激光能见度仪测量原理

6月12日下午，中科院合肥技术转移中心在安徽循环经济技术工程院向省交通厅、省交通投资集团、高速公路总公司、省公路勘察设计院、皖通科技等相关部门领导和专家，专题报告高速公路团雾全天候实时监测预警系统核心装备激光雷达能见度仪。　　随着我国经济的持续增长，高速公路建设得到空前的发展。截止2009年，我国高速公路通车总里程已达到6.03万公里，居世界第二位。然而高速公路上的交通事故也极大地威胁着人民的生命财产安全，影响着社会经济的和谐发展。特别是高速公路上的突发性团雾引起多车连续追尾、群死群伤重特大交通事故，在近几年来尤为突出。　　安徽循环经济技术工程院依托中科院安徽光机所，在多年科研积淀的基础上，瞄准公共安全的重大需求，在国内开发成功的首台激光雷达能见度仪，是为交通行业安全生产和人民群众的安全出行，提供了有效技术支撑的重大突破。该仪器的能见度监控范围可达50米到5000米，可实现每1～10分钟输出一组能见度值 可与高速公路现有的通讯系统实现无线和有线方式互联互通，达到全天候实时监测、预警。具有体积小、精度高、结构紧凑、使用方便，性价比高的特点。　　会上，交通行业与会各位领导和专家对激光雷达能见度仪的技术先进性、应用价值和前景给予了高度评价。省交通厅有关部门负责人指出，激光雷达能见度仪及安全预警系统的研制成功，对我省乃至全国交通行业产生重大影响，希望该仪器能为省交通厅正在联合气象、安检、公安等部门计划筹建的交通安全气象监测预警系统和应急指挥中心作出贡献。他表示，将尽快协调有关单位在安徽省多雾、团雾易发地带的路段进行实地试验运行，为高速公路团雾全天候实时监测预警系统建立和应用，提供经验。　　省科技厅任鸣副厅长指出，一项科技成果是否具有生命力取决于市场的需求和社会的需求。激光雷达能见度仪正是满足了高速公路安全预警系统的重大需求，具有非常的应用前景。希望安徽循环经济技术工程院加强与交通行业有关部门的配合，做好产业化的前期工作，并紧紧抓住合肥公共安全产业发展的良好机遇，强力推进该项高科技成果的产业化，省科技厅将与交通厅共同推进这项具有自主知识产权和全省自主创新特色的好项目，为道路交通安全提供有力科技支撑。　　(安徽省科技厅)

能见度检测设备-一款交通大气中皆可使用的能见度传感器#2022已更新【品牌型号：天合环境TH-N50】短时强降雨会造成多种安全隐患，特别是会大大降低能见度，造成交通问题。强降雨前会使得路面湿润，导致汽车的轮胎与地面的摩擦减小，尤其是冰雪天，加剧交通隐患。【设备名称】：大气能见度测量仪【能见度定义】：大气能见度定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大地面水平距离。【功能介绍】：大气能见度测量仪发射端通过红外led光源发射红外光，红外光源透过一定体积的空气，由空气中的气体分子，气溶胶粒子、雾滴等引起红外光源散射，能见度测量仪接收端通过接收红外光源散射光的强度来确定能见距离，同时仪器可对能见度连续测量输出。【检测原理】：35°前向散射原理，测量更准确。【整体外观】：整体环抱式一体化设计使内部电缆的布局更趋合理。【测量元件】：光学部件镜头，红外led光源。【硬件防护设计】：①、采用了光学部件镜头朝下并带有防护罩，有效防止降水、飞沫或尘埃进入镜头，减少探头表面的污染，这种设计提供了精确的测量结果并减少了维护的需要。②、探头的防护罩为铝合金材料，表面涂有防腐蚀的玻璃纤维涂层。③、能见度仪的过电压和电磁保护装置能保证传感器的长时间安全运行。④、红外LED光源，增加滤光设计、抗光源干扰。⑤、低功耗，内部电路抗干扰设计。⑥、仪器的直流供电电路具有防反接和自恢复保险双重设计。【设备清单】：大气能见度测量仪1台+2个抱箍。【安装注意事项】：①、将能见度传感器安装到距离地面大约2米的地方。②、保证能见度下方不要有别的物体，干扰测试。③、理想安装场地应距大型建筑物或其它会产生热量及妨碍降雨的设施至少100米，而且也要避免树荫的影响。④、场地应无干扰光学测量的障碍物、反射面和明显的污染源。⑤、选择合适地点安装设备，设备提供安装抱箍，利用抱箍将设备安装到75mm立杆上，为避免光源干扰，发射端务必在南侧。【供电方式】：10-30vdc宽压供电。【测量范围】：默认0-500000m。【测量误差】：≤1KM±2%；±10%1KM。【分辨率】：1m【更新间隔】：20s【平均无.故障时间】：（MTBF）大于18000小时【工作环境温度】：-40~60℃【工作相对湿度】：不大于95%（30℃）【重量】：小于10kg【功耗】：0.5w【红外光波长】：870nm【信号输出方式】：RS485，标准modbus-rtu协议【可测能见度数据种类】：①、实时能见度数值②、能见度10min平均值③、能见度1min平均值【光学镜头洁净等级】：可实时读取红外光发射端、接收端的镜头洁净度，清洁度等级1-5，5代表清洁度最高，当清洁度小于3时需要现场清理光学镜头。【能见度常识】：1.能见度20-30公里能见度极.好视野清晰2.能见度15-25公里能见度好视野较清晰3.能见度10-20公里能见度一般4.能见度5-15公里能见度较差视野不清晰5.能见度1-10公里轻雾能见度差视野不清晰6.能见度0.3-1公里大雾能见度很差7.能见度小于0.3公里重雾能见度极差8.能见度小于0.1公里浓雾能见度极差

近日，中科院合肥物质研究院、安徽省大气探测技术保障中心及安徽蓝盾光电子共同承担的“大气能见度测量关键技术与仪器产业化”项目获得气象科学技术成果奖一等奖。安徽蓝盾光电子股份有限公司是国内领先的气象探测装备供应商，先后开发了大气能见度仪、大气气溶胶监测仪、云高仪、天气现象仪等，其中能见度仪用于安徽省高速公路能见度观测网络建设。2014年独家中标中国气象局全国大气气溶胶监测网络建设。公司研发的交通气象观测系统含DNQ2型前向散射能见度仪、风速风向传感器、路面传感器、温湿度传感器、雨量筒、供电单元、通讯单元、防雷接地单元等。对于自然环境恶劣、地质条件复杂的路段可以有效的预警雨、雪、雾等恶劣天气现象，确保道路安全畅通。目前，该系列仪器已经在气象部门累积销售500余套，取得了良好的经济和社会效益。多年的研究基础使公司在环境、气象领域的产品开发、技术应用上都处于国内先进水平。通过多次的大型外场试验的锻炼，培养出一支以中青年技术骨干为主的高效科研队伍，有能力承担恶劣环境下云能天空间立体气象观测仪的研制开发、外场试验、数据处理分析等复杂综合任务。

越来越多的雾霾天，真让南京的天空越来越暗，城市视野也越来越模糊。　　雾霾对出行及公众的身体健康都是极大的损害，雾霾来临时，我们如何监测?雾霾来临前，能不能提前预警?　　南京信息工程大学大气物理学院的本科生王成芳近期研发出了雾霾天气的智能探测仪，它不仅能准确&ldquo 读&rdquo 出雾霾天南京人的&ldquo 视力&rdquo 情况，而且还能够分辨出一场雾霾天来临时，能见度的极速下降，究竟有多少是雾粒子在起作用，有多少是霾粒子在起作用。这为大范围实时监测雾霾天气提供了可行性。　　雾霾监测预报有难度　　在气象预报领域，雾霾提前预报一直是个难点，气象专家介绍说，雾霾在气象学上区别很大，虽然它们都会造成低能见度的状态，但是实际上除了湿度条件以外，雾霾的构成是非常复杂的，比如，由于气溶胶污染物浓度较高会造成霾，而它的成分是非常复杂的，在我们头顶的天空中，气溶胶的主要化学成分包括有机物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑炭、重金属，还有一些其他元素。同时，数值预报需要考虑的条件和因素也很多，包括能见度等的监测、预报难度比较大。　　南京信息工程大学的专家告诉记者，其实能见度监测仪的研究也是近些年才开始应用的，以前在中国雾霾的能见度监测，其实靠的都不是仪器，靠的都是气象预报员的双眼和经验，他们一般来说都把气象台远处的一些标志性的建筑或山体作为标的物，靠雾霾天气中能看到远处的什么景象来大致&ldquo 估摸&rdquo 出能见度的情况，因此还是存在一些人工误差的，而且也没有办法大范围、全覆盖地探测一个区域的能见度。　　两只红外眼睛测出能见度　　经过几年的研制，王成芳自主研发能见度探测仪成功。记者看到，能见度探仪器有一只相对而视的&ldquo 眼睛&rdquo ，王成芳告诉记者，这两只眼睛都安装有&ldquo 红外线&rdquo 装置，它们共同捕捉两个红外线&ldquo 眼睛&rdquo 之间的团空气，然后利用红外装置&ldquo 透视&rdquo 其中的污染物粒子的粒径大小，成分，而对于空气中的污染物粒子的消光系数进行精确测量，从而能够精确推算出我们肉眼能够看到的精确的能见度。　　王成芳说，这个能见度探测仪的一个好处是，不仅能够取代人眼直接探测灰暗的天空究竟能看多远，更重要的是，它能够分清南京模模糊糊的天空究竟是由什么样的颗粒物在起决定性作用。　　记者了解到，目前研发出来的能见度实时监控装备，在终端可以实时显示能见度信息与能见度-时间曲线，这将为气象专家提供清晰具体的预报信息。

由环境保护部环境监测司、中国环境监测总站组织的2016年度“国家环境空气背景站监测技术培训班”培训活动于7月5日在环境保护部北京会议培训基地拉开帷幕。 来自环保部各地方背景监测站的40余名代表前来参会。培训活动以“做好国家环境空气背景站及农村站运行维护工作，提高国家环境空气监测技术水平”为宗旨，代表们紧紧围绕该宗旨，与大家分享背景站监测技术及数据分析实践经验，并就议题进行深刻讨论。理论讲解 会间，来自湖北省环境监测中心的田站长就黑碳在背景站监测中对于源解析的意义及背景站黑碳监测的必要性与大家进行了分享和交流。北京赛克玛环保仪器有限公司作为环保部15个国家背景站黑碳仪及能见度传感器的供应商，就黑碳仪和能见度传感器在背景站的应用情况进行“黑碳仪及能见度传感器的日常维护及常见故障分析”专题报告，我公司工程师针对黑碳仪及能见度传感器的维护、常见故障排查及解决进行了深入浅出的讲解，并现场演示仪器设备的基本操作、常见故障的解决和数据的初步应用，受到参会代表的一致肯定与好评。现场演示[黑碳仪相关介绍] 黑碳作为生物质、化石燃料等含碳物质的不完全燃烧的产物，对光有强烈的吸收作用。黑碳的辐射强迫作用已经被世界公认，黑碳对环境及气候的研究已经成为国内外科研的热点。目前全球各国多有开展对黑碳进行长期监测的项目和计划，用以掌握黑碳的各地区背景值和时空变化规律及特征。黑碳在中国国家背景站、区域站、城市站点的观测十分重要，可为评估中国各地黑碳的基准值、排放量、传输、演变等提供长时序、高分辨率的数据。 北京大学环境学院胡敏教授课题组于2016年4月份在PNAS上发表的文章，识别出了黑碳在大气中发生性质演变的两个阶段，揭示了这两个阶段黑碳吸光能力的变化特征，美国著名大气化学家、美国国家科学院院士Veerabhadran Ramanathan高度评价此成果“弥合了对黑碳气候效应观测和模型模拟研究之间的2-3倍的鸿沟”“使科学界对黑碳气候效应的认识更加趋于一致”。另外，赵玉成、曹军骥等分别利用黑碳仪在青海瓦里关、青藏高原东南部进行长时间序列观测，分别就其年际变化以及对全球季风气候变化的影响进行深入讨论分析。2000 年以来瓦里关本底站黑碳浓度年际变化[赵玉成, 等. 瓦里关全球大气本底监测事实. 青海环境. 1999-2011]1955 年以来青藏高原东南部冰芯黑碳在非季风季节、季风季节及年平均的含量变化[曹军骥, 等. 黑碳在全球气候及环境系统中的作用及其在相关研究中的意义, 地球科学与环境学报, 2011] 北京赛克玛环保仪器有限公司目前已被美国Magee Scientific授权在国内生产AethalometerTM黑碳仪，该黑碳仪可实现黑碳浓度的实时监测，并根据七波段监测数据，进行源解析工作，为相关部门掌握黑碳的污染情况、来源分析及制定相关的减排措施提供可靠的技术支持。 目前在国内近300余台黑碳仪已经被气象、海洋、疾控、环保监测部门及高校与科研单位广泛应用于大气气溶胶黑碳监测、大气辐射传输的监测、气溶胶粒径分布监测、紫外吸收的芳香族化合物监测、含碳物质的燃烧排放监测、汽车尾气排放监测及疾病的传播与控制等领域，并取得丰硕的科研成果。黑碳仪国内应用情况 我公司已与美国Magee Scientific公司联合建成国内唯一的黑碳溯源标准实验室，整个标准溯源系统可追溯到NIST标准，用户可将黑碳仪定期返回我公司进行仪器溯源，以保证监测数据的可追溯性，该系统可为黑碳数据的质量控制提供保障，填补国内在黑碳标准溯源领域的空白。黑碳仪溯源标准实验室[能见度传感器相关介绍] Belfort仪器公司是设计和生产先进环境测量仪器的领先者。上世纪90年代Belfort致力于研究自动地表天气观察系统。当美国气象中心提出要将例行地表气象观察自动化的时候，Belfort参与了这个挑战，并且在设计和认证功能强大的自动地表观察系统的三个传感器过程中独占鳌头。Belfort公司生产的能见度传感器在中国已广泛应用于气象、交通、环保监测等领域，国内应用现已超过700台，并在众多国家重大项目中出色完成能见度状况观测任务。能见度传感器国内应用情况 广东省自2003年以来，开始利用Belfort能见度传感器建设覆盖全省范围的能见度观测网络，目前已有超过300台用于全省灰霾天气状况观测，及气象条件观测。Belfort能见度传感器优良的品质及可靠的数据在广东省气象、天气状况预报及分析中发挥着重要作用。能见度传感器在中国

