专利名称：一种图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于动态光散射原理的颗粒粒度测量方法，特别涉及一种采用面阵数字相机单帧单次曝光图像拍摄颗粒布朗运动轨迹从而得到纳米、亚微米
和微米颗粒粒度及分布的一种图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置及方法。
背景技术：
颗粒测量的最主要方法有基于光散射理论的激光粒度仪，在激光粒度仪中是测量颗粒的静态散射光。其基本原理是当激光入射到被测颗粒时，颗粒会散射入射激光，其散射光能的空间分布与颗粒的大小有关，测量其散射光能的空间分布，然后应用光散射理论和反演算法可以获得被测颗粒的粒度分布。在这种测量方法及基于该方法发展的激光粒度仪中，因为只考虑颗粒的散射光强与颗粒大小的关系，所以称为静态光散射法测量。这种方法适用于亚微米颗粒到微米颗粒的粒度测量，受静态光散射原理的限制，不能测量纳米颗粒的粒度。纳米颗粒的粒度测量主要有电子显微镜和基于动态光散射理论而发展的多种动态光散射纳米颗粒粒度测量方法，其中最主要的是光子相关光谱法，Photon correlation spectroscopy,简禾尔 PCS0PCS纳米颗粒粒度测量方法的基本原理是当一束激光入射到被测纳米颗粒样品时，由于纳米颗粒在液体中的布朗运动，其散射光会发生脉动，其脉动频率的高低与颗粒的扩散系数有关，而扩散系数久与颗粒的粒度大小有关，颗粒的扩散与粒度的关系可以用 Stocks-Einstein 公式描述
权利要求
1.一种图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，该测量装置从左到右由激光源、样品池、透镜、面阵光敏器件同轴布置构成，激光源发出的激光束入射激光照射到样品池中的颗粒，样品池中作布朗运动的颗粒在入射激光照射下产生动态光散射，这些颗粒的动态光散射信号经过透镜后，在透镜焦面上形成散射光点，被布置在透镜焦面上的面阵数字相机拍摄，控制相机的曝光时间，使得颗粒的散射光点在拍摄的图像上形成轨迹线， 对这些轨迹线进行数据处理，得到颗粒的粒度及分布。
2.一种利用权利要求1所述测量装置的一种图像动态光散射纳米颗粒粒度测量方法，其特征在于，该方法具体步骤为将由激光源发出的激光束入射到样品池，样品池中加有水或颗粒分散液体；用面阵数字相机拍摄这时的背景光信号图像并记录； 在样品池中加入被测颗粒样品；控制数字相机的曝光时间并记录，测量拍摄加入颗粒样品后的动态散射光信号图像并记录保存；在记录颗粒样品的动态光散射信号的图像后，先根据背景光图像对颗粒信号图像进行处理，消除背景光信号的噪音；对消除噪音后的颗粒布朗运动轨迹分析颗粒的动态光散射轨迹，测出每个颗粒的轨迹长度，根据布朗运动理论，在时刻颗粒相对原点位移平方的期望值是(r2)=6DtT(2)由颗粒的轨迹根据式(2)求得扩散系数久，再应用Mocks-Einstein公式D = ^JL(O得到该轨迹对应的颗粒粒度；(7)将得到的各个颗粒的粒度汇总进行统计，得到颗粒的粒度分布。
3.根据权利要求1所述的图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，所述的样品池布置在接收透镜的后面，由激光源发出的激光束先经透镜后入射到样品池，其颗粒的动态散射光再被布置在前向的面阵数字相机拍摄，获得随机分布颗粒散射光点轨迹图像。
4.根据权利要求1所述的图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，所述的面阵数字相机布置在由激光源发出的入射激光束侧向布置。
5.根据权利要求1所述的图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，所述的面阵数字相机由第一面阵数字相机和第二面阵数字相机组成，所述透镜由第一透镜和第二透镜组成，第一面阵数字相机和第二面阵数字相机分别布置在由激光源发出的入射激光束的前向0度位置和侧向位置，入射激光束经样品池被颗粒散射后的动态光散射信号分别被第一透镜和第二透镜接收，再分别被第一面阵数字相机和第二面阵数字相机拍摄，同时测量颗粒的前向和侧向动态散射光点的轨迹图像。
6.根据权利要求1所述的图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，所述的面阵数字相机为CCD或CMOS相机。
全文摘要
本发明公开了一种图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置及方法，该测量装置从左到右由激光源、样品池、透镜、面阵光敏器件同轴布置构成，其方法是，激光束入射激光照射到样品池中的颗粒，样品池中作布朗运动的颗粒在入射激光照射下产生动态光散射，这些颗粒的动态光散射信号经过透镜后，被布置在透镜焦面上的面阵数字相机拍摄，控制相机的曝光时间，使得颗粒的散射光点在拍摄的图像上形成轨迹线。进行数据处理后得到颗粒的粒度及分布。本发明的有益效果是利用面阵数字相机同时测量许多颗粒的散射光动态信号，经处理后得到颗粒的粒度分布，测量时间短，并可同时测量纳米到微米宽范围的颗粒。
文档编号G01N15/02GK102213669SQ201110064389
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者苏明旭, 蔡小舒 申请人:上海理工大学