基于光電響應特性的激光粒度儀標定法（一）

基于光電響應特性的激光粒度儀標定法

王少清 任中京 張勇 張希明 何芳

（山東建筑材料工業學院激光應用研究室 濟南 250022)

提要:用實驗的方法研究了激光粒度儀的光電響應特性，在此基礎上提出了一種新的標定方法。并用實驗驗證了該方法的正確性。

關鍵詞:激光拉度儀顆粒大小分析光電響應

Abstract:  A new method has been developed to calibrate laser particle sizer based  on the exeperimental study of its photo-electric response  characteristics. Measurements which have been made demonstrate the  effectiveness of this method.

Keywords: laser particle sizer, particle size analysis, photo-electric response

激光粒度儀在粉末顆粒大小分析中越來越受到人們的重視。其心臟部分是光電轉換系統。測量原理如圖1所示。

激光經擴束一準直系統C以平行光照射載有待測顆粒的樣品窗S上，顆粒群的散射光由富立葉透鏡L接收，在L的后焦面上用環形列陣光電探測器D接收顆粒群的散射譜，轉換為光電流后再經電子學系統E作I/V轉換放大和A/D轉換，送入計算機進行分析處理，從而得到被測樣品的顆粒分布。

可見，保證激光粒度儀測量準確性的一個關鍵是其光電轉換系統的正確響應。光電轉換系統正確響應的判據應包括下面兩條：

1）每一單元的響應均為線性；

2）各單元的響應是一致的。

對激光粒度儀進行標定就是對其光電響應特性進行線性和均勻性校正。目前，已有多種標定方法[1,2]，但都有不足之處，可概括為：一是物理意義不清楚，二是操作較復雜，三是適用范圍有限。本文作者根據實驗測得的激光粒度儀的響應特性，提出了一種新的標定方法。該方法物理意義明確，操作簡便，并適于各種多單元光電轉換系統的標定。

激光粒度儀光電轉換系統的響應特性

實驗測量激光粒度儀的光電響應特性的方法如下：用一均勻穩定的光源照射激光粒度儀的環形陣列光電探測器，同時用一標準光功率計監測光源的功率。在各種不同的光強1o下記錄光電轉換系統各單元的光強輸出I，作各I一Io曲線，即得到了各探測單元的響應特性。

實驗發現激光粒度儀光電轉換系統的響應有三個特點：

1．在均勻光照射下，各單元的光能響應相差很大。實驗用12位A/D轉換器，當外幾路的輸出已達到A/D的飽和值4095時，最內幾路還沒有明顯的響應。這是由于環形陣列光電探測器內外環的接收面積相差很大所致。表1給出了該探測器31個探測環中，部分探測環的接收面積，其最大與最小環的面積相差近兩千倍。

激光粒度儀光電響應特性的校正方法

根據測得的響應特性和正確響應的兩條判據，校正分兩步進行。

1．對各單元響應特性的非線性校正即將每個單元的響應曲線均校正為直線，以保證其對入射光的線性響應。此時，可視不同的使用要求而采取不同的校正方法。如果在使用中，各探測單元的響應可能從最小到最大全程變化，則需在整個測量范圍內保證線性響應，即要把整個響應曲線校正為一條直線．若探測單元僅工作在一個較小的動態范圍內，則只需將與該范圍對應的一段響應曲線校正為直線即可，這比全程校正簡單且精度高。在激光粒度分析中，由于顆粒群的散射光較弱，光電探測器接收到的光能量較小，故光電轉換系統各單元的響應均較小．又從實測響應曲線圖2可知，當光強響應I小于某一值，各探測單元均為較好的線性響應．因而可用有限范圍的擬合直線來代表各單元的響應特性．圖3為輸入光強I。＜4000時第10、20和30三個單元的光強響應，

線性較好．圖4是對它們作直線擬合的結果。這些直線即為經校正得到的各單元的線性響應特性。擬合直線的斜率稱為各單元的響應度。可見光電轉換系統各單元的響應度是不均勻的。