图说：国家气象计量站能见度计量检测实验室（上海） 新民晚报记者 陶磊 摄 下同延安西路上车辆总是川流不息，人行道上行人步履匆匆，繁华都市的快节奏展现得淋漓尽致。然而，坐落在延安西路上的中国气象局上海气象装备保障中心国家气象计量站能见度计量检测实验室（上海），却是一方别样的宁静天地。这里没有外界的嘈杂，只有专注与探索。作为上海最会“腾云驾雾”的实验室，同时也是我国首个、最大的能见度仪检测与标校业务实验室，它就似犀利的 “眼睛”，精准校验着遍布全国高速公路、高楼大厦等城市各个角落的大气能见度仪器，为气象现代化和城市安全默默奉献着。7分钟内超声波起雾一个长20米、宽3.5米、高3米的能见度环境模拟方舱是实验室的主体，静静伫立在装备中心办公楼一楼的玻璃隔间内。尽管这个银灰色的长方体“大家伙”看上去其貌不扬，却由5000多个零件、10节舱体组成，里面设有包括透射式能见度仪和标准前向散射式能见度仪等在内的40多组光学电控设备。“这是目前国内最大的能见度模拟舱，在国际上也不多见。”检验与测试科科长隋一勇说，“能见度是浓雾、霾等天气判断的主要气象要素。以前，国内外对于能见度仪器的检测大多放在户外，但是，这就得靠天吃饭，要偶遇能见度500米以下的天气更是难上加难。再加上受到刮风、下雨、灰尘等很多不可控因素影响，检验效率并不高。”因此，2014年，中国气象局上海气象装备保障中心就开始探索建设我国首家能见度计量检测实验室，光是图纸就设计了500多份。整个实验室的建造花费了2年的时间，2016年开始投入试运行。图说：7分钟左右，实验舱就能人工模拟出10米以下的能见度环境和往常一样，今天上午10时，隋一勇又按下了实验舱外操控台上的红色起雾按钮，为舱内7台设备打造一个“腾云驾雾”的环境。方舱内，超声波起雾装置开始发出轻微的嘶嘶声。透过舱门上直径约莫30厘米的玻璃窗可以看到，细密的水雾开始缓缓出现，如同薄纱般在空气中轻轻飘荡。随后，它们慢慢聚集在一起，方舱内的景象也渐渐变得朦胧起来，仿若被云雾笼罩的仙境一般。不到7分钟，方舱内就被浓雾填满，看不清里面原本的模样。“舱体内，顶部设有正压静压舱，底部设有负压静压舱。上下静压舱内均设有多气口分布式管路结构，检测每个气口附近的空气流速和气压变化，调节电控阀门使测量数据保持在一定范围，提高喷雾和回风的均匀性。尤其是喷雾时，水颗粒物先输送至正压舱，待充分扩散后再均匀沉降至仪器测量区域。”隋一勇说，如今，在实验舱里，7分钟左右就能人工模拟出10米以下的能见度环境，关闭造雾功能30分钟左右，舱内可以营造出均匀稳定的高浓度水雾环境，开启舱内净化功能后，在5分钟内能见度又能迅速上升到10公里以上。检测工作犹如精密手术 在方舱内进行检测工作，就如同一场精密的手术，综合运用科学方法及专业技术对气象业务使用的透射式能见度仪、前向散射式能见度仪进行检测校准。“其实，整个检测工作并不算复杂，调整方舱内参数，安装、调试待检仪器，最后，处理分析数据并给出检测报告。”然而，校验能见度仪器，实际上要和光打交道，很容易受到外部环境细微变化的影响，不仅舱体里的温度、湿度需要精确控制，外界的光线和噪音也会带来干扰，让检验“卡壳”，因此，看似简单、重复的检验工作，全仰仗王华和同事们这几年来小心翼翼、一丝不苟地积累。图说：对前向散射式能见度仪校准板开展检测工作目前，实验舱内能一次性同时检测8到10台仪器。为了让每台仪器不受到干扰，每个检测台附近都摆放了一个涂有吸光材料的黑色锥筒。“能见度仪器的工作原理，就是测量大气中的消光系数或散射光的强度来确定能见距离。锥筒的作用就是吸收散射出来的光，以此确保各个仪器之间不受相互光的干扰。”90后的王华是实验舱的“掌舵人”之一。毕业于计量专业的她是装备中心这几年引进的专业人才。 图说：王华在用微光夜视仪调整设备光路在造雾之前，王华就在忙着仔细调整仪器和锥筒位置，每次不超过1度的调整全凭经验。她的眼神专注而锐利。随后，她又熟练地连接线路，调整参数，让仪器在云雾中准确地工作。实验室里安静极了，只有仪器发出的轻微声响，和他们偶尔的低语声。整个检测过程中，王华们需要时刻保持高度的专注和耐心。他们不仅要关注仪器上的数据变化，还要注意环境因素对检测结果的影响。有时候，他们需要在狭小的空间里操作复杂的设备，就像在迷宫中寻找出口一样。他们的动作必须精准无误，否则就可能导致检测结果的误差。“能见度仪器的标准校准，就像摸着石头过河，是一个从0到1的过程。一开始，你不知道锥筒该调成什么角度，也吃不准为什么后台数据传输不稳定。”在一次检测中，王华发现一台能见度仪的读数异常不稳定，她不断调整锥筒的角度，竟然在小小的实验室里走出了六七千的步数，终于在不断的精调过程中使仪器的读数恢复了正常。未来建立计量检定国家标准我国是世界上自然灾害发生最多的国家之一。进入21世纪以来，雾霾等天气发生的频率和严重程度有增加的趋势，对人们的生活、生产影响越来越大。秋冬季的高速公路等区域容易出现的团雾，也是一种带来极大安全隐患的低能见度天气。能见度，是反映大气透明度的一个指标，更是对航空、航海、陆上交通以及军事活动等都有重要影响的气象要素。透射式能见度仪、前向散射式能见度仪等测量大气能见度的自动化测量仪器的使用，正不断提高了气象观测自动化水平，使能见度观测更为客观、定量和规范，更好地满足预报、服务和科学研究的需要，在气象防灾减灾中发挥巨大作用。隋一勇说：“近年来，我国所有的国家级气象观测站、环境气象站、交通气象观测站都已经配备了前向散射式能见度仪。”本以为容易起雾霾的秋冬季是实验室的旺季，没想到，为了让城市更“能见”，现在实验室一年到头都没有闲暇时光。记者在实验室看到，实验室地上整齐地摆放着20套刚检测完毕的来自全国气象部门的能见度校准片，舱外的工作台上还放置着待检的五六台仪器。“能见度实验室，虽然不直接参与气象站、交通站等站点观测，但是，承担了全国气象部门的能见度校准版检测，前向散射式能见度仪检测获得了CNAS（中国合格评定国家认可委员会）认可，为企业开展相关产品测试，还要与高校开展联合试验。”隋一勇说，以前，能见度仪并没有一个统一的行业标准，不同的设备观测数据存在不小的误差，曾送到实验室标校的两个产品的能见度测量结果居然差了1倍。因此，实验室把所做的检测和校验摸索总结出了一套成果，主持编制了一套《前向散射式能见度仪》的气象行业标准，并于2024年4月1日正式实施。“目前，实验室对1.5公里以下的能见度校准相对误差控制在10%以内，1.5公里到10公里的能见度校准相对误差为20%以内。如果送检的设备先进，相对误差可以缩小到5%以内。”但是，隋一勇说，实验室仍在不断探索的“成长期”，“未来，实验室将在现有能力基础上，加大对能见度量值源体系的研究，争取建立我国能见度计量检定标准，实现能见度量值传递的准确、统一。”

3月18日，江苏省能见度监测网通过了专家组验收。据悉，江苏能见度监测网项目于2010年7月30日进行项目投标工作，10月28日进行产品安装，11月28日完成全省71套能见度安装任务。能见度检测仪器装配在各市县气象局场站内。其中有西连岛、大丰、邳州、吕泗、南京和泗洪等六个站装配50千米能见度仪，其他站和金坛基地等65个站装配30千米能见度仪，形成了一套完整的监测系统。

