应用激光微小光斑进行颗粒分析

　　1　引　　言

　　对水流的泥沙进行颗粒分析,以获得泥沙颗粒粒径分布的情况,是掌握泥沙运动规律的一个重要方面。目前已有一些方法可以进行颗粒分析,其中有传统的分析方法(如:筛或吸管法)和应用仪器分析的方法(如:电传感、X-射线沉降法、激光和图像分析等)[1]。

　　本文介绍一种新型的应用激光微小光斑结合多道分析系统进行颗粒分析的技术,它能很好地获得水样品中泥沙颗粒的分布情况,是针对河道水流中泥沙的特点而研究的一种技术,比起通常采用的方法,具有结构简单,检测速度快,工作可靠,成本低等特点。该技术还可应用到其他类似的颗粒分析。

　　2　工作原理

　　当今激光技术已应用到颗粒分析中,其中有应用激光衍射法和激光散射法等。而激光微小光斑颗粒分析技术不同于前两种方法(图1)。

　　实验装置的工作过程是:激光器发出的激光束经过透镜聚焦,其聚焦点正好落在检测窗内。取样装置使水样品通过检测窗口,当水中的泥沙颗粒经过激光聚焦点时,光路、泥沙、颗粒在一条直线上。由于颗粒的粒径不同,其挡光的程度也不同,接收管接收到的信号强度也不同。接收到的信号经过放大,进入多道分析系统,由该系统分辨出不同的颗粒粒径范围内的颗粒数量,由显示器和记录仪分别显示和记录

　　激光微小光斑颗粒分析法的主要特点在于让激光束聚焦后光斑的直径与颗粒粒径相近,因河流悬沙粒径分布的峰值通常在10～100μm范围内,所以在本装置中激光焦点光斑的直径调整到10μm数量级。其基本光路如图2所示。激光器发出的激光束经短焦距透镜聚焦,其焦点落在专门设计的检测窗内,在检测窗口后面的光接收管接收光信号。

　　当颗粒经过检测窗口时,由于粒径不同,光接收管所接收的光强也不同。又由于光斑的直径与颗粒的直径相近,所以当颗粒经过检测窗口时出现颗粒粒径大于、相近或小于激光光斑三种情况如图3(a)、(b)、(c)所示。接收管接收的信号经处理后形成0～10V范围内不同幅值的脉冲信号,这些信号被输入到多道分析系统。多道分析系统是一种硬件与软件相结合实现对输入脉冲信号的幅值进行分析的装置[2]。本实验所采用的系统中输入信号的脉冲幅值范围为0～10V,通道数为4096,也就是说1～10V被等分成4096道,每道分别对应这一范围内不同电压幅值的脉冲信号。当输入0～10V幅度范围内的脉冲到该系统时,不同的电压幅值的脉冲就由对应的通道分别进行计数,从而获得不同电压幅值的脉冲分布曲线。

　　3　实验及结果