水煤浆激光粒度仪的研制

2005/4/1/11:53    根据水煤浆粒度测试的特殊情况，结合多年的激光粒度仪器的制造经验，国家水煤浆工程技术中心与丹东百特仪器有限公司合作，经过一年多的刻苦攻关和成百上千次的实验，终于在2002年下半年研制成功国内第一台水煤浆专用的激光粒度仪。该仪器的研制成功，结束了水煤浆粒度测试完全依赖进口的历史。从此国内水煤浆用户可以用上性能优良，价格低廉、服务及时、零配件供应充足的激光粒度仪，其综合性能指标达到了国外同类仪器的先进水平。
   
    1、大容量的、大流量的循环分散系统。循环分散系统是激光粒度仪系统中的一个重要的装置，它包括蠕动循环泵、超声波分散器、搅拌器、测试窗组件、水池与排放装置等。蠕动循环泵是一种通过对弹性极好的硅橡胶管的交替快速挤压、恢复来使样品流动的。由于循环过程中外力不直接与颗粒接触，所以不会对颗粒造成任何影 响。它的流量达到2000ml/分钟，最大的水煤浆颗粒也不会沉淀在管路中。超声波分散器直接固定在容积为800ml的水池底部，配以功率50W、频率40KHZ的驱动电路,仅三分钟就会使水煤浆颗粒处于良好的分散状态。

    由直流电机和特制的叶片组成的搅拌器，将使水池中的样品时时刻刻处于均匀悬浮状态，保证输送到仪器中的样品均匀一致。测试窗是由石英玻璃制成，具有良好的光学特性，耐磨擦耐腐蚀，拆卸和安装极为方便。排放装置是由特殊设计的控制阀和相应的管路组成，操作方便、安全可靠、绝不漏水。

    2、拓宽仪器的测试范围。常见的激光粒度仪的测试范围一般在300um以下，随着粉体超细化趋势的增长，激光粒度仪的测试范围也在向超细方向发展。而水煤浆激光粒度仪在测试范围上的主要矛盾则恰恰相反，就是要保证对粗端颗粒进行有效测量，测试上限必须大于700um。通过反复试验和计算，我们设计了大口径长焦距的富氏透镜和回折式光学系统，使测试范围达到0.68-951um，在此范围内的散射信号都能够被有效接收，这样的粒度范围完全满足水煤浆的粒度测试需要。

    3、大功率的激光器与高灵敏度的光电探测器阵列。由于水煤浆颗粒对光的吸收特性强，散射信号弱，要使散射信号达到一定的强度并有效接收，必须提高入射光的强度，提高光电探测器的灵敏度。为此我们选用了大功率半导体激光器，该激光器的功率是一般激光粒度仪所用激光器的5倍。
 
    同时研制成功了具有76个光电探测器的高灵敏度的光电探测器阵列。该器件采用大规模集成电路的制造工艺，在同一个硅片上通过多次光刻而成，这样不仅保证了光电探测器的灵敏度，而且在线性范围内每个光电探测器的线性度完全一致。不仅如此，由于采用多达76个光电接收器阵列，是仪器的分辨率大大提高。
 
    4、精密三维自动对焦系统和长寿命的激光器。激光粒度仪是一种精密的光学仪器。光电探测器的中心点直径只有150um。光电探测器就分布在该中心点外不同半径的同心圆上。因此对焦系统稍有偏移，极强的汇聚光束就将照射在靠近圆心的光电探测器上，光电探测器将处于饱和状态，无法接收有效的散射信号。在此状态下进行测试，将产生错误的测试结果。为此我们研制了精密三维自动对焦系统。该系统包括步进电机、执行机构、控制软件等组成。步进电机的控制精度小于10um，可以在电脑控制下随时矫正焦点的偏差，使系统始终处于最佳状态。
 
    激光器是激光粒度仪的关键部件。该器件的质量、性能、寿命对整个系统有着至关重要的影响。本系统所采用的激光器为半导体激光器，它的寿命是一般氦-氖激光器的4倍，并且不需要预热，功耗低，可连续长时间工作，因此大大降低了仪器的故障率。
 
    5、软件系统。激光粒度仪的关键在于如何将散射信号还原成粒度信息。这个还原过程就是软件的运行过程。本仪器的软件全程采用米氏散射理论，充分考虑颗粒的吸收特性，仪器背景、样品浓度等因素，得到的分析数据具有很好的真实性。此外，通过该软件可以实时监测测量过程，可直观察测量过程中样品浓度、粒度、分散状态的变化情况。还具有结果存储、查询、比较、合并、编辑、删除、帮助等功能功能。打印报告单具有中、英文六种不同的格式，内容包括区间粒度分布数据与直方图、累计粒度分布数据与曲线、典型粒径值(如D3、D10、D25、D50、D75、D84、D90、D97、D98)等等。报告单的格式、版面、颜色、字体可以根据需要任意编辑。系统采用串行信号通讯方式，仪器可以与任何型号的与IBM兼容的电脑相连。