1. 什么是光散射现象？光线通过不均一环境时，发生的部分光线改变了传播方向的现象被称作光散射，这部分改变了传播方向的光称作散射光。宏观上，从阳光被大气中空气分子和液滴散射而来的蓝天和红霞到被水分子散射的蔚蓝色海洋，光散射现象本质都是光与物质的相互作用。2. 颗粒与光的相互作用微观上，当一束光照在颗粒上，除部分光发生了散射，还有部分发生了反射、折射和吸收，对于少数特别的物质还可能产生荧光、磷光等。当入射光为具有相干性的单色光时，这些散射光相干后形成了特定的衍射图样，米氏散射理论是对此现象的科学表述。如果颗粒是球形，在入射光垂直的平面上观察到称为艾里斑的衍射图样。颗粒散射激光形成艾里斑3. 激光粒度仪原理-光散射的空间分布探测分析艾里斑与光能分布曲线当我们观察不同尺寸的颗粒形成的艾里斑时，会发现颗粒的尺寸大小与中间的明亮区域大小一般成反相关。现代的激光粒度仪设计中，通过在垂直入射光的平面距中心点不同角度处依次放置光电检测器进行粒子在空间中的光能分布进行探测，将采集到的光能通过相关米氏散射理论反演计算，就可以得出待分析颗粒的尺寸了。这种以空间角度光能分布的测量分析样品颗粒分散粒径的仪器即是静态光散射激光粒度仪，由于测试范围宽、测试简便、数据重现性好等优点，该方法仪器使用最广泛，通常被简称为激光粒度仪。根据激光波长（可见光激光波长在几百纳米）和颗粒尺寸的关系有以下三种情况：a) 当颗粒尺寸远大于激光波长时，艾里斑中心尺寸与颗粒尺寸的关系符合米氏散射理论在此种情况下的近似解，即夫琅和费衍射理论，老式激光粒度仪亦可以通过夫琅和费衍射理论快速准确地计算粒径分布。b) 当颗粒尺寸与激光波长接近时，颗粒的折射、透射和反射光线会较明显地与散射光线叠加，可能表现出艾里斑的反常规变化，此时的散射光能分布符合考虑到这些影响的米氏散射理论规则。通过准确的设定被检测颗粒的折射率和吸收率参数，由米氏散射理论对空间光能分布进行反演计算即可得出准确的粒径分布。c) 当颗粒尺寸远小于激光波长时，颗粒散射光在空间中的分布呈接近均匀的状态（称作瑞利散射），且随粒径变化不明显，使得传统的空间角度分布测量的激光粒度仪不再适用。总的来说，激光粒度仪一般最适于亚微米至毫米级颗粒的分析。静态光散射原理Topsizer Plus激光粒度分析仪Topsizer Plus激光粒度仪的测试范围达0.01-3600μm，根据所搭配附件的不同，既可测量在液体中分散的样品，也可测量须在气体中分散的粉体材料。4. 纳米粒度仪原理-光散射的时域涨落探测（动态光散射）分析 对于小于激光波长的悬浮体系纳米颗粒的测量，一般通过对一定区域中测量纳米颗粒的不定向地布朗运动速率来表征，动态光散射技术被用于此时的布朗运动速率评价，即通过散射光能涨落快慢的测量来计算。颗粒越小，颗粒在介质中的布朗运动速率越快，仪器监测的小区域中颗粒散射光光强的涨落变化也越快。然而，当颗粒大至微米极后，颗粒的布朗运动速率显著降低，同时重力导致的颗粒沉降和容器中介质的紊流导致的颗粒对流运动等均变得无法忽视，限制了该粒径测试方法的上限。基于以上原因，动态光散射的纳米粒度仪适宜测试零点几个纳米至几个微米的颗粒。5.Zeta电位仪原理-电泳中颗粒光散射的相位探测分析纳米颗粒大多有较活泼的电化学特性，纳米颗粒在介质中滑动平面所带的电位被称为Zeta电位。当在样品上加载电场后，带电颗粒被驱动做定向地电泳运动，运动速度与其Zeta电位的高低和正负有关。与测量布朗运动类似，纳米粒度仪可以测量电场中带电颗粒的电泳运动速度表征颗粒的带电特性。通常Zeta电位的绝对值越高，体系内颗粒互相排斥，更倾向与稳定的分散。由于大颗粒带电更多，电泳光散射方法适合测量2nm-100um范围内的颗粒Zeta电位。NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪在一个紧凑型装置仪器中集成了三种技术进行液相环境颗粒表征，包括：利用动态光散射测量纳米粒径，利用电泳光散射测量Zeta电位，利用静态光散射测量分子量。6. 如何根据应用需求选择合适的仪器为了区分两种光散射粒度仪，激光粒度仪有时候又被称作静态光散射粒度仪，而纳米粒度仪有时候也被称作动态光散射粒度仪。需要说明的是，由于这两类粒度仪测量的是颗粒的散射光，而非对颗粒成像。如果多个颗粒互相沾粘在一起通过检测区间时，会被当作一个更大的颗粒看待。因此这两种光散射粒度仪分析结果都反映的是颗粒的分散粒径，即当颗粒不完全分散于水、有机介质或空气中而形成团聚、粘连、絮凝体时，它们测量的结果是不完全分散的聚集颗粒的粒径。综上所述，在选购粒度分析仪时，基于测量的原理宜根据以下要点进行取舍：a) 样品的整体颗粒尺寸。根据具体质量分析需要选择对所测量尺寸变化更灵敏的技术。通常情况下，激光粒度仪适宜亚微米到几个毫米范围内的粒径分析；纳米粒度仪适宜全纳米亚微米尺寸的粒径分析，这两种技术测试能力在亚微米附近有所重叠。颗粒的尺寸动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试胶体金颗粒直径，Z-average 34.15nmb) 样品的颗粒离散程度。一般情况下两种仪器对于单分散和窄分布的颗粒粒径测试都是可以轻易满足的。对于颗粒分布较宽，即离散度高/颗粒中大小尺寸粒子差异较大的样品，可以根据质量评价的需求选择合适的仪器，例如要对纳米钙的分散性能进行评价，关注其微米级团聚颗粒的含量与纳米颗粒的含量比例，有些工艺不良的情况下团聚的颗粒可能达到十微米的量级，激光粒度仪对这部分尺寸和含量的评价真实性更高一些。如果需要对纳米钙的沉淀工艺进行优化，则需要关注的是未团聚前的一般为几十纳米的原生颗粒，可以通过将团聚大颗粒过滤或离心沉淀后，用纳米粒度仪测试，结果可能具有更好的指导性，当然条件允许的情况下也可以选用沉淀浆料直接测量分析。有些时候样品中有少量几微米的大颗粒，如果只是定性判断，纳米粒度仪对这部分颗粒产生的光能更敏感，如果需要定量分析，则激光粒度仪的真实性更高。对于跨越纳米和微米的样品，我们经常需要合适的进行样品前处理，根据质量目标选用最佳质控性能的仪器。颗粒的离散程度静态光散射法Topsizer激光粒度仪测试两个不同配方工艺的疫苗制剂动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试疫苗制剂直径激光粒度仪测试结果和下图和纳米粒度仪的结果是来自同一个样品，从分布图和数据重现程度上看，1um以下，纳米粒度仪分辨能力优于激光粒度仪；1um以上颗粒的量的测试，激光粒度仪测试重现性优于纳米粒度仪；同时对于这样的少量较大颗粒，动态光散射纳米粒度仪在技术上更敏感（测试的光能数据百分比更高）。在此案例的测试仪器选择时，最好根据质控目标来进行，例如需要控制制剂中大颗粒含量批次之间的一致性可以选用激光粒度仪；如果是控制制剂纳米颗粒的尺寸，或要优化工艺避免微米极颗粒的存在，则选用动态光散射纳米粒度仪更适合。c) 测试样品的状态。激光粒度仪适合粉末、乳液、浆料、雾滴、气溶胶等多种颗粒的测试，纳米粒度仪适宜胶体、乳液、蛋白/核酸/聚合物大分子等液相样品的测试。通常激光粒度仪在样品浓度较低的状态下测试，对于颗粒物含量较高的样品及粉末，需要在测试介质中稀释并分散后测试。对于在低浓度下容易团聚或凝集的样品，通常使用内置或外置超声辅助将颗粒分散，分散剂和稳定剂的使用往往能帮助我们更好的分离松散团聚的颗粒并避免颗粒再次团聚。纳米粒度仪允许的样品浓度范围相对比较广，多数样品皆可在原生状态下测试。对于稀释可能产生不稳定的样品，如果测试尺寸在两者都许可的范围内，优先推荐使用纳米粒度仪，通常他的测试许可浓度范围更广得多。如果颗粒测试不稳定，通常需要根据颗粒在介质体系的状况，例如是否微溶，是否亲和，静电力相互作用等，进行测试方法的开发，例如，通过在介质中加入一定的助剂/分散剂/稳定剂或改变介质的类别或采用饱和溶液加样法等，使得颗粒不易发生聚集且保持稳定，大多数情况下也是可以准确评价样品粒径信息的。当然，在对颗粒进行分散的同时，宜根据质量分析的目的进行恰当的分散，过度的分散有时候可能会得到更小的直径或更好重现性的数据，但不一定能很好地指导产品质量。例如对脂质体的样品，超声可能破坏颗粒结构，使得粒径测试结果失去质控意义。d) 制剂稳定性相关的表征。颗粒制剂的稳定性与颗粒的尺寸、表面电位、空间位阻、介质体系等有关。一般来说，颗粒分散粒径越细越不容易沉降，因此颗粒间的相互作用和团聚特性是对制剂稳定性考察的重要一环。当颗粒体系不稳定时，则需要选用颗粒聚集/分散状态粒径测量相适宜的仪器。此外，选用带电位测量的纳米粒度仪可以分析从几个纳米到100um的颗粒的表面Zeta电位，是评估颗粒体系的稳定性及优化制剂配方、pH值等工艺条件的有力工具。颗粒的分散状态e) 颗粒的综合表征。颗粒的理化性质与多种因素有关，任何表征方法都是对颗粒的某一方面的特性进行的测试分析，要准确且更系统地把控颗粒产品的应用质量，可以将多种分析方法的结果进行综合分析，也可以辅助解答某一方法在测试中出现的一些不确定疑问。例如结合图像仪了解激光粒度仪测试时样品分散是否充分，结合粒径、电位、第二维利系数等的分析综合判断蛋白制剂不稳定的可能原因等。

经过近两年的努力，中科院上海光学精密机械所高功率激光物理联合实验室测量课题组成功完成了大口径方形能量计的研制任务。　　目前，高功率激光装置采用多程放大和方型光束方案来提高泵浦光能量的利用率已成为一种发展趋势。研制中的神光Ⅱ升级装置也采用了此种技术方案，升级后装置的光束口径为310mm×310mm，现有最大口径能量计Φ400mm也无法满足测量需求。而从国外购买的大口径能量计价格高，标定校准难。为满足升级后的神光Ⅱ装置和未来的神光Ⅲ主机对激光能量测量的需求，在863高技术的支持下联合实验室的测量课题组承担了能量计的研制任务。　　研制完成的大口径方形能量计测量口径达420×420mm，适用基频、二倍频、三倍频三个波段，灵敏度大于50μv/J，面均匀性优于±1.8%，在稳定性、信噪比、面响应均匀性这三个激光能量计的主要技术指标都做到了较高的实用水平。大口径方形能量计于近日获得了中国计量科学研究院授权的校准证书，将用于神光Ⅱ升级项目中激光能量的测量。　　这是课题组继成功研制口径为Φ20mm、Φ50mm、Φ100mm、Φ300mm、Φ400mm的能量计之后，又一次出色完成了大口径方形能量计的研制。在此次的研制任务中，课题组不仅形成了一套方形、大口径激光能量计设计方法和制作工艺，而且大大丰富了实际的研制经验，为今后研制更大口径的能量计打下了坚实的基础。

7月2日消息，经过近两年的努力，高功率激光物理联合实验室测量课题组成功完成大口径方形能量计的研制任务。　　目前，高功率激光装置采用多程放大和方型光束方案来提高泵浦光能量的利用率已成为一种发展趋势。研制中的神光Ⅱ升级装置也采用了此种技术方案，升级后装置的光束口径为310mm×310mm，现有最大口径能量计Φ400mm也无法满足测量需求。而从国外购买的大口径能量计价格高，标定校准难。为满足升级后的神光Ⅱ装置和未来的神光Ⅲ主机对激光能量测量的需求，在863高技术的支持下联合实验室的测量课题组承担了能量计的研制任务。　　研制完成的大口径方形能量计测量口径达420×420 mm，适用基频、二倍频、三倍频三个波段，灵敏度大于50μv/J，面均匀性优于±1.8%，在稳定性、信噪比、面响应均匀性这三个激光能量计的主要技术指标都做到了较高的实用水平。大口径方形能量计于近日获得了中国计量科学研究院授权的校准证书，将用于神光Ⅱ升级项目中激光能量的测量。　　这是课题组继成功研制口径为Φ20mm、Φ50mm、Φ100mm、Φ300mm、Φ400mm的能量计之后，又一次出色完成了大口径方形能量计的研制。在此次的研制任务中，课题组不仅形成了一套方形、大口径激光能量计设计方法和制作工艺，而且大大丰富了实际的研制经验，为今后研制更大口径的能量计打下了坚实的基础。

p　　粒度仪是用物理的方法测试固体颗粒的大小和分布的一种仪器。根据测试原理的不同分为沉降式粒度仪、沉降天平、激光粒度仪、光学颗粒计数器、电阻式颗粒计数器、颗粒图像分析仪等。/pp　　激光粒度仪是通过激光散射的方法来测量悬浮液，乳液和粉末样品颗粒分布的多用途仪器。具有测试范围宽、测试速度快、结果准确可靠、重复性好、操作简便等突出特点，是集激光技术、计算机技术、光电子技术于一体的新一代粒度测试仪器。/pp　　strong激光粒度仪的光学结构/strong/pp　　激光粒度仪的光路由发射、接受和测量窗口等三部分组成。发射部分由光源和光束处理器件组成，主要是为仪器提供单色的平行光作为照明光。接收器是仪器光学结构的关键。测量窗口主要是让被测样品在完全分散的悬浮状态下通过测量区，以便仪器获得样品的粒度信息。/pp　　strong激光粒度仪的原理/strong/pp　　激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。/pp　　米氏散射理论表明，当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ，θ角的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小 颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的 大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，测量不同角度上的散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。/pp　　为了测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器，不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时，光信号将被转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件对这些信号进行数字信号处理，就会准确地得到粒度分布了。/pp　　strong激光粒度仪测试对象/strong/pp　　1.各种非金属粉：如重钙、轻钙、滑石粉、高岭土、石墨、硅灰石、水镁石、重晶石、云母粉、膨润土、硅藻土、黏土等。/pp　　2.各种金属粉：如铝粉、锌粉、钼粉、钨粉、镁粉、铜粉以及稀土金属粉、合金粉等。/pp　　3.其它粉体：如催化剂、水泥、磨料、医药、农药、食品、涂料、染料、荧光粉、河流泥沙、陶瓷原料、各种乳浊液。/pp　　strong激光粒度仪的应用领域/strong/pp　　1、高校材料/pp　　2、化工等学院实验室/pp　　3、大型企业实验室/pp　　4、重点实验室/pp　　5、研究机构/pp　　文章来源：仪器论坛（http://bbs.instrument.com.cn/topic/5163115）/ppbr//p

p style="text-indent: 2em "strong编者按：/strong如今激光粒度的应用越来越广泛，技术和市场屡有更迭，潮起潮落，物换星移，该如何全方位掌握激光粒度仪的技术和应用发展，如何更好地让激光粒度仪成为我们科研、检测工作中的好战友呢？仪器信息网有幸邀请在中国颗粒学会前理事长，真理光学首席科学家，从事激光粒度仪的研究和开发工作近30年的张福根博士亲自执笔开设专栏，以渊博而丰厚的系列文章，带读者走进激光粒度仪的今时今日。/pp style="text-indent: 2em text-align: center "strong激光粒度仪应用导论之原理篇/strong/pp style="text-indent: 2em "当前，激光粒度仪在颗粒表征中的应用已经非常广泛。测量对象涵盖三种形态的颗粒体系：固体粉末、悬浮液（包括固液、气液和液液等各类二相流体）以及液体雾滴。应用领域则包含了学术研究机构，技术开发部门和生产监控部门。第一台商品化仪器诞生至今已经50年，作者从事该方向的研究和开发也将近30年。尽管如此，由于被测对象——颗粒体系比较抽象，加上激光粒度仪从原理到技术都比较复杂，且自身还存在一些有待完善的问题，作者在为用户服务的过程中，感觉到对激光粒度仪的科学和技术问题作一个既通俗但又不失专业性的介绍，能够帮助读者更好地了解、选择和使用该产品。本系列文章的定位是通俗性的。但为了让部分希望对该技术有深入了解的读者获得更多、更深的有关知识，作者在本文的适当位置增加了“进阶知识”。只想通俗了解激光粒度仪的读者，可以略过这些内容。/pp style="text-indent: 2em "首先应当声明，这里所讲的激光粒度仪是指基于静态光散射原理的粒度测试设备。当前还有一种也是基于光散射原理的粒度仪，并且也是以激光为照明光源，但是称为动态光散射（Dynamic light scattering，简称DLS）粒度仪。前者是根据不同大小的颗粒产生的散射光的空间分布（认为这一分布不随时间变化）来计算颗粒大小，而后者是在一个固定的散射角上测量散射光随时间的变化规律来分析颗粒大小；前者适用于大约0.1微米以粗至数千微米颗粒的测量，而后者适用于1微米以细至1纳米（千分之一微米）颗粒的测量。激光粒度仪在英文中又称为基于激光衍射方法（Laser diffraction method）的粒度分析技术。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 176, 240) "【进阶知识1】严格地说，把激光粒度仪的原理说成是“衍射方法”是不准确，甚至带有误导性的。从物理上说，光的衍射和散射是有所区别的。“光的衍射”学说源自光的波动性已经被实验所证实，但是还没从理论上认识到光是一种电磁波这一时期，大约是19世纪上半叶。在更早的时候，人们认为光的行进路线是直线，就像一个不受外力作用的粒子作匀速直线运动那样。这一说法历史上被称为“光的粒子说”。后来人们发现光具有波动形。那个时候人们所知道的波只有水波，所以“衍”字是带水的。“光的衍射”描述的是光波在传播过程中遇到障碍物时，会改变原来的传播方向绕到障碍物后面的现象，故衍射又称做“绕射”。描述衍射现象的理论称为衍射理论。衍射理论在远场（即在远离障碍物的位置观察衍射）的近似表达称为“夫朗和费衍射（Fraunhofer diffraction）”。衍射理论不考虑光场与物质（障碍物）之间的相互作用，只是对这一现象的维像描述，所以是一种近似理论。它只适用于障碍物（“颗粒”就是一种障碍物）远大于光的波长（激光粒度仪所用的光源大多是红光，波长范围0.6至0.7微米），并且散射角的测量范围小于5° 的情形。/span/pp style="text-indent: 2em "麦克斯韦（Maxwell）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。严谨的电磁波理论认为，光在行进中遇到障碍物，与之相互作用而改变了原来的行进方向。一般把这种现象称作光的散射。用电磁波理论能够描述任意大小的物体对光的散射，并且散射光的方向也是任意的。不论是早期还是现在，用激光粒度仪测量颗粒大小时，都假设颗粒是圆球形的。如果再假设颗粒是均匀、各向同性的，那么就能用严格的电磁波理论推导出散射光场的严格解析解（称为“米氏（Mie）散射理论”）。/pp style="text-indent: 2em "现在市面上的激光粒度仪绝大多数都采用Mie散射理论作为物理基础，因此把现在的激光粒度仪所用的物理原理说成是衍射方法是不准确的，甚至会被误认为是早期的建立在衍射理论基础上的仪器。/pp style="text-indent: 2em "世界上第一台商品化激光粒度仪是1968年设计出来的。尽管当时Mie理论已经被提出，但是受限于当时计算机的计算能力，还难以用它快速计算各种粒径颗粒的散射光场的数值。所以当时的激光粒度仪都是用Fraunhofer衍射理论计算散射光场，这也是这种原理被说成激光衍射法的缘由。这种称呼一直延用到现在。不过现在国际上用“光散射方法”这个词的已经逐渐多了起来。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/d07b19f0-4c57-4748-9d53-229c65c56d4e.jpg" title="图1：颗粒光散射示意图.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "颗粒光散射示意图/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪是基于这样一种现象：当一束单色的平行光（激光束）照射到一个微小的球形颗粒上时，会产生一个光斑。这个光斑是由一个位于中心的亮斑和围绕亮斑的一系列同心亮环组成的。这样的光斑被称为“爱里斑（Airy disk）”，而中心亮斑的尺寸是用亮斑的中心到第一个暗环（最暗点）的距离计算的，又称为爱里斑的半径。爱里斑的大小和光强度的分布随着颗粒尺寸的变化而变化。一种传统并被业界公认的说法是：颗粒越小，爱里斑越大。因此我们可以根据爱里斑的光强分布确定颗粒的尺寸。当然，在实际操作中，往往有成千上万个颗粒同时处在照明光束中。这时我们测到的散射光场是众多颗粒的散射光相干叠加的结果。/pp style="text-indent: 2em "strong 编者结：/strong明了内功心法，下一步自然会渴望于掌握武功招式。本文深入浅出地介绍激光粒度仪的原理，激光粒度仪的结构自然是读者们亟待汲取的“武功招式”。欲得真经，敬请期待张福根博士系列专栏——激光粒度仪应用导论之结构篇。/pp style="text-indent: 0em text-align: right "（作者：张福根）/p

