專利名稱：基于光纖耦合的顆粒檢測裝置和檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乳濁液和懸濁液中的顆粒，特別是一種基于光纖耦合的顆粒測量裝置和檢測方法。
背景技術(shù)：
近年來，顆粒粒度檢測在農(nóng)業(yè)、化工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用越來越廣泛。包括篩分法、沉降法、顯微鏡法、電感應(yīng)法、超聲法、光散射法等。其中篩分法通過比色或利用特定孔徑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行篩選相關(guān)粒度粒子的方法進(jìn)行探測。全光散射法是一種不需標(biāo)定的絕對測量方法，無論在測量原理還是測量裝置上都優(yōu)于其他測試方法?；谌馍⑸浞ǖ念w粒測量近年來受到了廣泛的應(yīng)用與研究，諸多學(xué)者專家都提出了較有效的計(jì)算方法和相關(guān)裝置。但現(xiàn)有的方法和裝置中普遍存在三方面問題一、常規(guī)的光散射法測試儀器雖然不需要借助特定孔徑的濾網(wǎng)等工具，但是考慮到準(zhǔn)直，通常采用激光光源，然后通過各種光學(xué)器件構(gòu)造一個樣品池，將獲得的信號送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行二次處理，尤其是采用多波長掃描法時，對光源、光學(xué)器件和探測器等都有一定的要求；二、待測顆粒折射率確定的問題，根據(jù)散射理論的測試公式需要確定待測顆粒的折射率，通常情況下無法確知待測顆粒和氣體、液體的折射率，因此采用多波長測量，涉及色散關(guān)系時，給檢測帶來了基本問題，如果采取估測的方法，則會帶來測量誤差和不確定性；三、存在樣品池透明池壁的反射和散射等問題，其發(fā)射和散射的強(qiáng)度將直接影響到背景噪聲，如果被測顆粒粒度較小，濃度較低，將導(dǎo)致散射信號微弱而被淹沒在噪聲中。所述的待測液或待測氣折射率的確定和樣品池反射、散射問題至今仍是研究關(guān)注的焦點(diǎn)，沒提出好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光纖耦合的液體顆粒自動檢測裝置和檢測方法，以解決全光散射法顆粒測量中的裝置復(fù)雜度高、待測折射率確定和樣品池的反射、散射問題。本發(fā)明的基本思想是利用計(jì)算機(jī)控制高精度光學(xué)調(diào)整臺，將連接光源的輸入光纖和連接功率計(jì)的輸出光纖二者的端面控制并鎖定在一個ΙΟΟμπι的間距內(nèi)，滴入待測溶液形成樣品池結(jié)構(gòu)，然后利用多波長掃描，結(jié)合洛倫茲模型改進(jìn)傳統(tǒng)的MIE理論；提出多變量遺傳算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時的在線檢測。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于光纖耦合的顆粒檢測裝置，特點(diǎn)征在于其構(gòu)成包括高穩(wěn)定多波長光源、 輸入光纖、第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺、CCD成像系統(tǒng)、第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺、輸出光纖、高精度探測器和計(jì)算機(jī)，所述的輸入光纖的一端與所述的高穩(wěn)定多波長光源的輸出端相連，所述的輸出光纖的一端接所述的高精度探測器的輸入端相連，所述的輸入光纖的另一端固定在所述的第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺上并延伸出臺外，稱為自由端，所述的輸出光纖的另一端固定在所述的第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺上并延伸出臺外，稱為自由端，所述的輸入光纖的自由端和輸出光纖的自由端相向相對并位于所述的CCD成像系統(tǒng)的攝像區(qū)域，所述的計(jì)算機(jī)分別與所述的高穩(wěn)定多波長光源、第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺、CCD成像系統(tǒng)、第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺和高精度探測器相連。所述的高穩(wěn)定多波長光源輸出的波長和功率由所述的計(jì)算機(jī)控制。所述的輸入光纖的自由端和輸出光纖的自由端的相對位置由所述的計(jì)算機(jī)控制所述的第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺和第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺，在所述的CCD成像系統(tǒng)的監(jiān)測下進(jìn)行精密調(diào)整。所述的計(jì)算機(jī)接收所述的高精度探測器輸入的信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。