本實(shí)用新型屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)合低相干干涉測(cè)量和顯微成像技術(shù)的顆粒形態(tài)的光學(xué)檢測(cè)裝置，可用于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)顆粒進(jìn)行測(cè)試，獲取顆粒的形態(tài)信息。

技術(shù)背景

在自然環(huán)境、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造及人類日常生活等方方面面，各種各樣的顆粒無(wú)處不在。這些細(xì)小的分散物質(zhì)，以固體、氣體和液體等狀態(tài)形式存在著，比如像空氣中的塵埃和水滴，海灘上的沙粒，工廠排放的氣體中的煙塵等。對(duì)顆粒的認(rèn)識(shí)和研究逐漸滲透到化工、冶煉、制藥等諸多的領(lǐng)域。顆粒的粒度和粒形與產(chǎn)品的性能和質(zhì)量密切相關(guān)。例如，在涉及燃料燃燒的技術(shù)中，燃料的霧化程度(由燃料顆粒的大小和濃度表征)的好壞，會(huì)直接影響其燃燒的性能；在建筑工程中使用到的混凝土，其凝結(jié)速率和力學(xué)性質(zhì)與所使用的膠凝材料的粒度在很大程度上有關(guān)聯(lián)。因此，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)并獲取顆粒的形態(tài)(包括粒度和粒形)信息，對(duì)與之密切相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域具有重要的意義。

現(xiàn)有的顆粒形態(tài)檢測(cè)裝置主要包括：基于Mie散射原理的激光粒度儀、基于動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的粒度儀和基于光學(xué)顯微成像的圖像粒度儀等。我們知道，當(dāng)光束在傳播過程中碰到顆粒障礙物時(shí)，會(huì)相互作用發(fā)生散射現(xiàn)象。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明：散射光束同入射光束之間的夾角(散射角)與顆粒的粒度有關(guān)，顆粒尺寸越大，散射角度越小。同時(shí)散射光的強(qiáng)度在一定程度上反映了顆粒的密集程度。根據(jù)這樣的規(guī)律，通過測(cè)量散射光強(qiáng)的空間分布，利用Mie散射理論能夠反演計(jì)算出顆粒粒度和分布情況。然而反演計(jì)算中需要知道被測(cè)顆粒相對(duì)于分散介質(zhì)的折射率值。通常對(duì)于分布較復(fù)雜的顆粒樣品，折射率的大小難以準(zhǔn)確獲悉，這給測(cè)量帶來(lái)了困難?；趧?dòng)態(tài)光散射技術(shù)的粒度儀，通過測(cè)量由于顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)引起散射光的光強(qiáng)隨時(shí)間的波動(dòng)變化，并通過相關(guān)方程檢測(cè)最終獲得顆粒的粒度和尺寸分布信息。該儀器可用于對(duì)納米量級(jí)的顆粒粒度的測(cè)量。

基于光學(xué)顯微成像的圖像粒度儀，將經(jīng)過顯微放大后的顆粒圖像，通過圖像采集單元傳輸至計(jì)算機(jī)，并處理得到顆粒的粒度和粒形。然而顯微成像僅能觀察到二維平面的顆粒投影圖像，其深度不能夠被表征，從而無(wú)法獲取顆粒樣品深度方向的粒度和分布信息?？臻g的顆粒在二維投影面上會(huì)發(fā)生重疊，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有圖像粒度儀技術(shù)的不足，提出了一種顆粒形態(tài)的光學(xué)檢測(cè)裝置。

本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

包括一顆粒的分散裝置，用于將單個(gè)顆粒分散到空間中；

包括采用低相干干涉測(cè)量和顯微成像相結(jié)合的成像測(cè)量裝置，用于采集分散到空間中的顆粒圖像；

所述的成像測(cè)量裝置包括低相干干涉測(cè)量裝置和顯微成像裝置，低相干干涉測(cè)量裝置和顯微成像裝置的照明光源采用同一個(gè)。

所述的成像測(cè)量裝置是采用以下的其中一種：

包括低相干光源、干涉儀、顯微裝置和探測(cè)器；

或者包括低相干光源、干涉儀、顯微裝置和光譜儀；

或者包括掃頻寬光譜光源、干涉儀、顯微裝置和探測(cè)器。

本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果和優(yōu)勢(shì)：

本實(shí)用新型能夠用于重構(gòu)出顆粒三維的空間分布，并提取顆粒形態(tài)信息，避免了二維投影圖像中顆粒的重疊。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型裝置的示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的示意圖；

圖中：11-顆粒分散；12-顯微成像；13-低相干干涉測(cè)量；14-三維空間分布重構(gòu)；15-分析與特征提取；21-光源；22-分光束器件；23-第一準(zhǔn)直透鏡；24-平面反射鏡；25-第二準(zhǔn)直透鏡；26-掃描裝置；27-顯微物鏡；28-分散裝置；29-探測(cè)單元；31-寬帶低相干光源；32-光環(huán)形器；33-50:50光纖耦合器；34-參考臂光纖準(zhǔn)直器；35-會(huì)聚透鏡；36-平面反射鏡；37-樣品臂光纖準(zhǔn)直器；38-X-Y正交掃描裝置；39-顯微物鏡；40-樣品分散裝置；41-光纖準(zhǔn)直器；42-衍射光柵；43-傅里葉透鏡；44-高速線陣相機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明，附圖形成本文的一部分。需要注意的是，這些說(shuō)明及示例僅僅為示例性的，不能被理解為限制了本實(shí)用新型的范圍，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本實(shí)用新型權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