p style="text-align: left text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体 text-indent: 2em font-size: 16px "激光粒度仪测试报告显示的其他参考性数据大概有以下几类：/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:Symbol"· span style="font-size: 9px font-family: ' Times New Roman' " /span/spanstrongspan style="font-family:宋体"遮光比/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"遮光比是表征颗粒在分散介质中的浓度的指标。浓度太高，会导致散射光被颗粒散射2次以上（称为“复散射”），从而使测量结果失真；浓度太低，则散射信号太弱，信噪比低，测量结果重复性差，有时还会降低粗颗粒的测量灵敏度。一般而言，10%的遮光比是一个有参考意义的数值。当颗粒较粗，比如大于50a name="_Hlk520921096"/aµ m，遮光比可以适当提高；颗粒较细，比如小于1µ m，遮光比应该适当降低/spanspan style="font-family:宋体"。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:Symbol"· span style="font-size: 9px font-family: ' Times New Roman' " /span/spanstrongspan style="font-family:宋体"拟合残差/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体" /spanspan style="font-family:宋体"拟合残差用以表征反演获得的粒度分布所对应的光能分布与实测的光能分布之间的方均根误差。如果颗粒是圆球形、散射光能分布的测量误差为零、反演计算准确无误，那么拟合残差应该为零。但实际上由于测量误差的存在，颗粒形状大多偏离球形，以及反演算法的不完善，拟合残差为0是极少出现的。一个可以参考的数值是1%。大多数情况下拟合残差都小于1%。如果拟合残差显著大于1%，比如达到甚至大于2%，那么就要怀疑测量结果的可靠性了。导致拟合残差过大的原因有以下几种可能：（1）散射光能测量误差过大（一般出现在仪器测量范围的边缘，例如0.05µ m）；（2）颗粒折射率的输入值与实际值严重偏离；（3）反演计算失败。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:DengXian color:#0070C0"【进阶知识5】拟合残余过大时，为了查找原因，可以掉看 “光能拟合曲线”（如果仪器提供了这个功能）。结合激光粒度仪的原理，用户或者仪器供应商的技术支持人员可以分析造成拟合残差过大的原因。具体的分析涉及许多专业知识和经验，在此不展开讨论。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:Symbol"· span style="font-size: 9px font-family: ' Times New Roman' " /span/spanspan style="font-family:DengXian"比表面积/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"比表面积用以表征颗粒样品的表面积大小，其定义是单位重量或单位体积颗粒样品的表面积之和，单位是msup2/sup/g或者msup2/sup/ml。如果颗粒是圆球形的，那么知道了样品的粒度分布，我们就可以计算出样品的比表面积。计算公式如下：/span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "span style="font-size:14px font-family:' Calibri' ,' sans-serif' "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/e3d1f33b-c695-4d0f-b962-2695a2e9b4a9.jpg" title="12.png"//span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"体积比表面积除以颗粒的密度，就得到重量比表面积。可以想象，如果颗粒是非球形的，那么激光粒度仪根据粒度分布给出的比表面积就小于实际的比表面积。所以这个比表面积只有参考意义。/span/pp style="text-indent: 2em " /pp style="text-indent: 2em "strongspan style="font-family:宋体"编者按：/span/strongspan style="font-family:宋体"本文承接激光粒度仪应用导论之报告解读篇，对激光粒度仪测试报告进行了条分缕析，再加上之前的原理篇和结构篇，相信即使是零基础的读者朋友都对激光粒度仪不再陌生。张福根博士系列专栏对激光粒度仪的基本科普也告一段落。在后续的系列文章中，张博士将就主流激光粒度仪的性能特点、前沿技术等内容进行梳理品评，并将给出激光粒度仪选型的建议，敬请期待。/span/pp style="text-align: right "（作者：张福根）/p

p style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"经典的激光粒度仪的光学结构如下图所示。它由激光器、空间滤波器、准直镜、测量池、傅里叶透镜和环形光电探测器这列组成。此外还有数据采集板和计算机。从激光器发出的激光束经过空间滤波器后，变成一束发散但波前纯净的光束，经准直透镜后，变成一束平行光，照射到测量池中的待测颗粒上，被颗粒散射。散射光透过测量池的玻璃，被傅里叶透镜收集起来。在傅里叶透镜的后焦面上，放置了一个环形探测器阵列。探测器阵列由数十个独立的探测单元组成，每个单元都是一个环带，所有环带对应于相同的圆心。环带的平均半径从圆心往外数呈指数式增长，理想情况下环带的有效探测面积与环带的平均半径成正比。环带的共同圆心上开了一个直径约/span100span style="font-family:宋体"微米的通孔（也有做成实心反射面的）。通孔的中心（也是环带的圆心）位于光学系统的光轴上。通孔的后方斜置了一个独立的探测器，通常被称为“零环探测器”或“中心探测器”，而中心外的其他单元从里往外数分别称为/span1span style="font-family:宋体"环、/span2span style="font-family:宋体"环、/span3span style="font-family:宋体"环，/span??span style="font-family:宋体"。未经散射的光被聚焦到中心孔内，穿过探测器阵列平面，照射到零环探测器上。/span/pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/60fa3bb2-9d98-450f-b12b-5e01a5441cfe.jpg" title="图2.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"激光粒度仪工作原理示意图/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"傅里叶透镜把相同散射角的光线聚焦到探测平面相同的半径位置上，因此每个探测单元接收到的散射光代表一个确定的散射角范围内散射光能的总和。未被颗粒散射的光被聚焦到中心探测器上。该探测器根据测量池中放入被测颗粒前后接收到的光信号的相对变化（称为“遮光比或遮光度”），可以判断待测颗粒在测量池中的浓度。颗粒浓度应该控制在适合的范围内，以保证散射信号既有足够高的信噪比，又不会发生复散射（即入射光只被颗粒散射一次）。其他探测单元用来接收散射。散射光被探测器转换成电信号，再经数据采集板放大和/spanA/Dspan style="font-family:宋体"转换，变成数字信号，然后传输给计算机。计算机软件根据散射光能分布计算散射颗粒的粒度分布。这个计算过程是一个求解高阶、病态的线性方程组的过程，行业中通常称为“反演过程”，具体的算法称为“反演算法”。计算机同时还担负整个仪器系统的协调控制任务。/span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "span style="font-family:宋体"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/a2d22faa-0b31-42c2-bba4-f49b51e620e4.jpg" title="微信图片_20180803162750.png"//span/ppbr//pp style="text-indent: 2em "strongspan style="font-size:15px line-height:107% font-family:宋体"编者按：/span/strongspan style="font-size:15px line-height:107% font-family:宋体"本文带我们了解了激光粒度仪的基本结构，与“激光粒度仪应用导论之原理篇”一起，为读者构建了激光粒度仪的理论基础，然而掌握理论不等于善于应用，编者通过走访和论坛冲浪发现，不少激光粒度仪初级用户在解读粒度分析报告时都犯了难。别着急，张福根博士系列专栏——激光粒度仪应用导论之报告解读篇，就将照方抓药，为你答疑解惑。/span/pp style="text-indent: 2em text-align: right "span style="font-size:15px line-height:107% font-family:宋体"（作者：张福根）/span/ppbr//p

