多波长消光测粒技术的一种改进方法

　　1　引　言

　　随着科技的进步,颗粒物质在国民经济各行业中的应用已越来越多,固体粉末及液滴是颗粒物质的最典型例子。表征颗粒物质物理及化学性质的参数有很多,而颗粒粒度(或者说尺寸)则是表征颗粒物质几何特性的一个最重要的参数,它的大小往往决定了产品的性能、质量和效果。测量颗粒粒度的方法和仪器有很多,利用颗粒对光的各种散射现象进行的光散射测粒技术,由于测量速度快、测量精度高及非接触测量等诸多优点而备受人们的关注,而多波长消光测粒技术则是其中最常用的方法之一[1～3]。作者在前些时候曾提出了几种基于该项技术的若干适用于实验室及在线测量的方法[4～7],本文则通过详细分析多波长消光测粒原理,揭示了各波长下各个透射光强之间的内在联系,提出了消光测粒技术在具体应用中的一种新的改进方法,该方法特别适用于颗粒粒度的在线测量。

　　2　测量原理及分析

　　由图1,根据熟知的Lambert-Beer光透射定律,当一束单色平行光入射到一含有均匀悬浮颗粒的介质时(注意,这里的入射光强实为测量区中没有颗粒时的出射光强I″0),由于颗粒对入射光的散射和吸收作用,出射光强会有一定程度的衰减,出射光强I与入射光强I″0之间有简单的关系

式中τ为浊度,L为样品池即测量区的厚度。当单位体积的颗粒介质中含有N个直径为D的球形颗粒时,浊度τ可表示为

式中σ为颗粒的迎光面积,K为消光系数。一般情况下,测量区中的颗粒是大小不一且具有一定尺寸分布的多分散颗粒系,设直径为Di的颗粒有Ni个,此时总的浊度τ为

式中求和符号Σ上的M为多分散颗粒系的尺寸分档数。将式(3)代入式(1),并在两边取对数,得

为清楚起见,消光系数K已写成波长λ,颗粒相对于周围介质的折射率m及直径D的函数形式。若采用多个波长入射(一般取波长数与尺寸分档的数目M相同),则每个波长都有一个与之对应的式(4),由此可得到一个线性方程组

  (5)

一般情况下,入射光强I″0和出射光强I为可测量,因此解这个方程组即可求得各个尺寸(档)Di的颗粒数分布Ni,作归一化处理后,即为被测颗粒群(以颗粒数表示)的尺寸分布,这就是所谓的多波长消光测粒技术[3,4]。

　　下面再对式(1)作仔细分析,式(1)中的入射光强(即测量区中没有颗粒存在时的出射光强)I″0与被测颗粒无关,因此各波长下的入射光强之间应该存在着确定的比例关系,这一关系仅与照明光源的光谱成份、分光元件的分光效率、光电元件的波长灵敏度及各路电子线路的放大倍数等有关,对一个确定的测量仪器来说,它们之间是个常量关系,设比例系数为C″,则