為了便于理解本實(shí)用新型的實(shí)施例，將各操作描述成多個(gè)離散的操作，但是，描述的順序不代表實(shí)施操作的順序。

本實(shí)用新型裝置如圖1所示，包括分散裝置28、低相干干涉測(cè)量裝置和顯微成像裝置，顯微成像裝置包括掃描裝置26和顯微物鏡27，低相干干涉測(cè)量裝置是主要由光源21、分光束器件22、第一準(zhǔn)直透鏡23、平面反射鏡24、第二準(zhǔn)直透鏡25和探測(cè)單元29構(gòu)成的干涉儀。

該裝置的低相干干涉測(cè)量的主體結(jié)構(gòu)為一干涉儀，其中在干涉儀的樣品臂中引入了顯微成像裝置，包括掃描裝置26和顯微物鏡27，同時(shí)保證顯微成像的照明光來(lái)自于低相干干涉測(cè)量中所使用的寬光譜光源。光源21的出射光線通過分光束器件22后分成兩束光：一束光進(jìn)入?yún)⒖急?，通過第一準(zhǔn)直透鏡23照射于平面反射鏡24上；另一束光進(jìn)入樣品臂，照射到待測(cè)樣品上，其中利用分散裝置28對(duì)樣品進(jìn)行分散后，樣品置于顯微成像裝置的聚焦位置，光經(jīng)過第二準(zhǔn)直透鏡25、掃描裝置26照射到顯微物鏡27的聚焦位置。兩臂中各自反射回的光發(fā)生干涉后經(jīng)分光器件22由探測(cè)單元29接收，再?gòu)闹刑崛～@得顆粒的三維分布信息。

依據(jù)低相干干涉測(cè)量的不同方式，并結(jié)合不同的顯微成像方式，圖1所示的光學(xué)檢測(cè)顆粒形態(tài)的裝置具體包括：

1)時(shí)間域測(cè)量裝置。光源21采用寬帶低相干光，平面反射鏡24可沿光軸方向移動(dòng)，探測(cè)單元29為點(diǎn)探測(cè)器。顯微成像方式采用逐點(diǎn)掃描或?qū)拡?chǎng)成像方式。通過移動(dòng)平面反射鏡24改變參考臂光程，兩臂的干涉信號(hào)有電探測(cè)器29探測(cè)，實(shí)現(xiàn)深度z方向的低相干干涉探測(cè)。結(jié)合顯微成像裝置中利用逐點(diǎn)掃描或逐條線掃描或?qū)拡?chǎng)成像方式，獲得三維的分散顆?？臻g信息。

2)譜域測(cè)量裝置。光源21采用寬帶低相干光，平面反射鏡24固定不動(dòng)，探測(cè)單元29采用光譜儀。

3)掃頻測(cè)量裝置。光源21采用掃頻光源，平面反射鏡24固定不動(dòng)，探測(cè)單元29采用點(diǎn)探測(cè)器。

本實(shí)用新型的實(shí)施例如下：

圖2示出的是本實(shí)用新型所公開的一個(gè)示例性實(shí)施例。針對(duì)測(cè)量顆粒形態(tài)的一種光學(xué)檢測(cè)裝置，包括寬帶低相干光源31、光環(huán)形器32、50:50光纖耦合器33、參考臂光纖準(zhǔn)直器34、會(huì)聚透鏡35、平面反射鏡36、樣品臂光纖準(zhǔn)直器37、X-Y正交掃描裝置38、物鏡39、樣品分散裝置40、光纖準(zhǔn)直器41、衍射光柵42、傅里葉透鏡43和高速線陣相機(jī)44，其中寬帶低相干光源31采用中心波長(zhǎng)為1300nm、帶寬為100nm的超發(fā)光二極管，物鏡39采用焦距為30mm的消色差透鏡，高速線陣相機(jī)44采用InGaAs 2048像素的線掃相機(jī)；其中本實(shí)用新型裝置的低相干寬帶光源31出射的光線光經(jīng)過光環(huán)行器32后進(jìn)入到50:50光纖耦合器33，光纖耦合器33的出射光被分成兩束：一束光通過光纖連接至參考臂光纖準(zhǔn)直器34，經(jīng)過準(zhǔn)直和聚焦后照射到平面反射鏡36；另一束光通過光纖連接至樣品臂光纖準(zhǔn)直器37，經(jīng)過準(zhǔn)直、掃描和聚焦后照射到被測(cè)樣品上。樣品分散裝置40采用濕法分散原理提供空間分散的顆粒溶液作為待測(cè)樣品。樣品臂中的正交掃描裝置38結(jié)合顯微物鏡39實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)樣品的三維掃描成像；由參考臂中平面反射鏡36反射回的光與樣品臂中被測(cè)樣品后向散射回的光在光纖耦合器33處發(fā)生干涉，干涉信號(hào)光束經(jīng)過光譜儀探測(cè)并被記錄(該部分包括裝置中的器件41～44)。

由此可見，本實(shí)用新型提取出顆粒的形態(tài)信息相比于現(xiàn)有技術(shù)能夠快速地重構(gòu)出顆粒三維的空間分布，避免了二維投影圖像中顆粒的重疊，極大地減小了測(cè)量誤差，具有其突出顯著的技術(shù)效果。