p style="text-indent: 2em "在粒度测量的诸多手段中，激光粒度仪无疑占据着统治地位。但在激光粒度仪的实际应用中，人们经常遇到一个令人困惑的现象：同一个样品给不同品牌甚至同一品牌不同型号的激光粒度仪测量时，所得结果有很大差异（指大于合理的允许误差范围）。span style="text-indent: 2em "剔除取样代表性、操作过失等人为因素的影响，作者认为这种差异本质上来自于当前各种激光粒度仪的内在技术缺陷。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "本文首先简述激光粒度仪的工作原理，阐明在理想条件下不同仪器应该能得到相同的测试结果的道理。然后讨论当前具有代表性的几种激光粒度仪的光学系统缺陷，这些缺陷造成承载被测颗粒大小信息的散射光分布信号不能被完全接收，从而导致最终的误差。不同仪器有不同的光学缺陷以及为弥补光学缺陷采取了各自独立的软件修饰方法，导致相互间结果出现差异。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "另外作者所在研究团队发现，对透明颗粒，激光粒度仪得以建立的基本物理规律（颗粒越小，散射角度越大）在有些粒径区间并不成立，我们称之为爱里斑的反常变化（ACAD）现象[1]。如果用通常的（把散射光分布转换成粒度分布）反演算法，该现象会导致反常区域内测量结果的不稳定或明显偏离真实（例如出现不应有的多峰分布）。为了掩饰这种偏差，不同的仪器厂家也用了不同的修饰方法，从而导致相互之间结果的不可比。下文将逐一展开讨论。/span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "strongspan style="font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) "一、激光粒度仪的工作原理/span/strong/h1p style="text-indent: 2em "激光粒度仪所依据的物理原理是：当光束照射到颗粒上时，会偏离原来的传播方向。当颗粒较大，尤其当颗粒具有较强的吸收性时，这种偏离的规律可以用光的衍射理论[2]描述，因此该仪器在诞生时的正式名称是“激光衍射法粒度分析仪”。但是在更一般的情况下，例如颗粒尺寸小于光波长，或者颗粒尺寸与光波长的尺度相近，并且对照明光透明，衍射理论不再适用，这时就需要用严格建立在麦克斯韦电磁波理论基础上的米氏散射理论[3]来描述。近年来国际上越来越多地把这种仪器称为“静态光散射法粒度分析仪”。/pp style="text-indent: 2em "这里强调“静态”，是因为还有一种“动态”光散射粒度仪，又称为“动态光散射纳米粒度仪”。这是两种不同原理、适用于不同粒径范围的粒度分析仪，但都用激光作为光源，且都利用了颗粒的散射光信号。静态光散射粒度仪认为在某个测量点上，散射光的信号不随时间变化（因而是静态的），测量粒度是利用不同散射角上的散射光信号，即散射光的空间分布；而动态光散射粒度仪是在一个固定的散射角上测量散射光随时间的变化。/pp style="text-indent: 2em "在一定条件下，颗粒越大，散射光的分布范围越广，见图1。当颗粒为理想圆球时（粒度测量中，都假设颗粒是理想圆球），散射光斑由中心的亮斑和外围一系列明暗相间的同心圆环组成，这样的光斑称为“爱里斑（Airy Disk）[2]”。中心亮斑包含了衍射光（从一般意义上说，颗粒的散射光可近似看成衍射光和几何散射光的相干叠加，但是几何散射光不包含颗粒大小的信息，换言之，颗粒大小信息只包含在衍射光的分布中）总能量的83.8%[2]，因此通常把中心亮斑的角半径（从光斑中心点到第一个暗环的角距离）作为爱里斑的半径，或作为颗粒对光的散射角，如图1中的。业界普遍认为：颗粒越小，越大。或者说：颗粒大小与爱里斑大小有一一对应关系。span style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/0a92c26f-9514-44bb-81eb-2b9a575840f3.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图1 颗粒对光的散射现象示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪的原理图见图2。从激光器发出的细激光束经过空间滤波和准直，成为一束平行、纯净的扩展光束，然后照射到测量池内。被测颗粒分散悬浮在池内的分散介质（例如，水）中。入射光如果遇到颗粒，就被散射，形成散射光；没有遇到颗粒的光仍然是平行光，沿着原来的方向传播。后者经过傅里叶透镜后被会聚到光电探测器的中心，并穿过中心上的小孔，被中心探测器接收。散射光经过傅里叶透镜后，相同散射角的光被聚焦到探测器的同一点上。因此探测器上的一个点代表一个散射角。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/30adc066-e066-49ea-a9b0-fa68ea9f5877.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图2 激光粒度仪工作原理示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "探测器由多个独立的探测单元组成，每个单元对应一个散射角区间。单元序号从探测器的中心往外，逐渐增大。探测单元的中心对应的散射角以及单元的接收面积均随着序号增大呈指数式增大。每个单元输出的光电信号正比于投射到该单元上的散射光功率（习惯上称为“光能”）。所有单元输出的信号组成了散射光能分布。虽然任意大小的颗粒的散射光斑的中心亮斑都是中心强而边缘弱，但是散射光能分布的峰值则总是处在某个探测单元上。颗粒越小，散射光斑越大，散射光能分布的峰值就越往外，如图3所示。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/44cd191a-2d5a-4371-8182-a1550ac56046.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图3 散射光能分布示例/strong/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 461px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/8cf88b1b-9997-41d5-888c-b955ff8a0543.jpg" title="4.png" alt="4.png" width="664" height="461" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "从形式上看，仪器通过测量直接得到散射光的分布后，求解上述线性方程组，就可得到粒度分布 ，即粒度分布。但实际上该方程的系数矩阵的阶数高达30以上，通常是病态的，不能直接求解，而只能通过一种特定的迭代算法求出。这个迭代算法是激光粒度仪的关键技术之一，称作“反演算法”。/pp style="text-indent: 2em " 由于现实的仪器都存在测量误差，即直接测量得到的散射光分布 与被测颗粒散射形成的真实的散射光分布有一定的偏差，因而通过反演计算获得的粒度分布也与真实的粒度分布有一定的偏差。在此将反演计算得到的粒度分布记为 ， 与之对应的光能分布为/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 279px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/023a9645-5777-486c-b9ed-bd67278142bf.jpg" title="5.png" alt="5.png" width="664" height="279" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "从以上叙述可以看出，激光粒度仪能给出准确测量结果的要素有三：/pp style="text-indent: 2em "（1）获得足够准确的散射光能分布；/pp style="text-indent: 2em "（2）粒径与散射光能分布之间有足够好的一一对应关系（下文称为“特异性”）/pp style="text-indent: 2em "（3）反演算法合格（通过模拟计算可以验证）/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪经过几十年的发展，已经有多种公开报道的可用于实际的反演算法[4]，实现上述第（3）条并不难。所以，只要第（1）、（2）条得到满足，就可获得足够准确的粒度分布数据。而正确的结果只有一个，因此如果不同的激光粒度仪都能给出正确的结果，那么这些结果在合理的误差范围内就应该是一致的。下面看一个实测的例子：/pp style="text-indent: 2em " 图4是两种不同仪器测量同一样品的测量数据。/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/930ad661-7e73-4959-ac40-7bbf2d0edac8.jpg" title="6.jpg" alt="6.jpg" style="text-indent: 2em max-width: 100% max-height: 100% "//pp style="text-align: center text-indent: 0em "（a）真理光学LT2200仪器的测量结果/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/248a96bb-e7d6-4c67-abda-dab786cc7b47.jpg" title="7.jpg" alt="7.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "（b）某国外仪器的测量结果/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图4 两种激光粒度仪测同一种陶瓷介子粉的测试报告/strongbr//pp style="text-indent: 2em "这两种仪器给出的D50值分别为75.76µ m和75.93µ m，相对误差0.2%；D90值分别为127.02 µ m和126.13 µ m，相对误差0.7%；D10值分别为41.51µ m和44.28µ m，相对误差6.5%。可见这两个结果的吻合度相当好。/pp style="text-indent: 2em "下文讨论造成仪器之间结果不一致的两个内在因素。span style="text-indent: 2em " /span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="color: rgb(0, 176, 80) font-size: 18px "二、大角散射光测量盲区对亚微米颗粒测量的影响/span/h1p style="text-indent: 2em "颗粒的散射光分布在0到180° 的所有方向上。当颗粒远大于光波长时，散射光的中心光斑主要分布在前向较小的角度上。随着颗粒的减小，散射光的分布范围逐步扩大，直至后向（大于90° ）。因此，一台理想的激光粒度仪应该能够在全角度上测量散射光。然而目前商品化的激光粒度仪都不能完全覆盖0到180° 的范围。/pp style="text-indent: 2em "图2所示的激光粒度仪的光学系统是经典的光学系统。早期的激光粒度仪几乎全都采用这种光路。它只能测量前向的散射光，其最大散射角的接收能力受傅里叶透镜的孔径限制。现存的采用经典光路的仪器的透镜孔径对测量池中心的最大张（半）角，从空气中看为40° 。如果颗粒悬浮在水介质中，那么从水中看，该系统能接收的最大散射角只有29° 。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/70eab1d0-34e5-4aca-bcbe-278bb8d77fe9.jpg" title="8.jpg" alt="8.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图5 逆傅里叶变换系统示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "图5是当前较流行的一种光学系统，称为“逆傅里叶变换系统”。它用会聚光照明被测颗粒。通过数学推导可以知道，在小散射角上，它与经典傅里叶变换系统一样，也能实现同方向散射光的理想聚焦。但在大角度上聚焦不良，不过可通过光学计算，在散射光能矩阵上对聚焦不良带来的不利影响加以弥补。它的好处是突破了傅里叶透镜孔径对系统接收角的制约，扩展了激光粒度仪的测量角。/pp style="text-indent: 2em "虽然突破了傅里叶透镜孔径的限制，它的测量角的上限还要受光线全反射规律的限制。假设颗粒处在水中，散射光从水中传播到玻璃再到空气，经过了两次折射。由于空气的折射率低于水的折射率，由光的折射定律可以知道，光线在空气中的出射角总是大于水中的入射角。当照明光垂直入射到测量池时，水中散射光的散射角等于散射光对玻璃的入射角。当水中的散射角约为49° 时，空气中的出射角等于90° ，如图6（a）所示。/pp style="text-indent: 2em "散射角再增大时，散射光将被玻璃/空气界面完全反射，不能出射到空气中。这种现象称为“光的全反射”，而此时的入射角称为“全反射的临界角”。实际的激光粒度仪不可能把探测单元放置在90° 的位置。例如某国外仪器空气中的最大角探测器位置为60° （见图6（b）），对应于水中的散射角为41° 。所以该仪器能接收的最大前向散射角是41° 。在后向上也放置了最大60° 的探测器，故后向只能接收139° （=180° 41° ）以上的 散射光。这样，这种光学系统就存在41° 到139° 的测量盲区，盲区跨度共98° ，见图8（a）。/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 314px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/3e096d92-88f4-479c-9808-233c5400f1a1.jpg" title="9.png" alt="9.png" width="500" height="314" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "真理光学提出了一种斜置的梯形窗口方案，见图7。在该方案中，窗口玻璃倾斜10° 放置，可把散射光的临界角扩展7° 左右，同时前向玻璃加厚，把玻璃/空气界面的一部分做成30° 的斜面，使原本在玻璃/空气界面上接近或大于临界角的散射光的入射角小于临界角。这种结构能让可接收的最大散射角（在水中看）扩展到80° ，后向的最小散射角则减到45° ，测量盲区为80° 到135° ，盲区跨度共55° ，见图8（b）。 /pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 557px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/bf64a724-c11f-4ca3-b5ce-44dfb1b6587d.jpg" title="10.jpg" alt="10.jpg" width="500" height="557" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图7 斜置的梯形测量窗口示意图/strong/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/b795291d-52ad-4d40-9fc4-b8e3ad37af0a.jpg" title="11.jpg" alt="11.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图8 两种典型的逆傅里叶变换系统的散射光测量盲区/strong/pp style="text-indent: 2em "图9(a)是0.3，0.25，… , 0.05 µ m的颗粒产生的理想的散射光能分布图，其中假设探测器的面积和位置如本文第1节所述，光波长为0.633 µ m，颗粒折射率为1.59，介质折射率为1.33。如果采用通常的逆傅里叶变换系统接收，能得到的实际散射光能分布范围如图9(b)所示。用这种光路测量散射光，丢失了0.3 µ m及以细颗粒散射光能分布的所有峰值信息，而峰值信息所包含的粒度特征最多，即特异性最强。图9(c) 是斜置梯形窗口系统能获得的散射光能分布曲线，基本包含了所有颗粒的峰值信息。据此可以大体推断，后者对测量0.3µ m以细颗粒有更好的效果。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/7b617d96-cd21-42fe-ab14-c07932f50905.jpg" title="12.jpg" alt="12.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "（a）散射光的全角度分布图/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/b791938f-c40a-433b-a01b-6ad5838f5343.jpg" title="13.jpg" alt="13.jpg"/ /strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "（b）通常的逆傅里叶变换系统能接收的散射光分布/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/eb6b3e68-866c-42e1-8601-4780c83d6dfa.jpg" title="14.jpg" alt="14.jpg"//strong （c）采用斜置梯形窗口的逆傅里叶变换系统能接收的散射光分布/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图9 多种细颗粒（小于0.3µ m）的散射光能分布以及实际被接收到的光能分布/strong/pp style="text-indent: 2em "下面举一个实际测量例子。样品是一种水性石墨烯。图10（a）是用真理光学LT3600Plus仪器（采用了斜置梯形窗口技术）测得的粒度分布。图10（b）是对应的实测光能分布与反演拟合的光能分布的对比。所得结果D50、D10、D90分别为0.135µ m、0.047 µ m和0.405 µ m，粒度分布曲线呈单峰，拟合残差1.27%，数值在合理范围内。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/56de073e-fb37-4161-82b2-065fa3ae79bb.jpg" title="15.jpg" alt="15.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图10 一种水性石墨样品用真理光学LT3600Plus测量的结果/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong（a）粒度分布；（b）实测光能与拟合光能对比曲线/strong/pp style="text-indent: 2em "图11是某国外仪器（采用通常的逆傅里叶变换光学系统）对上述水性石墨烯的测量结果。图11（a）和（d）都是该仪器在同一次取样进行多次测量时给出来的粒度分布数据，两个结果来回跳动；图（b）和（d）是对应的实测光能和拟合光能分布的对比曲线。按照结果1，D50、D10、D90分别为0.084µ m、0.055µ m和0.477 µ m；按照结果2，D50、D10、D90分别为0.119µ m、0.062 µ m和0.227 µ m。span style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/b824343e-5812-45c4-bce0-b2e068f7388c.jpg" title="16.jpg" alt="16.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图11 一种水性石墨样品用某国外仪器测量的结果/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong（a）粒度分布1；（b）实测光能与拟合光能对比曲线1/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong（c）粒度分布2；（b）实测光能与拟合光能对比曲线2/strong/pp style="text-indent: 2em "和图10所示结果对比，看得出来两种仪器的结果相差颇大。不过可以基本判定真理光学仪器的结果更加可靠。理据是：真理光学的结果（A）结果稳定，（B）粒度分布的峰形比较合理，（C）拟合残差比较小；而国外仪器的结果（A）测量结果在两组数之间来回跳动，很不稳定，（B）其中一种结果是双峰，不符合常理，（C）两种结果的光能拟合情况都很差，残差都在7%以上。/pp style="text-indent: 2em "各家仪器都有自己独特的光路，但都未能完全解决全角度测量问题，不过各家解决的程度有不同，因而遇到颗粒很小的情况时，有的测量结果更接近真实，有的有较大偏离，从而造成结果不一致。/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="font-family: arial, helvetica, sans-serif "strongspan style="font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) "三、爱里斑的反常变化（ACAD）对0.4µ m10µ m粒度测量的困扰/span/strong/span/h1p style="text-indent: 2em "strong3.1 ACAD现象及其规律/strong /pp style="text-indent: 2em "自激光粒度仪诞生直到前不久的近50年来，业内人士都不曾怀疑过这样的光散射规律: 颗粒越小，散射光的分布范围越大（爱里斑越大），即散射光的分布范围随着颗粒的减小而单调增大，从而保证了颗粒大小与散射光分布之间的一一对应关系。这是激光粒度仪能够正常工作的物理基础。但是真理光学和天津大学的联合研究团队却发现[ 1]，对于透明颗粒，上述规律在某些特定的粒径区间不成立，即有时会出现颗粒越小，爱里斑也越小的现象。