摘 要：介绍一种利用光学、电学及计算机接口原理，测量微小粒子的粒径及分布的方法。
关键词：激光；光电转换；接口技术
application of optics and electrics technology in small particle s measurement
sun hao
(college of electrical engineering, university of shanghai for science and technology, shanghai 200093, china)
abstract: the application of optics and electrics technology insmall particles measurement was introduced in this paper.
key words: laser; optics and electrics conversion; interface te chnology
1光学部分
虽然测量微小颗粒的方法很多，如显微镜法、沉降法等，但是用光学的方法测量具有更多优点：
(1)由于光的透射性，可以实现非接触测量；(2)光电转换频响时间很短，且可与计算机配合使用；(3)对被测微小颗粒的物理特性(密度、粘度等)要求低；(4)适用固体、液体及气体。
本装置用光学中光的夫琅和费衍射现象测量颗粒。根据夫琅和费衍射的理论，当一束平行光照射到测量区中的颗粒群时，便会产生光的衍射现象，因此，衍射光的强度分布与测量区中被照射的颗粒直径和颗粒数有关。图1是微小颗粒测量的示意图。
当一束平行光通过一个直径为d的小孔或微粒时，在光电探测器的屏幕上的衍射光强分布为
式中，i0为平行入射光强度；f为接收透镜的焦距；λ为入射光的波长；x=πdsinθ/λ，θ为衍射角，当衍射角比较小时，sinθ=θ；j1为一阶bessel函数。
从式(1)可知，在其他参数不变的情况下，i(θ)的大小与被照射的颗粒的粒径d有一定的对应关系，粒径越大衍射光的强度越大。衍射图形与颗粒直径之间存在着完全确定的对应关系。由于我们所用的是光电探测器，因此，对于光电探测器的第n环(设环半径从rn～rn+1对应的衍射角从θn到θn+1)，其光能量为
将式(1)、(3)代入(2)，通过积分变量变换并化简：
实际测量区中的颗粒数往往很多，而且所有颗粒的粒径大小又不同。设颗粒直径为di，颗粒有ni个，这时光电探测器每一环的衍射光能量为：
探测器有30环，对其中每一环都可按式(6)写出其衍射光能，e1、e2…e30。反之，如果光电探测器能探测到e1、e2…e30各环光能，就能算出与这个光能分布相对应的颗粒尺寸。以上所述就是用光的衍射理论，测量微小颗粒粒径及颗粒分布的方法。
2电学部分
图3是30环光电探测器的示意图。光通过颗粒群产生衍射光能，在光电探测器光环上转换成电信号。
图4是数据采集系统方框图。它由光电探测器、多路模拟开关、i/v转换器、放大器、采/保器、a/d转换器和cpu等组成。系统通过触发器及译码器分别控制多路模拟开关的地址端及禁止端，分时接通来自光电探测器的1至30环电信号，进行i/v转换；由于转换后电信号非常微弱，需经放大器进行放大。考虑到各种颗粒在衍射后的光能强弱不同，因此放大器的放大倍数设计成可调的，通过模拟开关，分别改变放大倍数。通过放大器的电信号进入采样/保持电路，对高速变化的模拟信号进行瞬时采样，并把采样值保存下来，直到转换完为止。通过各种逻辑门分别控制a/d芯片。把采样来的信号转换成数字信号，与接口电路通信，便于微机控制。
3结束语
本文介绍的应用光学、电学及计算机接口原理，研究微小颗粒粒径及其分布规律的技术有着广泛应用前景。
参考文献
［1］王乃宁，等.颗粒粒径的光学测量技术及应用［m］.北京：原子能出版社，19 99.
［2］王荣良.计算机接口技术［m］.北京：电子工业出版社，2003.
