建立起來了。

1976年J . Swit henbank 等人利用米氏理論在時( d為散射粒子的直徑,λ為光波波長)的近似式 ——夫瑯和費(Franhofer)衍射理論發展了激光粒度儀,開辟了散射理論在計量測試中的又一新領域。由于光散射法適用范圍寬,測量時不受顆粒光學特性及電學特性參數的影響,因此在隨后的三十年時間內已成為粒度計量中zui為重要的方式之一。

激光粒度儀的工作原理:
當光線通過不均勻介質時,會發生偏離其直線傳播方向的散射現象,它是由吸收、反射、折射、透射和衍射的共同作用引起的。散射光形式中包含有散射體大小、形狀、結構以及成分、組成和濃度等信息。因此,利用光散射技術可以測量顆粒群的濃度分布與折射率大小,還可以測量顆粒群的尺寸分布。
由激光器(一般為He-Ne激光器或半導體激光器)發出的光束。經空間濾波器和擴束透鏡后,得到了一個平行單色光束,該光束照射到由分散系統傳輸過來的顆粒樣品后發生散射現象。研究表明,散射光的角度和顆粒直徑成反比,散射光強隨角度的增加呈對數衰減。這些散射光經傅立葉透鏡后成像在排列有多環光電探測器的焦平面上。多環探測器上的中央探測器用來測定樣品的體積濃度,外圍探測器用來接收散射光的能量并轉換成電信號,而散射光的能量分布與顆粒粒度分布直接相關。通過接收和測量散射光的能量分布就可以反演得出顆粒的粒度分布特征。

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