光是一種電磁波，當(dāng)光束前進(jìn)過程中遇到顆粒時，將發(fā)生散射現(xiàn)象，散射光與光束初始傳播方向形成一個夾角θ，散射角的大小與顆粒的粒徑相關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越?。活w粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。這樣，測量不同角度上的散射光的強(qiáng)度，就可以得到樣品的粒度分布了。

 

    激光粒度儀就是利用光的散射原理測量粉顆粒大小的，是一種當(dāng)前粒度測量領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的的粒度儀。其特點是測量的動態(tài)范圍寬、測量速度快、操作方便，尤其適合測量粒度分布范圍寬的粉體和液體霧滴。激光粒度儀作為一種測試性能優(yōu)異和適用領(lǐng)域極廣的粒度測試儀器，已經(jīng)在其它粉體加工與應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

 

    激光粒度儀測量原理圖

 

    備注：本文所提的激光粒度儀是指基于靜態(tài)散射光原理的激光粒度儀，請注意與動態(tài)散射光原理的納米粒度儀區(qū)分開來。

 

    隨著粉體技術(shù)的發(fā)展，對粒度分析儀的性能要求在逐步的提高，特別是粒度儀的量程要求越來越寬。測量下限要求達(dá)到幾百甚至幾十個納米，測量上限要求達(dá)到一千甚至幾千微米。這對新型激光粒度儀設(shè)計者提出了極大的挑戰(zhàn)。

 

    顆粒越細(xì)，散射光的角度越小，微小顆粒的散射光甚至在360度范圍內(nèi)都有分布。為了拓展儀器的測量下限。需要有非常規(guī)的光學(xué)設(shè)計。

 

    無論是何種設(shè)計的激光粒度儀，都存在一個測量窗口，樣品在窗口中充分分散，被激光照射，產(chǎn)生散射光。如上圖所示，傳統(tǒng)測量窗口由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)玻璃存在全反射，總是存在一個散射光探測盲區(qū)。這個盲區(qū)大致分布在75-105度、255-285度區(qū)域內(nèi)（參考圖二）。圖三顆粒越小，分布在360度空間范圍的散射光光強(qiáng)差越小，當(dāng)顆粒小到一定極限，光強(qiáng)差將小得幾乎難以被分辨出來。

 

    這時就到了激光粒度儀的測量下限了。圖三是散射光光強(qiáng)矢量圖。可以看出，當(dāng)顆粒小到一定程度，光強(qiáng)矢量圖無限接近圓形（顆粒無限接近圓心），這時的光強(qiáng)差是難以分辨的。光學(xué)設(shè)計上的障礙和散射光本身的特性決定了常規(guī)激光粒度儀的測量下限一般在0.2微米左右。圖四當(dāng)顆粒較大時，同樣也會遇到技術(shù)困難。

 

    大顆粒的散射角度很小，不容易分辨和測量（參考圖四）。要想有效分辨大顆粒的光強(qiáng)分布?？梢院唵蔚睦L聚焦鏡頭的焦距（例如500甚至1000毫米以上），但是焦距大將導(dǎo)致激光粒度儀的體積大幅增加，且非常不便于小顆粒的大角度散射光探測。同時對鏡頭的加工精度要求也會更高。這個技術(shù)難點使得常規(guī)設(shè)計的激光粒度儀的真實測量上限很難超過1000微米。