激光测量中干扰的光路自动补偿方法

　　1　引　　言

　　光测法由于其工作原理比较简单且具有迅速、方便、结果明确及可重复性等优点,是固体颗粒计数检测中一种常用的方法。早期的颗粒计数器采用白光做光源,由于单色性及信噪比低,仪器的灵敏度受到严重的限制[1]。激光、红外光等光源的应用使得颗粒计数技术进一步提高,基于颗粒计数器的粒径工业检测系统也得到了迅速发展[2～3]。由于颗粒计数器在实际应用中存在着光源波动、采样区域污染、温度漂移等干扰对测量结果的影响等方面的困难,加之国内在颗粒计数器的研究方面起步较晚,加工工艺精度低,达不到要求,同国际先进水平有一定的差距。目前,国内对颗粒计数器的研究已取得了很大的进展,在某些方面研究成果与国际同类产品一致,而用于工业在线检测的颗粒计数器则还未见报道[4]。克服工业检测应用中干扰对颗粒计数器测量结果的影响并进行干扰的在线自动补偿是实现颗粒计数器在线检测应用研究中的一项重要研究内容。

　　2　目前克服干扰方法的局限性

　　干扰是影响测量系统精度的一种重要因素,由于干扰来自测量系统的外部,通常通过补偿回路实现对干扰的抑制和消除。前馈补偿是一种常用的干扰补偿方法,其补偿原理如图1所示。

　　从图1可看出,前馈补偿在测量信号的同时对干扰进行测量,通过前馈补偿器对干扰进行补偿使得输出y=y0。在干扰可测且干扰的作用模型已知的情况下,前馈补偿的方法可以实现对测量系统干扰的快速补偿。由此可见,采用前馈补偿的方法仅能对光测法中部分干扰进行自动补偿(如温度漂移)而对无法测量的不确定性的干扰(如采样区污染、器件老化等)则无能为力。目前,在颗粒计数器的应用中,通常通过在检测前对颗粒计数器进行标定的方法来减少这些干扰对测量结果的影响[5]。上述方法可在一定程度上降低干扰对测量结果的影响,适用于实验室中对颗粒计数器的使用,却限制了颗粒计数器在粒径检测工业中的在线应用。

　　3　干扰的自动补偿方法

　　3.1　光测法检测原理及干扰对测量结果影响的分析

　　3.1.1　光测法检测原理

　　图2为一简单的颗粒计数器光测法检测原理图,发射光源与接收端分别由激光发射器和接收三极管组成,图中光线通过的小孔为采样区。由接收三极管的工作原理知:若无颗粒通过采样区时,光电三极管输出电压为v=v0,称v0为光电三极管的静态工作点。若颗粒挡光面积与采样区相同时,由于光电三极管漏电流很小,其输出电压近似为v=u0。故在激光发射器发出的光平行均匀的通过采样区且接收三极管工作在线性区时,挡光面积为s的颗粒通过采样区时产生的脉冲信号的幅值可由式(1)求得。