摘要

       目前已有多種顆粒分析的方法，它們都有各自的特點。本文介紹一種應(yīng)用激光微小光斑進行顆粒分析的技術(shù)，該方法應(yīng)用聚焦光斑直徑與被測樣品平均顆粒粒徑相近的激光光斑，使其落在樣品顆粒上，在后向獲取信號，經(jīng)處理得到樣品顆粒分析的結(jié)果。它適用于河道與港口水樣品的泥沙分析，也可以應(yīng)用在類似的場合。

2 引言

　　對水流的泥沙進行顆粒分析，以獲得泥沙顆粒粒徑分布的情況，是掌握泥沙運動規(guī)律的一個重要方面。目前已有一些方法可以進行顆粒分析，其中有傳統(tǒng)的分析方法(如：篩或吸管法)和應(yīng)用儀器分析的方法(如：電傳感、X-射線沉降法、激光和圖像分析等)。

　　本文介紹一種新型的應(yīng)用激光微小光斑結(jié)合多道分析系統(tǒng)進行顆粒分析的技術(shù)，它能很好地獲得水樣品中泥沙顆粒的分布情況，是針對河道水流中泥沙的特點而研究的一種技術(shù)，比起通常采用的方法，具有結(jié)構(gòu)簡單，檢測速度快，工作可靠，成本低等特點。該技術(shù)還可應(yīng)用到其他類似的顆粒分析。

　　3 工作原理

　　當(dāng)今激光技術(shù)已應(yīng)用到顆粒分析中，其中有應(yīng)用激光衍射法和激光散射法等。而激光微小光斑顆粒分析技術(shù)不同于前兩種方法(圖1)。

　　實驗裝置的工作過程是：激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過透鏡聚焦，其聚焦點正好落在檢測窗內(nèi)。取樣裝置使水樣品通過檢測窗口，當(dāng)水中的泥沙顆粒經(jīng)過激光聚焦點時，光路、泥沙、顆粒在一條直線上。由于顆粒的粒徑不同，其擋光的程度也不同，接收管接收到的信號強度也不同。接收到的信號經(jīng)過放大，進入多道分析系統(tǒng)，由該系統(tǒng)分辨出不同的顆粒粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量，由顯示器和記錄儀分別顯示和記錄。

       激光微小光斑顆粒分析法的主要特點在于讓激光束聚焦后光斑的直徑與顆粒粒徑相近，因河流懸沙粒徑分布的峰值通常在10～100μm范圍內(nèi)，所以在本裝置中激光焦點光斑的直徑調(diào)整到10μm數(shù)量級。其基本光路如圖2所示。激光器發(fā)出的激光束經(jīng)短焦距透鏡聚焦，其焦點落在專門設(shè)計的檢測窗內(nèi)，在檢測窗口后面的光接收管接收光信號。

　　當(dāng)顆粒經(jīng)過檢測窗口時，由于粒徑不同，光接收管所接收的光強也不同。又由于光斑的直徑與顆粒的直徑相近，所以當(dāng)顆粒經(jīng)過檢測窗口時出現(xiàn)顆粒粒徑大于、相近或小于激光光斑三種情況如圖3(a)、(b)、(c)所示。接收管接收的信號經(jīng)處理后形成0～10V范圍內(nèi)不同幅值的脈沖信號，這些信號被輸入到多道分析系統(tǒng)。多道分析系統(tǒng)是一種硬件與軟件相結(jié)合實現(xiàn)對輸入脈沖信號的幅值進行分析的裝置。本實驗所采用的系統(tǒng)中輸入信號的脈沖幅值范圍為0～10V，通道數(shù)為4096，也就是說1～10V被等分成4096道，每道分別對應(yīng)這一范圍內(nèi)不同電壓幅值的脈沖信號。當(dāng)輸入0～10V幅度范圍內(nèi)的脈沖到該系統(tǒng)時，不同的電壓幅值的脈沖就由對應(yīng)的通道分別進行計數(shù)，從而獲得不同電壓幅值的脈沖分布曲線。

3 實驗及結(jié)果

　　應(yīng)用上述原理對長江口某采樣點采集的泥樣進行分析實驗。圖4曲線中橫坐標(biāo)從42到150通道，每個通道對應(yīng)不同直徑的顆粒，縱坐標(biāo)為每一通道所采集到的顆粒數(shù)。從曲線中可以看出顆粒分布的情況。只要通過定標(biāo)確定各通道所對應(yīng)的顆粒直徑范圍，就可以定量確定各種直徑顆粒的分布情況，獲得不同尺寸顆粒數(shù)的百分比。送入計算機處理還可以獲得各種尺寸顆粒所占體積的百分比。

參考文獻

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