一種利用所述的基于光纖耦合的顆粒檢測裝置進(jìn)行顆粒檢測的方法，其特點(diǎn)征在于該方法包括下列步驟(1)器具清洗為避免人為污染，對于實(shí)驗(yàn)將會用到的器具必須事先經(jīng)過嚴(yán)格清洗過程才能使用；(2)裝置預(yù)熱和初調(diào)為了使光源穩(wěn)定，所述的高穩(wěn)定多波長光源和高精度探測器必須經(jīng)過預(yù)熱達(dá)到最佳性能，預(yù)熱時間為30分鐘，實(shí)驗(yàn)時測量溫度控制在20士5°C ；通過計(jì)算機(jī)控制所述的第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺和第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺的精密移動，在所述的CCD成像系統(tǒng)的監(jiān)測下進(jìn)行精密調(diào)整，使所述的輸入光纖的自由端和輸出光纖的自由端同光軸；(3)校準(zhǔn)液測量①校準(zhǔn)液采用蒸餾過的純水；②將所述的輸入光纖和輸出光纖的自由端面分別用異丙醇清洗干凈在輸入光纖的自由端的端面上，用膠頭滴管滴入適量純水，由表面張力作用，純水液珠會附著于輸入光纖的端面上，再通過計(jì)算機(jī)控制第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺的步進(jìn)電機(jī)使兩個自由端面靠近，直至輸出光纖端面也與液珠觸碰，調(diào)節(jié)兩個端面的間距為100 μ m并鎖定，形成池間距L 可調(diào)的樣品池；③通過計(jì)算機(jī)控制所述的高穩(wěn)定多波長光源先后輸出從波長IOOOnm開始，間隔為lOOnm，一直到1300nm共計(jì)4個波長的光，所述的高精度探測器記錄相應(yīng)的光功率值4個 Itl，送計(jì)算機(jī)存入數(shù)組；(4)待測液測量①將待測顆粒加入溶劑中并置于勻膠機(jī)上低速旋轉(zhuǎn)，使待測溶液得到充分?jǐn)嚢瑁虎诖档艄饫w端面之間的校準(zhǔn)液，然后吸取待測溶液的液滴在兩個光纖端面之間， 此時通過計(jì)算機(jī)控制第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺的步進(jìn)電機(jī)使兩端面靠近，直至輸出光纖端面也與液珠觸碰，調(diào)節(jié)兩個端面的間距為100 μ m并鎖定，形成池間距L可調(diào)的樣品池；③通過計(jì)算機(jī)控制所述的高穩(wěn)定多波長光源先后輸出從波長IOOOnm開始，間隔為lOOnm，一直到1300nm共計(jì)4個波長的光，所述的高精度探測器記錄相應(yīng)的光功率值4個 I，送計(jì)算機(jī)存入數(shù)組；
權(quán)利要求
1.一種基于光纖耦合的顆粒檢測裝置，特征在于其構(gòu)成包括高穩(wěn)定多波長光源(1)、 輸入光纖O)、第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺(3)、CCD成像系統(tǒng)G)、第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺(5)、輸出光纖(6)、高精度探測器(7)和計(jì)算機(jī)(8)，所述的輸入光纖O)的一端與所述的高穩(wěn)定多波長光源(1)的輸出端相連，所述的輸出光纖(6)的一端與所述的高精度探測器(7)的輸入端相連，所述的輸入光纖O)的另一端固定在所述的第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺⑶上并延伸出臺外，稱為自由端，所述的輸出光纖(6)的另一端固定在所述的第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺(5)上并延伸出臺外，稱為自由端，所述的輸入光纖(2)的自由端和輸出光纖(6)的自由端相向相對并位于所述的CCD成像系統(tǒng)的攝像區(qū)域，所述的計(jì)算機(jī)(8)分別與所述的高穩(wěn)定多波長光源(1)、第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺(3)、CCD成像系統(tǒng)G)、第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺( 和高精度探測器(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖耦合的顆粒檢測裝置，其特征在于所述的高穩(wěn)定多波長光源(1)輸出的波長和功率由所述的計(jì)算機(jī)(8)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖耦合的顆粒檢測裝置，其特征在于所述的輸入光纖 (2)和輸出光纖(6)的自由端的相對位置由所述的計(jì)算機(jī)(8)控制所述的第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺C3)和第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺(5)，在所述的CCD成像系統(tǒng)(4)的監(jiān)測下進(jìn)行精密調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖耦合的顆粒檢測裝置，其特征在于所述的計(jì)算機(jī) (8)接收所述的高精度探測器(7)輸入的信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