/pp style="text-indent: 2em "图12是波长取0.633µ m，颗粒折射率1.59，介质折射率1.33时，2至4µ m之间的各种颗粒的散射光斑图样。其中3µ m颗粒的爱里斑尺寸是7.98° ，而3.5µ m颗粒的爱里斑尺寸则是13.31° ，出现了反常现象，我们称之为爱里斑的反常变化（Anomalous Change of Airy Disk，ACAD）。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/a3b9bd33-50a4-4238-b6bb-c7e195895891.jpg" title="17.jpg" alt="17.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图12 爱里斑的反常变化现象/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 94px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/5466a2bf-0e34-4d60-aef8-563ced5c2c4e.jpg" title="AAA.png" alt="AAA.png" width="664" height="94" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "蓝色曲线是采用米氏理论计算得到的爱里斑尺寸随无因次参量变化的曲线，红色曲线则是用夫琅禾费衍射理论计算得到的爱里斑尺寸变化曲线。由于米氏理论是物理学界公认的严格理论，因此蓝色曲线的结果反映了爱里斑变化的真实情况。图中的m表示颗粒相对于分散介质的相对折射率（本例中，实部为1.59/1.33=1.20），其虚部为0，表示颗粒是透明的。从中可以看出，爱里斑尺寸随着粒径的增大而振荡变化。虽然总体趋势是减小的，但在某些局部是增大的，我们把这样的区域称为反常区，而把反常区内蓝色曲线和红色曲线的交点称作反常区的中心，图中共有3个反常区。/pp style="text-indent: 2em "我们进一步推导出反常区中心位置的一般公式：/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/3b4b49c7-4e34-4f6b-b133-0b17f2954913.jpg" title="BBB.png" alt="BBB.png"//pp style="text-indent: 2em "（1）爱里斑的反常现象存在于任意的透明颗粒中。/pp style="text-indent: 2em "（2）对任一给定的折射率，都有无数多个反常区。/pp style="text-indent: 2em "（3）即使相对折射率小于1，例如水中的气泡，也会发生反常现象。/pp style="text-indent: 2em "不过由于粒径分段时，序号越大，段间隔也越大，所以会干扰粒度分布反演计算的主要是第一个反常区，令k=1，得/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/50c20884-7c84-4285-96c8-2c29163bf224.jpg" title="ccc.png" alt="ccc.png"//pp style="text-indent: 2em "从上式可以计算任意折射率的透明颗粒的第一个反常区中心位置。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/f6019ad6-a2d4-490a-b435-dd01f6457d90.jpg" title="18.jpg" alt="18.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图13 爱里斑尺寸随无因次参量的变化/strong/pp style="text-indent: 2em "颗粒如果具有吸收性，那么随着吸收系数的增大，反常现象会逐步减弱，直至消失。在图14中，图（a）表示颗粒吸收系数为0.05时的爱里斑大小随无因次参量的变化曲线，可以看出，曲线的振荡幅度显著减小；图（b）表示颗粒吸收系数为0.10时，曲线的振荡完全消失。/pp style="text-indent: 2em " /pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/03a274c8-4d56-4052-9c0a-25e6d8498cb5.jpg" title="19.jpg" alt="19.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图14 反常现象随着颗粒吸收系数的增大而减弱/strong/pp style="text-indent: 2em "strong3.2 ACAD对粒度测量的困扰 /strong/pp style="text-indent: 2em "ACAD将导致在反常区附近一个爱里斑尺寸最多可对应3个不同的粒径。如图15，等3个不同的无因次参量对应的爱里斑尺寸都是10° 。从散射光能分布看，反常现象会导致光能分布峰值位置出现颠倒。在正常的散射情况下，颗粒越大，散射光能的峰值位置越靠近坐标的中心；而在图16中，4.0µ m颗粒的峰值位置在3.5微米峰值位置的外侧。可见不论从散射光强分布（爱里斑）角度还是散射光能分布角度看，ACAD都导致了颗粒尺寸与散射光场分布的一一对应关系的破坏，从而使处在反常区的颗粒的粒度测量结果变得不稳定或者结果不真实（一般体现为粒度分布曲线的振荡，见图17）。文献[5]对此有更严谨的论证。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/cad6ffb6-1581-412f-b399-14274f5b71a8.jpg" title="20.jpg" alt="20.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图15 同一爱里斑尺寸对应3个不同的粒径 /strong/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/9c4d156e-24cb-451f-bed2-8d6cd2ffae49.jpg" title="21.jpg" alt="21.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图16 在反常区附近散射光能分布的峰值位置出现了颠倒/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "图17 是某国外仪器用“通用模式”测量3.0µ m聚苯乙烯微粒标样的结果，出现了两个峰，并且两个峰的峰值位置都不在3.0µ m上。聚苯乙烯颗粒的折射率为1.59，分散在水中时，相对折射率为1.20。从表1可以查到，反常中心位置为3.20 µ m。可见该颗粒正好处在反常区中心附近，故而得不到正确的测量结果。/span/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/ff19f16e-aa24-4082-b60b-1e56c8b82ed9.jpg" title="22.jpg" alt="22.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图17 某国外仪器用“通用模式”测量3.0µ m聚苯乙烯微粒标样的结果/strong/pp style="text-indent: 2em "尽管ACAD作为一种客观的物理现象，一直都存在，并且困扰着激光衍射法粒度测量技术的应用，但是在本团队的论文发表前，都没有公开的相关报导，仪器制造商更没有提出解决这一困扰的根本办法。目前所做的，对单分散样品（大多指标准微粒），厂家提供的操作指引上指定选“单峰窄分布”模式，这时对聚苯乙烯材料的3µ m标样，进行“特殊处理”，以得到看上去正确的结果。对一般的透明样品，如果粒径分布范围部分或全部处在反常区，则在进行反演分析时，人为给折射率加上一个虚部，例如，0.1。对一个给定的颗粒折射率，只要人为加上去的吸收系数足够大，那么在计算散射矩阵（各种粒径散射光能分布的组合）时，光能分布峰值位置颠倒的情况就会消失。但颗粒实际还是无吸收的，强行认为颗粒有吸收，将造成实测的光能分布与反演计算时认为的光能分布不相符。在不加修饰的情况下，反演结果将在粒径1µ m附近鼓起一个假峰（Ghost Peak）。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/0f7136f6-c723-48ff-88e4-db914e4f69ac.jpg" title="23.jpg" alt="23.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图18 人为给透明颗粒加吸收系数造成反演数据出现假峰/strong/pp style="text-indent: 2em "下面用一个数值模拟的例子进行说明。图18（a）中的蓝色曲线是事先设定的一种颗粒样品的粒度分布。假设颗粒透明，折射率为1.50，处在水介质中。它对应的散射光能分布如图（b）中的蓝色曲线所示。假如给颗粒加上一个0.1的吸收系数，那么该颗粒样品产生的散射光能分布如图（b）中的红色曲线所示。蓝、红两种曲线相比，蓝色曲线在35到45单元之间鼓起一个小峰，这个小峰等效于一定比例的绿色曲线，也可视为某种粒度分布对应的散射光能分布。图18（b）中三种曲线或散射光能分布用公式可表达为/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 21px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/4c2c1f38-4beb-4d73-8420-e51489fb0299.jpg" title="24.png" alt="24.png" width="600" height="21" border="0" vspace="0"/br//pp style="text-indent: 2em "式中，是esubR/sub、esub0/sub、esubD/sub是归一化、矢量形式的散射光能分布，分别表示无吸收颗粒的散射光能分布（即本实验设定颗粒真实的光能分布）、吸收系数为0.1时相同颗粒样品产生的散射光能分布，以及这两种光能分布之差。后者等效于一个粒径1µ m左右的颗粒样品产生的散射光能分布。因此，如果用0.1吸收的散射矩阵去反演计算一个透明颗粒样品产生的光能分布，如图18（b）中蓝色曲线所示的散射光分布，就会得到图18（a）中红色曲线所示的粒度分布，这个粒度分布相较于蓝色曲线所示的粒度分布（即原本的粒度分布），在1µ m附近多了一个假峰。/pp style="text-indent: 2em "下面再举一个实际测试的例子。图19是一种陶瓷泥浆样品实际测量得到的粒度分布曲线。蓝色曲线表示吸收系数取0得到的粒度分布，红色曲线表示吸收系数取0.1得到的粒度分布。两条曲线相比，红色曲线在1µ m附近颗粒含量明显偏高。/pp style="text-indent: 2em "所以给透明颗粒人为加吸收系数，虽然能掩饰ACAD带来的测试结果不稳定或者振荡，但同时会使1µ m附近产生一个假的峰，或者引起1µ m附近颗粒含量的测试值高于实际值。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/6aa48cfb-e661-4bd7-a47b-55c4fda3bf9d.jpg" title="25.jpg" alt="25.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图19 一种陶瓷泥浆样品的实测粒度分布/strong/pp style="text-indent: 2em "为了修饰这个假峰，某国外仪器在算法上强行抹平这个假峰。但这会带来新的问题：如果被测样品在1µ m附近真的有一个峰，也会被强行抹掉，从而造成测量结果的失真。/pp style="text-indent: 2em "图20是一种人为配制出来的三个峰的二氧化硅样品。用国外仪器测量时，如果取“通用模式”，则结果如图（a）所示，只有一个峰；如果取“多峰窄分布模式”，则在主峰的右侧（大颗粒侧）出现一个小峰。该样品用真理光学LT3600测量时，共有3个峰：在主峰的左右各有一个小峰，左侧的小峰在1到3µ m之间。图21是该样品的电镜照片。从图（a）460倍放大照片看，确实存在30µ m左右的大颗粒；从图（b）8000倍放大照片看，也存在1µ m到2µ m颗粒。可见1到3µ m的颗粒是真实存在的，而国外仪器没有测到这些颗粒。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/3e8ab13f-8d7a-4661-a744-51e8adb0ea73.jpg" title="26.jpg" alt="26.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图20 一种二氧化硅样品“”的粒度测量结果/strongstrong style="text-indent: 0em " img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/616caea4-21d1-4f17-bf0c-d4ef061356e1.jpg" title="27.jpg" alt="27.jpg"//strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图21 一种二氧化硅样品的电子显微镜照片/strong/pp style="text-indent: 2em "从本节的讨论可以看出，当被测的透明颗粒处在反常区时，通常的反演算法得出的粒度分布是不稳定或者振荡的。目前大多数仪器厂家的处理办法是，在反演计算时给颗粒加上吸收系数。这会使得反演得到的粒度分布曲线稳定、平滑，但是同时在1µ m附近鼓起一个假的峰，或者1µ m附近颗粒含量变高。也有的厂家在算法上强行抹平这个假峰，但会导致仪器在1µ m附近测量灵敏度降低。真理光学团队在对ACAD规律透彻理解的基础上，改进了反演算法，使其能在大多数情况下对处在反常区的透明颗粒进行真实的粒度分布反演，如图20（c）的结果。对3µ m聚苯乙烯标样也能成功反演。/pp style="text-indent: 2em "所以，由于ACAD的困扰，造成各个仪器厂家采取了不同的、有些是修饰性的（并非符合科学的）算法，从而导致相互间结果不一致。/pp style="text-indent: 2em "strong3.3 ACAD影响的粒径范围以及对激光粒度仪用户的建议/strongspan style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/d97f35cb-9fbe-4a00-9be0-546df3eb57ae.jpg" title="28.png" alt="28.png" width="664" height="112" border="0" vspace="0" style="text-indent: 2em max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 112px "//pp style="text-indent: 2em "如果介质折射率区1.33，空气中波长取0.633 µ m，那么可以得到如表1所示的分别用无因次参量和粒径表达的各种折射率下第1个反常区中心位置的数值。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong表1 各种折射率下的反常区中心位置/strong/pp style="text-align:center"strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/a349395c-f611-4105-900a-8013cc4eb93d.jpg" title="29.png" alt="29.png"//strong/pp style="text-indent: 2em "假设颗粒分散在水中，那么m=1.05对应于绝对折射率1.40，接近已知固体材料折射率的下限，此时反常区的中心粒径为13.0µ m。m=2.40对应于绝对折射率3.19，接近已知固体材料折射率的上限，此时反常区的中心粒径为0.396µ m。在颗粒折射率未知的情况下，如果被测颗粒的粒径大于13 µ m，那么就可确定颗粒不在反常区内，不论用哪家的粒度仪，都不必给颗粒人为地加吸收系数（颗粒实际有吸收的情况除外），这样各种激光粒度仪得到的粒度测试结果应该是基本一致的，就如本文图4所举的例子。/pp style="text-indent: 2em "如果颗粒折射率已知，又是不吸收的，可以查表1或者用本小节的公式计算第1个反常区中心的位置，如果被测粒径分布不在反常区中心附近，那么也不必人为给颗粒加吸收系数，这样可以得到更真实因而也更可比的结果。span style="text-indent: 2em " /span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="font-size: 16px color: rgb(0, 176, 80) "strong四、结语/strong/span/h1p style="text-indent: 2em "激光粒度测试技术发展到今天，还不能说是很完善的技术。本质原因是物理上存在两大缺陷：大角散射光测量盲区和爱里斑的反常变化（ACAD）。前者影响0.3µ m以细颗粒的测量，后者影响0.4µ m至13µ m颗粒的测量。所以，概略地说，对于13µ m以粗颗粒的测量，当前技术是比较成熟的，不同仪器的测量结果应该有较好的可比性。/pp style="text-indent: 2em "对0.3µ m以细颗粒的测量，有的厂家解决得好一些，有些差一些，但是都没有完全解决。这需要全体激光粒度仪厂家的共同努力。如果都能解决全散射角的测量问题，那么各家仪器的测量结果就应该是一致的。/pp style="text-indent: 2em "对0.4µ m至13µ m的颗粒，最根本的是要解决ACAD条件下的反演算法问题。目前真理光学已经较好地解决了这个问题，但其他品牌多采取人为加吸收系数的办法，这只让测试结果看上去比较正常，数值则已偏离实际；而且不同的厂家对由此引起1µ m附近的假峰的处理方法不一，造成相互间结果难以对比。对于用户来说，可参照表1的数据或者同一节中的公式，先查找或计算被测样品的反常区中心位置，如果被测粒度远离反常中心，则尽量不要给透明颗粒加吸收系数，这样能得到更真实的粒度结果，不同仪器的用户都能这么做，相互间的可比性也更好。/pp style="text-indent: 2em "最后，呼吁中国市场上的所有激光粒度仪厂家，能够正视激光粒度测试技术内在的缺陷问题，努力解决这些问题，尽快实现粒度测试结果的全面可比。span style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-indent: 2em "strong参考文献/strong/pp style="text-indent: 2em "1. Linchao Pan et. al. Anomalous change of Airy disk with changing size of spherical particles. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 170 (2016) 83–89/pp style="text-indent: 2em "2. M. 玻恩，E. 沃耳夫. 光学原理（上册）. 科学出版社 1978. P.517/pp style="text-indent: 2em "3. Van de Hulst HC. Light scattering by small particles. New York: Dover 1981/pp style="text-indent: 2em "4. Santer R , Herman M . Particle size distributions from forward scattered light/pp style="text-indent: 2em "using the Chahine inversion scheme. Appl Opt 1983 22:2294–301 ./pp style="text-indent: 2em "5. Linchao Pan et. al. Indetermination of particle sizing by laser diffraction in the/pp style="text-indent: 2em "anomalous size ranges. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 199 (2017) 20–25/pp style="text-indent: 2em "strong作者简介：/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "img style="max-width: 100% max-height: 100% float: left width: 110px height: 124px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/cb2b6104-1423-4066-b06f-ec34a1cec7f1.jpg" title="张福根：不同激光粒度仪测试结果不一致的深层原因分析.jpg" alt="张福根：不同激光粒度仪测试结果不一致的深层原因分析.jpg" width="110" height="124" border="0" vspace="0"/珠海真理光学仪器有限公司首席科学家，天津大学兼职教授、博导。主要从事颗粒表征、微粉材料制造和3D测量及显示技术的研究和产品开发。主持了多种型号的激光粒度仪、电阻法颗粒计数器、图像法粒度仪以及3D测量和显示设备。发表学术论文30多篇，获得专利授权30多项。曾担任中国颗粒学会副理事长、常务理事，现任全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会副主任委员，中国颗粒学会颗粒测试专委会副主任。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "（注：本文由张福根教授供稿，文章为张老师结合其所在团队的科研成果，与读者进行分享交流，不代表仪器信息网本网观点）/p

