基于环形样品池的激光粒度测量方法

潘林超; 葛宝臻; 张福根

doi:doi:10.3788/AOS201737.1029001

光学学报, 2017, 37 (10): 1029001, 网络出版: 2018-09-07

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Laser Particle Size Measurement Based on Annular Sample Cell

潘林超 ^1,2葛宝臻 ^1,2张福根 ^1,3,*

作者单位

¹ 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072

² 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072

³ 珠海真理光学仪器有限公司, 广东珠海 519085

图 & 表

图 1. (a)典型激光粒度仪的光学结构;(b)传统样品池的结构示意图

Fig. 1. (a) Typical optical structure of laser particle size analyzer; (b) structural schematic of traditional sample cell

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图 2. (a)多光束示意图;(b)梯形样品池示意图;(c)棱镜式样品池示意图;(d)柱透镜样品池示意图

Fig. 2. (a) Schematic of multiple beams; (b) schematic of trapezoidal sample cell; (c) schematic of prism sample cell; (d) schematic of cylindrical-lens sample cell

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图 3. (a)基于环形样品池的激光粒度仪在平行于纸面方向上的光束传播示意图;(b)环形样品池内平行于纸面方向上的入射光与折射光传播示意图

Fig. 3. (a) Propagation schematic of beams parallel to paper in laser particle size analyzer based on annular sample cell; (b) propagation schematic of incident rays and refractive rays parallel to paper within annular sample cell

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图 4. 样品池内非中心位置颗粒的散射光传播示意图

Fig. 4. Propagation schematic of scattering light from particles at off-center position within sample cell

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图 5. (a)典型粒径对应的光能分布,灰色区域为传统样品池不能接收的散射角区域; (b) ERMS随α的变化

Fig. 5. (a) Light energy distributions corresponding to typical particle sizes, gray region is range of scattering angle unreceived by traditional sample cell; (b) ERMS versus α

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图 6. 经外壁涂黑处理的环形样品池内部反射示意图

Fig. 6. Schematic of reflection inside annular sample cell with blackened ektexine

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图 7. 环形样品池实验装置

Fig. 7. Experimental setup with annular sample cell

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图 8. Duke标准粒子测量结果。(a) 50 nm; (b) 100 nm; (c) 200 nm; (d) 400 nm; (e) 100 nm与200 nm混合; (f) 200 nm与400 nm混合

Fig. 8. Measurement results of Duke standard particles. (a) 50 nm; (b) 100 nm; (c) 200 nm; (d) 400 nm; (e) mixed 100 nm and 200 nm particles; (f) mixed 200 nm and 400 nm particles

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表 1Duke标准粒子测量结果

Table1. Measurement results of Duke standard particles

Sample size /nm	50	100	200	400
Measured $\begin{matrix} {D_{50}}_{} \end{matrix}$ /nm	49.1	101	206	392
	48.7	104	202	407
	49.1	102	204	396
Mean $\begin{matrix} {D_{50}}_{} \end{matrix}$ /nm	49.0	102	204	398
$\begin{matrix} {C_{v}}_{} \end{matrix}$ /%	0.5	1.5	1.0	2.0
Referenced $\begin{matrix} {D_{50}}_{} \end{matrix}$ /nm	51±3	100±3	200±5	400±9

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潘林超, 葛宝臻, 张福根. 基于环形样品池的激光粒度测量方法[J]. 光学学报, 2017, 37(10): 1029001. Linchao Pan, Baozhen Ge, Fugen Zhang. Laser Particle Size Measurement Based on Annular Sample Cell[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(10): 1029001.

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图 1. (a)典型激光粒度仪的光学结构;(b)传统样品池的结构示意图

Fig. 1. (a) Typical optical structure of laser particle size analyzer; (b) structural schematic of traditional sample cell

图 2. (a)多光束示意图;(b)梯形样品池示意图;(c)棱镜式样品池示意图;(d)柱透镜样品池示意图

Fig. 2. (a) Schematic of multiple beams; (b) schematic of trapezoidal sample cell; (c) schematic of prism sample cell; (d) schematic of cylindrical-lens sample cell

图 3. (a)基于环形样品池的激光粒度仪在平行于纸面方向上的光束传播示意图;(b)环形样品池内平行于纸面方向上的入射光与折射光传播示意图

Fig. 3. (a) Propagation schematic of beams parallel to paper in laser particle size analyzer based on annular sample cell; (b) propagation schematic of incident rays and refractive rays parallel to paper within annular sample cell

图 4. 样品池内非中心位置颗粒的散射光传播示意图

Fig. 4. Propagation schematic of scattering light from particles at off-center position within sample cell

图 5. (a)典型粒径对应的光能分布,灰色区域为传统样品池不能接收的散射角区域; (b) ERMS随α的变化

Fig. 5. (a) Light energy distributions corresponding to typical particle sizes, gray region is range of scattering angle unreceived by traditional sample cell; (b) ERMS versus α

图 6. 经外壁涂黑处理的环形样品池内部反射示意图

Fig. 6. Schematic of reflection inside annular sample cell with blackened ektexine

图 7. 环形样品池实验装置

Fig. 7. Experimental setup with annular sample cell

图 8. Duke标准粒子测量结果。(a) 50 nm; (b) 100 nm; (c) 200 nm; (d) 400 nm; (e) 100 nm与200 nm混合; (f) 200 nm与400 nm混合

Fig. 8. Measurement results of Duke standard particles. (a) 50 nm; (b) 100 nm; (c) 200 nm; (d) 400 nm; (e) mixed 100 nm and 200 nm particles; (f) mixed 200 nm and 400 nm particles

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Table1. Measurement results of Duke standard particles

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图 2. (a)多光束示意图;(b)梯形样品池示意图;(c)棱镜式样品池示意图;(d)柱透镜样品池示意图

Fig. 2. (a) Schematic of multiple beams; (b) schematic of trapezoidal sample cell; (c) schematic of prism sample cell; (d) schematic of cylindrical-lens sample cell

图 3. (a)基于环形样品池的激光粒度仪在平行于纸面方向上的光束传播示意图;(b)环形样品池内平行于纸面方向上的入射光与折射光传播示意图

Fig. 3. (a) Propagation schematic of beams parallel to paper in laser particle size analyzer based on annular sample cell; (b) propagation schematic of incident rays and refractive rays parallel to paper within annular sample cell

图 4. 样品池内非中心位置颗粒的散射光传播示意图

Fig. 4. Propagation schematic of scattering light from particles at off-center position within sample cell

图 5. (a)典型粒径对应的光能分布,灰色区域为传统样品池不能接收的散射角区域; (b) ERMS随α的变化

Fig. 5. (a) Light energy distributions corresponding to typical particle sizes, gray region is range of scattering angle unreceived by traditional sample cell; (b) ERMS versus α

图 6. 经外壁涂黑处理的环形样品池内部反射示意图

Fig. 6. Schematic of reflection inside annular sample cell with blackened ektexine

图 7. 环形样品池实验装置

Fig. 7. Experimental setup with annular sample cell

图 8. Duke标准粒子测量结果。(a) 50 nm; (b) 100 nm; (c) 200 nm; (d) 400 nm; (e) 100 nm与200 nm混合; (f) 200 nm与400 nm混合

Fig. 8. Measurement results of Duke standard particles. (a) 50 nm; (b) 100 nm; (c) 200 nm; (d) 400 nm; (e) mixed 100 nm and 200 nm particles; (f) mixed 200 nm and 400 nm particles

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