5.一種利用所述的基于光纖耦合的顆粒檢測裝置進(jìn)行顆粒檢測的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)器具清洗為避免人為污染，對于實(shí)驗(yàn)將會用到的器具必須事先經(jīng)過嚴(yán)格清洗過程才能使用；(2)裝置預(yù)熱和初調(diào)為了使光源穩(wěn)定，所述的高穩(wěn)定多波長光源(1)和高精度探測器(7)必須經(jīng)過預(yù)熱達(dá)到最佳性能，預(yù)熱時間為30分鐘，實(shí)驗(yàn)時測量溫度控制在20士5°C ；通過計(jì)算機(jī)(8)控制所述的第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺( 和第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺(5)的精密移動，在所述的CCD成像系統(tǒng)(4)的監(jiān)測下進(jìn)行精密調(diào)整，使所述的輸入光纖(2)的自由端和輸出光纖(6)的自由端同光軸；(3)校準(zhǔn)液測量①校準(zhǔn)液采用蒸餾過的純水；②將所述的輸入光纖( 和輸出光纖(6)的自由端面分別用異丙醇清洗干凈在輸入光纖O)的自由端的端面上，用膠頭滴管滴入適量純水，由表面張力作用，純水液珠會附著于輸入光纖的端面上，再通過計(jì)算機(jī)(8)控制第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺( 的步進(jìn)電機(jī)使兩個自由端面靠近，直至輸出光纖端面也與液珠觸碰，調(diào)節(jié)兩個端面的間距為100 μ m并鎖定，形成池間距L可調(diào)的樣品池；③通過計(jì)算機(jī)(8)控制所述的高穩(wěn)定多波長光源(1)先后輸出從波長IOOOnm開始，間隔為lOOnm，一直到1300nm共計(jì)4個波長的光，所述的高精度探測器(7)記錄相應(yīng)的光功率值4個Itl,送計(jì)算機(jī)存入數(shù)組；(4)待測液測量①將待測顆粒加入溶劑中并置于勻膠機(jī)上低速旋轉(zhuǎn)，使待測溶液得到充分?jǐn)嚢?；②吹掉光纖端面之間的校準(zhǔn)液，然后吸取待測溶液的液滴在兩個光纖端面之間，此時通過計(jì)算機(jī)(8)控制第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺(5)的步進(jìn)電機(jī)使兩端面靠近，直至輸出光纖端面也與液珠觸碰，調(diào)節(jié)兩個端面的間距為100 μ m并鎖定，形成池間距L可調(diào)的樣品池；③通過計(jì)算機(jī)(8)控制所述的高穩(wěn)定多波長光源(1)先后輸出從波長IOOOnm開始，間隔為lOOnm，一直到1300nm共計(jì)4個波長的光，所述的高精度探測器(7)記錄相應(yīng)的光功率值4個I，送計(jì)算機(jī)存入數(shù)組；(5)數(shù)據(jù)處理將步驟⑶得到的4個Itl和步驟(4)得到的4個I，以及4個波長參數(shù)，帶入下列公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖耦合的顆粒粒度的測量裝置和檢測方法，其構(gòu)成包括高穩(wěn)定多波長光源、輸入光纖、第一高精度電控光學(xué)調(diào)整臺、CCD成像系統(tǒng)、第二高精度電控光學(xué)調(diào)整臺、輸出光纖、高精度探測器和計(jì)算機(jī)，本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)控制高精度光學(xué)調(diào)整臺，將連接光源的輸入光纖和連接功率計(jì)的輸出光纖二者的端面控制并鎖定在一個100μm的間距內(nèi)，滴入待測溶液形成樣品池結(jié)構(gòu)，然后利用多波長掃描，結(jié)合洛倫茲模型改進(jìn)傳統(tǒng)的MIE理論；提出多變量遺傳算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時的在線檢測。本發(fā)明裝置具有體積小、便于移動，無需事先對待測液進(jìn)行折射率測定，不需要外接獨(dú)立大功率激光光源，消除了樣品池的反射和散射，能實(shí)時在線顆粒檢測。
文檔編號G01N15/02GK102252945SQ20111014834
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者周霞, 朱嘉寧, 江建軍, 程利, 陳抱雪, 隋國榮 申請人:上海理工大學(xué)