在进入主题之前，我首先要澄清一下，这里的“激光粒度仪”是指基于静态光散射或衍射原理的粒度分析仪器, 测量范围从大约100纳米到几毫米。与之容易混淆的还有另一种也是以激光作为照明光源的粒度分析仪器——动态光散射粒度仪，在国内通常叫作纳米粒度分析仪。本文探讨的产品是指前者。 一提起高端的科学仪器，大多数国人都认为进口的国外仪器比国产仪器先进。但是，对激光粒度仪，我可以很负责任地说，总体上国产仪器与进口仪器水平相当，有些国产品牌甚至领先于世界同行。国外产品的价格确实高，但是技术性能一点都不高。所以，某些国家如果想在激光粒度仪上卡中国的脖子，不仅对中国的粒度仪应用产业丝毫无损，而且还会自行断送国外品牌在中国的市场，对中国的上下游产业发展只有好处，没有坏处。 能不能制造出高水平的科技产品，关键点有三：一是产品的设计，二是供应链（配套原材料），三是制程管理。 就原料供应来说，国内国外的粒度仪厂商都是全球采购的，相互之间没什么差别。具体来说，集成电路和部分电子元件大多是国外生产的，机械零件和光学镜头大多是中国生产的，有些国外品牌甚至连整机都是在中国境内、由中国工人完成组装调试的。某些国产品牌为了宣传自己的粒度仪“高大上”，声称光学镜头是某发达国家生产的，不知真假？但愿是假的；如果是真的，那真要为之惋惜了。其实，国产光学镜头完全能够满足激光粒度仪的使用需求。就连某些著名的进口品牌的镜头都是中国产的，说明国外同行早就认可中国镜头的质量。你又何必花高价到国外采购呢？要说卡脖子，电子元器件真是国产科学仪器“脆弱的要害部位”。激光粒度仪要用到的激光二极管，一些模拟集成电路，单片机等，都需要进口。但这不是我们激光粒度仪的厂商能够解决的。 至于制程管理，需要经验的积累和精益求精的态度。国产品牌或者其主要负责人，进入激光粒度仪行业都已超过20年，而且有些人曾长期在国外同行企业工作，再笨也学会该如何管理了，更何况中国人还是挺聪明的，至少不会在智力上输给西方人。对产品质量的态度，我认为几家主要的国产品牌都是很认真的。或许是激烈竞争的原因，大家都迫切地希望用户使用自己的产品时有良好的体验：精确、稳定、可靠。说到用户体验，我要提一句提外话：目前进口产品在售后服务上给用户的感觉都不太好：不仅服务不及时，态度不友好，而且收费巨贵。在这一点上，国外品牌就大大比不上国产品牌了。 最后一点就是激光粒度仪的设计了，这是硬核技术，也是本文要谈的重点。在供应链和制程管理不相上下的情况下，设计水平的高低决定了激光粒度仪的技术性能的高下。 下面将正式展开对国内外激光粒度仪的认知和设计水平的比较。表述听起来可能比较“学究”，请读者诸君谅解。这是因为不用专业的表达，就无法把其中的要点说清楚，就会显得模棱两可，给人留下质疑的空间。但是我会尽量表达得通俗一点。1. 激光粒度仪的光学模型及简要历史回顾 粒度仪器有多种原理，但大多数都把被测量的颗粒看成一个理想的圆球。尽管实际的颗粒很少是理想圆球，有的甚至远远偏离圆球，但是由于颗粒的数量太大，形状也是千变万化，如果连形状都要考虑进去，是一件无法完成的工作，所以只能把颗粒当作圆球来处理。激光粒度仪也是把颗粒当成理想圆球来处理，全世界的品牌都一样。 1.1 光散射的模型 光是电磁波。在均匀的介质中，光是沿着直线传播的。如果光在传播的途中遇到一个颗粒，光和颗粒就会发生相互作用，光波一部分可能被颗粒吸收，一部分则偏离原来的方向继续传播，后者就称为“光的散射”。这种相互作用遵循电磁波理论，即麦克斯韦方程组。只要颗粒尺寸远大于原子尺度，并且没有原子激发辐射（荧光）现象发生，那么，电磁波理论的正确性是不容置疑的。平面电磁波遇到圆球颗粒后发生的散射现象，可以有严格的数学解，称作“Mie散射理论”。不过这个解在数学形式上非常复杂、计算量庞大，物理意义很抽象。在颗粒直径远大于光波长时，散射现象可以用几何光学近似理论解释，这样物理意义就变得很直观了。 请看图1。在颗粒远大于光波长的情况下，颗粒对光的散射，可以分成两个部分：衍射和几何散射。从无限远（远场）的位置观察，衍射光的偏离角度只跟颗粒在观察面上的投影的大小有关，颗粒越小，衍射角越大，这部分信息可以用来分析颗粒的大小。几何散射光是指光线投射到颗粒表面以后，一部分发生反射，另一部分经过折射进入颗粒内部，又在另一个界面上发生折射（到介质）和反射的现象。散射光场是这两部分光的叠加。图1中只画出了衍射光和一次折射光。从远场看，几何散射光的相对强度分布与颗粒大小无关，只与颗粒的折射率与吸收系数有关。另外，当颗粒很大时，衍射光的分布范围远远小于几何散射光的分布范围，但是由于两种散射光的总能量相同，所以从小角度看，衍射光的强度要远远大于几何散射光的强度。这也是在小角度范围内观察大颗粒的散射光时，可以只考虑衍射光的原因。图1 光散射模型的几何光学近似 激光粒度仪在上世纪70年代初刚出现时，只考虑衍射光，所以颗粒可以看成一个不透光的圆片，见图2。根据光学上著名的巴比涅互补原理，一个不透光的圆片所产生的衍射场与同直径的圆孔所产生的衍射场只在位相上差180°，振幅则完全相同。激光粒度仪直接测量的是光强的分布，它是振幅的模的平方，跟位相没关系，所以一个直径为D的颗粒所产生的衍射光强的分布可以用等直径的圆孔产生的光强分布来代替。图2 从圆球散射到圆孔衍射的简化圆孔的衍射在19世纪末就有解析形式的理论表达。远场的衍射理论称为“夫朗和费衍射理论”。图2还表示出了观察远场衍射的经典装置：在圆孔后放置一个光学透镜，在透镜的焦平面上放置观察屏，这样在屏上看到的图像就是远场衍射光斑。衍射角度为的衍射光落在屏上的位置到屏的中心的距离为（ 是透镜的焦距）。顺便科普一个光学名词：如果透镜是对焦平面消像差的，该透镜就称为“傅里叶透镜”。从图2可以看到，远场的衍射光斑由中心亮斑和一系列同心圆环组成，被称为“爱里斑”。理论上可以证明，爱里斑的第一个暗环内包含了大约84%的衍射总光能，所以习惯上把第一个暗环所对应的衍射角称为爱里斑的（角）半径。爱里斑的半径与圆孔直径、也就是颗粒的直径近似成反比，因此屏上的光强分布与颗粒大小之间有一一对应关系。激光粒度仪就是根据这个原理分析颗粒大小的。 1.2 国内外激光粒度仪的发展史 一个10微米的颗粒，如果用0.633微米（红光he-Ne激光波长）的光去照射，那么衍射角就是4.4°；100微米的颗粒，衍射角就是0.44°了。世界上第一台激光粒度仪直到1970年前后(准确的年份有几种说法)才出现，就是因为它首先需要一种单色性、方向性都足够高、强度足够强的光源，这就是激光。所以它只能出现在激光器问世（1961年）之后。另外，探测衍射光场的分布需要硅光电探测器阵列，需要用到集成电路制作工艺；把衍射光的分布转换成粒度分布需要台式计算机，这些条件都是1960年以后才出现的。国内最早开始激光粒度仪研制的是天津大学的张以谟团队，当时是承接了国家科委的六五（1981年到1985年）科技攻关项目。项目于1989年通过了国家科委的技术鉴定。产品名称当时叫做“激光滴谱仪”，设定的应用对象是液体雾滴的粒度测量。比天津大学略晚开展激光粒度仪研制的单位还有上海机械学院（后改名“上海理工大学”）、山东建材学院（后并入济南大学）、四川省轻工业研究院、重庆大学和辽宁（丹东）仪器仪表研究所。从上面的介绍可以看出，国产激光粒度仪的出现时间比世界上最早的同类产品晚了大约20年。早期国产仪器的落后，首先就是因为起步的时间晚。起步晚的原因有这么几个：（1）国外开始研发激光粒度仪的时间正好是中国的文革时期，闭关锁国，国内的科研人员不太了解国外的动态，一直到1970年代末改革开放后，国外的产品卖到中国，以及国内的科研人员到国外进修，才知道有这么一种产品。（2）激光粒度仪的应用对象是从事粉体、浆料、乳液、胶体以及喷雾的科研和生产单位，当时中国在生产和科研两个方面都大幅落后于国外。国内的应用需求对该产品的研发的拉动不强烈。（3）在改革开放前以及改革开放后的很长一段时间，科研由高校和研究机构做，而生产由工厂做。科研单位感受不到应用的需求，而生产单位即使知道有需求，也没有能力设计一款光、机、电和计算机一体化的产品。（4）激光粒度仪作为当时的高精尖产品，需要激光器、电脑、形硅光电池阵列、半导体芯片等元器件和设备的配套，在上世纪六、七十年代，中国很难获得这些东西。目前国内的情况已经完全改观：一是国内需求拉动强烈，二是各种电子元件、计算机软硬件等都能在全球采购，三是国内的研发人员理论基础雄厚，创新意识强，能开展基础理论研究和技术创新。经过30多年的进步，国产激光粒度仪的技术已经能和全球同行并驾齐驱，并有一部分实现了超越。1.3 当前各种品牌对光学模型的应用从1.1节的讨论可以看到，如果只考虑远大于光波长的颗粒，并且只测量小角度的散射光（例如小于5°）的话，用衍射理论基本可以满足粒度测量的要求。衍射理论的优势在于数值计算相对简单，也不需要知道颗粒的光学参数（折射率和吸收系数）。但是如果想把粒度测量下限扩展到接近或小于光的波长，那么就不得不考虑更大角度范围的散射光了。现在的粒度仪测量下限可以达到光波长的1/10左右。图3表示出几种亚微米颗粒的散射光强分布。从图上可以看出，对小颗粒来说，不同粒径散射光强度分布的差别，主要在大角度上，甚至大到180°。这就需要仪器的光学系统能测量0°到180°全角范围的散射光，光学模型也必须用Mie散射理论了。图3 对数极坐标下亚微米颗粒的散射光强分布图中的坐标系是对数极坐标，方位角就是散射角，辐射线的长度是散射光强度的对数。(a)(d)分别表示1µm、0.5µm、0.25µm和0.12 µm的颗粒的散射光强分布。 目前国内国外的厂商，大多数采用复杂但严谨的Mie理论，但也有个别国外厂商还在用衍射理论。从所采用的光学模型来看，国内厂商与国外的主流厂商是同步的。相反，个别国外厂商还在用夫朗和费衍射理论，就显得抱残守缺了。1.4 对光学模型研究的新发现 激光粒度测试技术的研究者和厂商都隐藏着一个困惑：激光粒度仪无法正常测量3微米左右的聚苯乙烯微球。这是为什么？ 国内厂商——珠海真理光学仪器有限公司与天津大学的联合团队发现了造成这个困惑的根源：爱里斑的反常变化（ACAD）。通常我们都认为颗粒越小，爱里斑越大，于是颗粒大小与爱里斑大小之间有一一对应关系，所以粒度仪能够根据散射光的分布推算粒度分布。但事实上在有的粒径区间，会出现违反上述规律的情况：颗粒越小，爱里斑也越小。我们把这样的粒径区间叫做“反常区”。图4是根据Mie散射理论用数值计算的方法模拟出的聚苯乙烯微球的爱里斑的变化。图中粒径从3微米到3.5微米的爱里斑尺寸的变化就属于反常变化。对聚苯乙烯微球来说，3微米左右正好是在反常区，所以测量出现异常。研究论文发表于2017年。 图4 爱里斑的反常变化现象 该研究揭示出，任何无吸收或弱吸收的颗粒的光散射都存在反常现象。如果颗粒无吸收，则存在无限多个反常区。对粒度测量有影响的主要是第一反常区，其所处的粒径区间大约在0.5微米到10微米，具体位置跟颗粒与分散介质的折射率以及光波长有关。颗粒折射率越大，反常区中心对应的粒径越小。被测颗粒的粒径落在第一个反常区的话，通常的反演算法就难以根据散射光的分布计算出正确的粒度分布。反常现象对激光粒度测量的影响是普遍存在的，这将在第3节继续讨论。 爱里斑反常变化现象的发现与研究，是国内厂商与研究机构对激光粒度测试技术的创造性贡献，当然是世界范围内独一无二的，是领先于世界的。 2. 各种仪器的散射光接收系统 粒度仪的散射光接收系统决定了仪器能否获得充分的颗粒散射光信息，从而准确计算出被测颗粒的粒度分布。它是激光粒度仪的关键技术之一。 亚微米颗粒的散射光能分布见图5，其中假设了探测器的面积与散射角成正比，照明光是线偏振光，偏振方向垂直于散射面。其中图（a）表示全角范围内完整的散射光能分布。