激光粒度測試儀主要用于測量物料粒度大小及粒度分布，是無機(jī)分析、有機(jī)分析和生物分析中較為常用的粒度分析儀器。其原理基于激光散射，通過測量散射光的強(qiáng)度和角度來確定樣品中顆粒的大小分布。這種儀器具有高精度、快速測量、測量范圍廣、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。

　　激光粒度測試儀的原理是利用激光對樣品中的粒子進(jìn)行散射，通過測量散射光的強(qiáng)度和角度來計算出粒子的大小和分布情況。具體來說，當(dāng)樣品被注入到儀器中后，激光束會照射在樣品顆粒上并發(fā)生散射。散射光經(jīng)過收集系統(tǒng)收集，并由光學(xué)器件聚焦后投射到檢測器上。檢測器測量散射光的強(qiáng)度和散射角度，并將數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)進(jìn)行分析和處理。根據(jù)Mie理論和光散射定律，可以計算出樣品中顆粒的大小分布。

　　激光粒度測試儀的組成部分：

　　一、光學(xué)系統(tǒng)（核心）

　　這是儀器的“心臟”，負(fù)責(zé)產(chǎn)生激光束并收集散射光信號。

　　激光光源(Laser Source)：

　　功能：發(fā)射一束高強(qiáng)度、高相干性、波長穩(wěn)定的單色激光（常用波長為633nm的He-Ne激光或405nm/650nm的半導(dǎo)體激光）。

　　要求：光束質(zhì)量好，功率穩(wěn)定，發(fā)散角小。

　　光路系統(tǒng)(Optical Path)：

　　擴(kuò)束鏡(Beam Expander)：將原始激光束擴(kuò)大，形成平行度高的準(zhǔn)直光束，均勻照射樣品區(qū)。

　　傅里葉透鏡(Fourier Lens)：位于樣品池后方，用于將不同角度散射的光聚焦到焦平面上的探測器上。其焦距決定了儀器的測量范圍。

　　空間濾波器(Spatial Filter)：通常包含針孔，用于濾除激光束中的雜散光和高階衍射，獲得純凈的基模光束。

　　探測器系統(tǒng)(Detector System)：

　　功能：接收并量化由顆粒散射的激光信號。

　　組成：一個由多環(huán)、多通道光電探測器組成的焦平面陣列。

　　中心探測器：接收未被散射的透射光（用于計算樣品濃度）。

　　外環(huán)探測器：由多個同心環(huán)和扇形區(qū)域組成，分別接收不同散射角度的光信號。小顆粒散射光集中在前向小角度，被外環(huán)小角度通道接收；大顆粒散射光分布在更寬的角度，包括前向大角度和側(cè)向，被外環(huán)大角度和側(cè)向通道接收。

　　作用：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并按角度進(jìn)行空間分辨。

　　二、樣品系統(tǒng)（關(guān)鍵）

　　負(fù)責(zé)將待測顆粒樣品以單分散狀態(tài)引入光束中。

　　樣品池(Sample Cell)：

　　功能：容納樣品，激光束穿過此區(qū)域照射顆粒。

　　材質(zhì)：通常為石英或高質(zhì)量光學(xué)玻璃，保證透光性和化學(xué)惰性。

　　類型：

　　濕法分散系統(tǒng)(Wet Dispersion Unit)：最常見。包含一個循環(huán)池，樣品懸浮在液體（通常是水或有機(jī)溶劑）中。

　　干法分散系統(tǒng)(Dry Dispersion Unit)：用于粉末樣品，通過氣流（壓縮空氣或氮?dú)猓⒎勰┓稚⒉⒋颠^光束。

　　分散與循環(huán)系統(tǒng)（濕法專用）：

　　超聲波分散器(Ultrasonic Probe/Bath)：施加超聲波能量，打散顆粒團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)單顆粒分散。

　　攪拌器(Stirrer)：保持樣品懸浮液的均勻性，防止顆粒沉降。

　　循環(huán)泵(Circulation Pump)：驅(qū)動懸浮液在樣品池和管道中循環(huán)流動，確保測量的代表性。

　　進(jìn)樣器（可選）：

　　自動進(jìn)樣器可實(shí)現(xiàn)多批次樣品的無人值守測量，提高通量。

　　三、電子控制系統(tǒng)

　　負(fù)責(zé)儀器各部件的協(xié)調(diào)運(yùn)行和信號處理。

　　主控電路板：

　　控制激光開關(guān)、超聲波、攪拌、泵、閥門等部件的啟停和參數(shù)。

　　信號放大與采集卡：

　　將探測器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），傳輸給計算機(jī)。

　　電源模塊：

　　為激光器、泵、超聲波、控制電路等提供穩(wěn)定的工作電源。

　　四、軟件系統(tǒng)（大腦）

　　負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、分析、顯示和報告生成。

　　儀器控制軟件：

　　提供用戶界面，設(shè)置測量參數(shù)（如超聲時間、攪拌速度、遮光度、測量時間）、啟動/停止測量、監(jiān)控儀器狀態(tài)。

　　數(shù)據(jù)反演算法：

　　核心功能：根據(jù)探測器采集到的散射光強(qiáng)角度分布數(shù)據(jù)，應(yīng)用米氏散射理論(Mie Scattering Theory)或夫瑯禾費(fèi)衍射理論(Fraunhofer Diffraction Theory)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)反演計算，得到顆粒的粒徑分布（體積分布、數(shù)量分布等）。

　　需要輸入樣品和分散介質(zhì)的折射率和吸收率等光學(xué)參數(shù)。

　　數(shù)據(jù)分析與報告軟件：

　　顯示粒徑分布曲線（直方圖、累積分布曲線）。

　　計算并報告特征值：D10,D50(中位徑),D90,平均粒徑、比表面積等。

　　提供數(shù)據(jù)比較、統(tǒng)計分析、報告模板生成功能。

　　五、輔助部件

　　外殼與機(jī)架：

　　提供機(jī)械支撐，屏蔽外部光線和電磁干擾，保證測量環(huán)境穩(wěn)定。

　　溫度傳感器（可選）：

　　監(jiān)測樣品溫度，因?yàn)闇囟葧绊懛稚⒔橘|(zhì)的粘度和折射率。

　　自動對中系統(tǒng)（高d型號）：

　　確保激光束精確穿過樣品池中心，提高測量精度和重復(fù)性。