激光粒度仪的应用原理

目前，激光粒度仪在粒子表征上已有广泛的应用。测量对象包括固体粉末、悬浮液(包括固体、气体、液体等多种两相流体)、液体液滴三种形式的粒子系统。应用领域包括学术研究机构、技术开发部门和生产监控部门。DY个商品化机构诞生50年了，张福根博士从事的研究和开发的近30年了。尽管如此，测试对象——粒子系统比较抽象，而且激光粒子系统也从原理到技术复杂，本身就有需要补充的问题。张博士在为用户服务的过程中，对激光粒子界的科学技术问题进行了通俗但不失专业性的介绍。让客户更好地了解、选择和使用产品。

首先，必须声明这里所说的激光粒度仪是指基于静态光散射原理的粒度测试设备。目前，有基于光散射原理的粒子系统，激光称为光光源，但称为动态光散射(DLS)粒度计。前者根据徐璐其他大小粒子产生的散射光的空间分布(认为不随时间变化)计算粒子大小，而后者则通过测量一定散射角下散射光的时间变化规律来分析粒子大小。前者适合测量约0.1微米(粗微米粒子到数千粒子)，后者适合测量1微米(细纳米(千分之一微米)粒子)。激光粒子大小测量仪在英语中也称为基于激光衍射方法(Laser  diffraction  method)的粒度分析技术。

麦克斯韦在19世纪70年代提出电磁波理论后，发现光也是一种电磁波。光的衍射现象本质上是由电磁场和障碍物的相互作用引起的。衍射理论是电磁波理论的近似表达。严密的电磁波理论认为，光线行进中遇到障碍物，相互作用，改变了原来的行进方向。一般将牙齿现象称为光的散射。可以使用电磁波理论解释任意大小物体对光的散射，散射光的方向也是任意的。无论是早期还是现在，用激光粒子计测量粒子大小时，假设粒子是球形的。假设粒子是均匀的等同性，则可以使用严格的电磁波理论推导出散射场的严格分析解决方案(称为“Mie(Mie)散射理论”)。

现在市面上的激光粒子系统大多采用Mie散射理论作为物理基础，所以说现在的激光粒子系统使用的物理原理是衍射方法是不准确的，甚至可能被误认为是基于早期衍射理论的仪器。

世界上DY个商品化激光粒度仪是1968年设计的。当时已经提出了Mie理论，但是根据当时计算机的计算能力，很难快速计算各种粒子大小的散射光场的值。所以当时的激光粒子系统都使用Fraunhofer衍射理论计算了散射场，这也是原理被称为激光衍射法的原因。这种称呼至今继续使用。但是现在国际上“光散射方法”一词越来越多。

激光粒子大小测量仪基于单色平行光(激光束)束被小球形粒子照亮时产生光斑的现象。牙齿光斑由ZX的亮点和围绕亮点的一系列同心亮环组成。这些光斑称为“爱里斑（Airy disk）”，ZX光斑的尺寸部分使用从亮点ZX到DY个暗环(Z暗点)的距离计算，也称为爱里斑的半径。爱里斑的大小和光强的分布随颗粒尺寸的变化而变化。一个传统是，正如业界所承认的，颗粒越小，爱里斑就越大。因此，我们可以根据爱里斑的光度分布来确定颗粒的尺寸。当然，在实际工作中，数以千计的粒子经常同时在光束中。此时我们测量的散射广场是无数粒子的散射光线叠加的结果。