水煤漿激光粒度儀的研制

    根據(jù)水煤漿粒度測試的特殊情況，結(jié)合多年的激光粒度儀器的制造經(jīng)驗(yàn)，國家水煤漿工程技術(shù)中心與丹東百特儀器有限公司合作，經(jīng)過一年多的刻苦攻關(guān)和成百上千 次的實(shí)驗(yàn)，終于在2002年下半年研制成功國內(nèi)*臺水煤漿的激光粒度儀。該儀器的研制成功，結(jié)束了水煤漿粒度測試*依賴進(jìn)口的歷史。從此國內(nèi)水煤 漿用戶可以用上性能優(yōu)良，價(jià)格低廉、服務(wù)及時(shí)、零配件供應(yīng)充足的激光粒度儀，其綜合性能指標(biāo)達(dá)到了國外同類儀器的先進(jìn)水平。

1. 大容量的、大流量的循環(huán)分散系統(tǒng)。循環(huán)分散系統(tǒng)是激光粒度儀系統(tǒng)中的一個(gè)重要的裝置，它包括蠕動循環(huán)泵、超聲波分散器、攪拌器、測試窗組件、 水池與排放裝置等。蠕動循環(huán)泵是一種通過對彈性*的硅橡膠管的交替快速擠壓、恢復(fù)來使樣品流動的。由于循環(huán)過程中外力不直接與顆粒接觸，所以不會對顆粒 造成任何影響。它的流量達(dá)到2000ml/分鐘，zui大的水煤漿顆粒也不會沉淀在管路中。超聲波分散器直接固定在容積為800ml的水池底部，配以功率 50W、頻率40KHZ的驅(qū)動電路,僅三分鐘就會使水煤漿顆粒處于良好的分散狀態(tài)。由直流電機(jī)和特制的葉片組成的攪拌器，將使水池中的樣品時(shí)時(shí)刻刻處于均 勻懸浮狀態(tài)，保證輸送到儀器中的樣品均勻一致。測試窗是由石英玻璃制成，具有良好的光學(xué)特性，耐磨擦耐腐蝕，拆卸和安裝極為方便。排放裝置是由特殊設(shè)計(jì)的 控制閥和相應(yīng)的管路組成，操作方便、安全可靠、絕不漏水。
2. 拓寬儀器的測試范圍。常見的激光粒度儀的測試范圍一般在300um以下，隨著粉體超細(xì)化趨勢的增長，激光粒度儀的測試范圍也在向超細(xì)方向發(fā) 展。而水煤漿激光粒度儀在測試范圍上的主要矛盾則恰恰相反，就是要保證對粗端顆粒進(jìn)行有效測量，測試上限必須大于700um。通過反復(fù)試驗(yàn)和計(jì)算，我們設(shè) 計(jì)了大口徑長焦距的富氏透鏡和回折式光學(xué)系統(tǒng)，使測試范圍達(dá)到0.68-951um，在此范圍內(nèi)的散射信號都能夠被有效接收，這樣的粒度范圍*水煤 漿的粒度測試需要。
3. 大功率的激光器與高靈敏度的光電探測器陣列。由于水煤漿顆粒對光的吸收特性強(qiáng)，散射信號弱，要使散射信號達(dá)到一定的強(qiáng)度并有效接收，必須提高 入射光的強(qiáng)度，提高光電探測器的靈敏度。為此我們選用了大功率半導(dǎo)體激光器，該激光器的功率是一般激光粒度儀所用激光器的5倍。同時(shí)研制成功了具有76個(gè) 光電探測器的高靈敏度的光電探測器陣列。該器件采用大規(guī)模集成電路的制造工藝，在同一個(gè)硅片上通過多次光刻而成，這樣不僅保證了光電探測器的靈敏度，而且 在線性范圍內(nèi)每個(gè)光電探測器的線性度*一致。不僅如此，由于采用多達(dá)76個(gè)光電接收器陣列，是儀器的分辨率大大提高。
4. 精密三維自動對焦系統(tǒng)和長壽命的激光器。激光粒度儀是一種精密的光學(xué)儀器。光電探測器的中心點(diǎn)直徑只有50um。光電探測器就分布在該中心點(diǎn) 外不同半徑的同心圓上。因此對焦系統(tǒng)稍有偏移，*的匯聚光束就將照射在靠近圓心的光電探測器上，光電探測器將處于飽和狀態(tài)，無法接收有效的散射信號。在 此狀態(tài)下進(jìn)行測試，將產(chǎn)生錯(cuò)誤的測試結(jié)果。為此我們研制了精密三維自動對焦系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制軟件等組成。步進(jìn)電機(jī)的控制精度小于 10um，可以在電腦控制下隨時(shí)矯正焦點(diǎn)的偏差，使系統(tǒng)始終處于*狀態(tài)。激光器是激光粒度儀的關(guān)鍵部件。該器件的質(zhì)量、性能、壽命對整個(gè)系統(tǒng)有著至關(guān)重 要的影響。本系統(tǒng)所采用的激光器為半導(dǎo)體激光器，它的壽命是一般氦-氖激光器的4倍，并且不需要預(yù)熱，功耗低，可連續(xù)長時(shí)間工作，因此大大降低了儀器的故 障率。
5. 軟件系統(tǒng)。激光粒度儀的關(guān)鍵在于如何將散射信號還原成粒度信息。這個(gè)還原過程就是軟件的運(yùn)行過程。本儀器的軟件全程采用米氏散射理論，充分考 慮顆粒的吸收特性，儀器背景、樣品濃度等因素，得到的分析數(shù)據(jù)具有很好的真實(shí)性。此外，通過該軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)測測量過程，可直觀察測量過程中樣品濃度、粒 度、分散狀態(tài)的變化情況。還具有結(jié)果存儲、查詢、比較、合并、編輯、刪除、幫助等功能功能。打印報(bào)告單具有中、英文六種不同的格式，內(nèi)容包括區(qū)間粒度分布 數(shù)據(jù)與直方圖、累計(jì)粒度分布數(shù)據(jù)與曲線、典型粒徑值（如D3、D10、D25、D50、D75、D84、D90、D97、D98）等等。報(bào)告單的格式、版 面、顏色、字體可以根據(jù)需要任意編輯。系統(tǒng)采用串行信號通訊方式，儀器可以與任何型號的與IBM兼容的電腦相連