摘要

       目前已有多種顆粒分析的方法，它們都有各自的特點(diǎn)。本文介紹一種應(yīng)用激光微小光斑進(jìn)行顆粒分析的技術(shù)，該方法應(yīng)用聚焦光斑直徑與被測(cè)樣品平均顆粒粒徑相近的激光光斑，使其落在樣品顆粒上，在后向獲取信號(hào)，經(jīng)處理得到樣品顆粒分析的結(jié)果。它適用于河道與港口水樣品的泥沙分析，也可以應(yīng)用在類(lèi)似的場(chǎng)合。

2 引言

　　對(duì)水流的泥沙進(jìn)行顆粒分析，以獲得泥沙顆粒粒徑分布的情況，是掌握泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一個(gè)重要方面。目前已有一些方法可以進(jìn)行顆粒分析，其中有傳統(tǒng)的分析方法(如：篩或吸管法)和應(yīng)用儀器分析的方法(如：電傳感、X-射線(xiàn)沉降法、激光和圖像分析等)。

　　本文介紹一種新型的應(yīng)用激光微小光斑結(jié)合多道分析系統(tǒng)進(jìn)行顆粒分析的技術(shù)，它能很好地獲得水樣品中泥沙顆粒的分布情況，是針對(duì)河道水流中泥沙的特點(diǎn)而研究的一種技術(shù)，比起通常采用的方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，工作可靠，成本低等特點(diǎn)。該技術(shù)還可應(yīng)用到其他類(lèi)似的顆粒分析。

　　3 工作原理

　　當(dāng)今激光技術(shù)已應(yīng)用到顆粒分析中，其中有應(yīng)用激光衍射法和激光散射法等。而激光微小光斑顆粒分析技術(shù)不同于前兩種方法(圖1)。

　　實(shí)驗(yàn)裝置的工作過(guò)程是：激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦，其聚焦點(diǎn)正好落在檢測(cè)窗內(nèi)。取樣裝置使水樣品通過(guò)檢測(cè)窗口，當(dāng)水中的泥沙顆粒經(jīng)過(guò)激光聚焦點(diǎn)時(shí)，光路、泥沙、顆粒在一條直線(xiàn)上。由于顆粒的粒徑不同，其擋光的程度也不同，接收管接收到的信號(hào)強(qiáng)度也不同。接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，進(jìn)入多道分析系統(tǒng)，由該系統(tǒng)分辨出不同的顆粒粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量，由顯示器和記錄儀分別顯示和記錄。

       激光微小光斑顆粒分析法的主要特點(diǎn)在于讓激光束聚焦后光斑的直徑與顆粒粒徑相近，因河流懸沙粒徑分布的峰值通常在10～100μm范圍內(nèi)，所以在本裝置中激光焦點(diǎn)光斑的直徑調(diào)整到10μm數(shù)量級(jí)。其基本光路如圖2所示。激光器發(fā)出的激光束經(jīng)短焦距透鏡聚焦，其焦點(diǎn)落在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的檢測(cè)窗內(nèi)，在檢測(cè)窗口后面的光接收管接收光信號(hào)。

　　當(dāng)顆粒經(jīng)過(guò)檢測(cè)窗口時(shí)，由于粒徑不同，光接收管所接收的光強(qiáng)也不同。又由于光斑的直徑與顆粒的直徑相近，所以當(dāng)顆粒經(jīng)過(guò)檢測(cè)窗口時(shí)出現(xiàn)顆粒粒徑大于、相近或小于激光光斑三種情況如圖3(a)、(b)、(c)所示。接收管接收的信號(hào)經(jīng)處理后形成0～10V范圍內(nèi)不同幅值的脈沖信號(hào)，這些信號(hào)被輸入到多道分析系統(tǒng)。多道分析系統(tǒng)是一種硬件與軟件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入脈沖信號(hào)的幅值進(jìn)行分析的裝置。本實(shí)驗(yàn)所采用的系統(tǒng)中輸入信號(hào)的脈沖幅值范圍為0～10V，通道數(shù)為4096，也就是說(shuō)1～10V被等分成4096道，每道分別對(duì)應(yīng)這一范圍內(nèi)不同電壓幅值的脈沖信號(hào)。當(dāng)輸入0～10V幅度范圍內(nèi)的脈沖到該系統(tǒng)時(shí)，不同的電壓幅值的脈沖就由對(duì)應(yīng)的通道分別進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而獲得不同電壓幅值的脈沖分布曲線(xiàn)。

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

　　應(yīng)用上述原理對(duì)長(zhǎng)江口某采樣點(diǎn)采集的泥樣進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)。圖4曲線(xiàn)中橫坐標(biāo)從42到150通道，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)不同直徑的顆粒，縱坐標(biāo)為每一通道所采集到的顆粒數(shù)。從曲線(xiàn)中可以看出顆粒分布的情況。只要通過(guò)定標(biāo)確定各通道所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑范圍，就可以定量確定各種直徑顆粒的分布情況，獲得不同尺寸顆粒數(shù)的百分比。送入計(jì)算機(jī)處理還可以獲得各種尺寸顆粒所占體積的百分比。

參考文獻(xiàn)

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