从中可以看出，垂直偏振散射光是分布在0°到180°的全角范围内的，对0.3微米以细的颗粒来说，散射光能的主峰分布处在40°到90°的前向大角度上。由于光能分布的主峰位置（如果有）与粒径之间有最显著的特异性，因此获取40°以上的散射光信息对亚微米颗粒测量至关重要。图5 亚微米颗粒的散射光能分布曲线(a) 全角范围的光能分布，(b) 正入射平板玻璃窗口得到的；(c) 斜置梯形玻璃窗口得到的 图6是当前国内外比较有影响力的几种品牌的激光粒度仪的散射光接收系统的光路图。其中图 (a)称为经典光路，又称正傅里叶变化光路。是激光粒度仪发展的早期就开始采用的光路。其特点是用平行激光束垂直入射到测量窗（池），相同角度的散射光通过傅里叶镜头后被聚焦到探测器的一个点上。其缺点是系统能接收的最大散射角受傅里叶镜头的孔径限制。目前能达到的最大孔径角是45°。如果颗粒分散在水介质中，那么对应的最大散射角是32°。这样的系统能测量的最小粒径约为0.4微米。图6 各种散射光接收系统原理图 图6(b)是一种逆（反）傅里叶变换系统。它用会聚光垂直照射到测量池。在小散射角上也能会聚同角度的散射光。但是大角度的聚焦不良，不过可以在光学模型的数值计算上对此进行补偿，并不影响对散射光分布的测量。它的好处是最大接收角不受透镜孔径限制。空气中的最大接收角可达60°或更大，对应于水介质中的散射角为41°以上。如果前向散射角继续增大，大于49°时，就会受到全反射规律的约束，无法出射到空气中，该以上角度称为“全反射盲区”。盲区内的散射光也就无法被探测器接收。这将丢失0.3微米及以细颗粒的散射光能主峰信息，见图5(b)。这种系统一般还设置后向探测器，能接收大于139°的散射光。对0.1左右的颗粒测量有帮助。 图6(c)是一种是多光束方案，是为突破全反射的限制而专门设计的。它用一束光作为主光束，正入射到测量池，用另外一束或两束光作为辅助光束，斜入射到测量池。如果设置后向探测器，则只需一束辅助光。。通常，为了尽量扩大仪器的测量范围，主光束用红色激光，而辅助光束用蓝色LED光源。假设辅助光的对测量池的入射角为45°，那么在该辅助光的配合下，测量盲区可以减小32°。如果只有主光束时散射角测量上限为41°，那么现在的测量上限可达73°。但是它的缺点是，主光束照明情况下的散射光测量和辅助光照明下的测量（如果两束辅助光，也要分别测量）必须分开进行，两次测量的数据拼接，不是一件容易做好的事情。如果辅助光和主光用不同的波长，还需要同时获取两种波长所对应的折射率。有时要得到一种波长的折射率都有困难，两种更难了。 图6(d)称为偏振光强度差（PIDS）方案（该图取自许人良博士未出版的书稿）。其特征是除了正入射的主光束以及配套的双镜头散射光接收系统外，另外串联了一个测量池，并在照明光行进路径的侧面设置对应不同散射角的探测系统。利用90°散射角周围垂直偏振的散射光与平行偏振的散射光的分布差异，分析亚微米颗粒的大小。存在的问题是: （1）主光束获得的信息与PIDS窗口获得的信息之间如何拼接？（2）PIDS测量利用了多种波长的照明光，要想获得多种波长的折射率是非常困难的。 图6(e)称为“斜置平行窗口”方案或“照明光斜入射”方案。作者最早于2010年提出该方案（专利）。它的优点是用一束照明光就可以突破全反射的限制，却没有多光束方案的数据拼接难题。比如说斜置20，被接收的最大散射角就可以增加到60°。但是要完全消除全反射的影响，必须斜置70°。此时入射光在探测平面上不能良好聚焦，从而影响了大颗粒的测量。这是作者没有在真理光学的产品中采用这种方案的原因，但有其他国产品牌在用这种方案。 图6(f)是真理光学在用的“斜置梯形窗口”光学系统。它只需一束照明光。测量池整体倾斜10°，不影响入射光的聚焦，测量池右侧的玻璃做成梯形，让接近或大于全反射临界角的散射光从梯形的斜面出射。这种方案能让前向最大散射角达到80°，使系统能够接收所有亚微米颗粒的散射光能分布的主峰信息，见图5(c)。这是目前前向散射接收角最大的光学系统，而且还只用了一束照明光，没有数据拼接问题。是一种世界领先的方案。3. 反演算法与粒度测试结果的真实性 反演算法就是把仪器测量得到的被测颗粒的散射光分布，结合事先根据光学模型的数值计算得到的预设的各种粒径颗粒的散射光能分布（组成“散射矩阵”），反向计算出被测颗粒的粒度分布的计算机程序。粒度分布是激光粒度仪输出的最终结果，它能否真实反映被测颗粒的粒度，是激光粒度仪性能的最终体现。3.1 获得真实的粒度测试结果的基本条件 能否获得好的粒度分布数据由以下三点决定： （A）充分的被测颗粒的散射光分布信息，最好含有光能分布的主峰（如果有）； （B）利用光学模型计算得到的散射光分布与粒度分布之间存在一一对应关系； （C）合理的算法。 各厂商的算法是技术秘密，外人无从知晓与评价。但是可以确定的是，如果条件（A）和（B）有缺失，一定会影响最终的粒度分布结果。从第2节的叙述我们已经看到，现有的各种散射光的接收方案都不能百分之百获得0到180°的散射光信息，但是有的方案好一些，比如图6(f)的方案；有的则有较大的信息缺口，比如图6(a)和(b)所示的方案。作者在第1节中谈到过，真理光学团队发现的爱里斑的反常变化，将导致在被测颗粒是透明的条件下，对于粒径落在第1反常区内的颗粒，条件(B)不能满足。 相对来说，国产的真理光学做得比较好。对条件(A)，前向最大散射角（介质中）的接收能力达到80°，能捕获所有颗粒的光能分布主峰，并且只用一束照明光，避免了不同照明光的数据拼接。对条件(B)，基于对爱里斑反常变化的原创发现和规律的深入研究，通过软硬件的结合，基本上解决了爱里斑反常变化对粒度分析的影响。 现在国内外各厂商都宣称自己的仪器能测量小到100纳米以细，大到数千微米，全量程无死角的粒度分布，但是上述条件(A) 和(B)的缺失，从客观上限制了这些仪器的测量能力，使得它们宣称的性能难以实现。3.2 国外某仪器有多种反演计算模式，不同模式会给出不同的粒度分析结果 有些国外仪器有多种反演计算模式。同样的被测样品，选不同的模式就会输出不同的结果。图7 国外某仪器不同反演模式输出不同结果的案例 图7是该仪器的实测案例。图7(a)是标称D50为150纳米的聚苯乙烯微球标样的测量结果。选“通用”模式时，D50为121纳米，与样品标称值相差较远，且分布曲线明显展宽；选”单峰窄分布”模式时，D50为148纳米，与样品标称值相符。图7(b)是标称D50为3微米的标样的测量结果。选“通用”模式时，结果呈现多峰，与样品的单分散特征完全不符；选“单峰窄分布”模式时，与样品形态特征及标称值相符。图7(c) 是一个人工配制的3个峰的SiO2 微球。选“通用”模式时，结果只有1个峰，完全失真；选“多峰窄分布”模式时，曲线呈现2个峰，结果比“通用”模式接近真实，但还是有失真。 从使用经验看，该仪器在测量颗粒标准样品时只能用“单峰窄分布”模式去分析。因为颗粒标准物质就是单峰窄分布的，所以这种做法颇有“量身定做”的意味。如果用 “通用”模式分析标准微球时，则经常出错。人们难免要问：“通用”模式连最容易测量的颗粒标准物质都给不出正确的结果，如何保证一般样品的测量结果是正确的？还有一个疑问是：一种仪器的不同模式给出不同的结果，究竟哪一个是正确的结果？ 上述问题如果没有合理的解答，那么从基本的科学逻辑出发，我们就可以得出这样的结论：一种仪器有多种分析模式是仪器性能不完善的表现。国产的真理光学的仪器就完全没有这样的问题。它只有一个统一的反演模式，不论测什么样品，都用同样的算法。图8是上述3个样品用国产真理光学仪器测量的结果：150纳米和3微米标样的D50值和分布形态完全符合预期，实际样品的3个峰也能得到正确的体现。图8 国产真理光学的激光粒度仪对三个样品的测量结果3.3 国内外仪器对爱里斑反常现象的处理 爱里斑的反常变化会导致一种散射光能分布对应多种粒度分布的可能性，从而使粒度仪得不到正确的粒度分布结果。图7(b)所示的3微米标样在某国外仪器“通用”模式下给出的完全失真的结果，就是因为3微米标样的构成材料是聚苯乙烯微球，这个粒径正好处在这种材料颗粒的第1个反常区。该国外仪器没能解决这个问题，所以在“通用”模式下得不到正确结果，而只能选用“单峰窄分布”这种量身定做的模式进行“特殊处理”。如果是普通的待测样品，由于事先无法知道被测颗粒的粒度分布特征，不知如何去“特殊”，就难以给出正确的结果。 目前除了真理光学以外，国内外的激光粒度仪厂家的通行做法是，在计算散射矩阵（光学模型）时，即使被测颗粒是透明的，也要人为加一个吸收系数，最常见的数值是0.1。这样在光学模型中就不会出现反常现象，从而使反演结果稳定，或者看上去比较正常。问题在于实际颗粒是无吸收的，人为加吸收必然使测量结果失真。 图9是一个碳酸钙样品的粒度测量结果。该样品经过沉降法的分离，去除了2微米以细的颗粒（可通过显微镜验证）。碳酸钙的折射率是1.69，无吸收。图9(a)是真理光学仪器的测量结果，2微米以细的颗粒含量几乎为零，与预期的一致。图9(b)是在光学模型中加了0.1的吸收系数后的反演结果：在2微米后拖了一个长长的尾巴。我们知道真实的粒度分布中，这个尾巴是不存在的，这是人为加吸收系数所引起的错误结果。有些国外仪器为了避免假尾巴的出现，人为地在1到3微米之间减去一定比例的颗粒含量。这种人为主观的处理会引起新的不良后果：如果在该粒径区域真实存在颗粒，也会被人为减少其含量甚至清零。图8(c)所示的SiO2样品在1微米到3微米之间有一个小峰，但是用该进口仪器测量的结果如图7(c)所示：无论用什么模式分析，这个真实存在的小峰都消失了。图9 在光学模型中给透明颗粒加吸收系数的后果（a）实际的粒度分布 （b）光学模型中加0.1吸收系数后得到的结果 可见，当透明颗粒的粒度分布处在反常区时，通过人为加吸收系数的方法无论怎么做，都有问题。目前国产的真理光学是世界上唯一解决了爱里斑反常变化困扰的厂家。3.4 国内外激光粒度仪对亚微米颗粒的测量能力的比较 采用图6(b)所示的散射光接收系统的仪器是国外品牌，在中国占有很可观的市场份额。然而这种结构由于丢失了0.3微米以细颗粒的光能分布主峰的信息（见图5(b)），从而注定了难以很好地测量0.3微米以细的实际样品（有别于标样，因此通常都用“通用”模式）。图10 某进口仪器和国产真理光学仪器测量纳米硅碳颗粒样品结果的比较 图10是某进口仪器和国产真理光学仪器测量纳米硅碳颗粒样品结果的比较。图10(a)是国外仪器的结果，图10(b)是真理光学的测量结果。两张图中的上图是粒度分布，下图是拟合光能分布与实测光能分布的对比。比较两种结果，可判断真理光学的结果更加真实、可靠。理由是： （A）真理光学的结果拟合残差只有0.43%，而进口仪器的拟合残差高达5.25%。前者拟合更好。 （B）真理光学给出的粒度分布曲线是单峰的，而进口仪器的结果是多峰的。经验告诉我们，正常制造出来的样品极少出现多峰的情况. （C）从光能拟合曲线看，进口仪器在第40单元后测量值（绿线）和拟合值（红线）之间出现较大的偏离，而国产仪器的两条曲线非常一致。 类似的0.3微米以细颗粒的测量案例还有很多。 4. 激光粒度仪行业的未来发展问题 前面三节从激光粒度仪的光学模型、散射光接收系统和反演算法及实际测量能力等三项硬核技术方面对比了国内外激光粒度仪的技术水平和测试性能，表明国产激光粒度仪不会逊色于国外同类产品。真理光学团队发现的爱里斑反常变化现象及规律、独创的斜置梯形窗口克服前向超大角测量盲区以及统一的反演算法等技术，则领先于世界同行。但是，对于激光粒度仪整个行业来说，还存在需要改进甚至急需改进的地方。我的建议如下：（1）国内外的厂家都应正视粒度测量数据对比困难的问题 目前，全球范围内激光粒度仪测量实际样品时给出的数据经常是不可比的。对同一颗粒样品，不同品牌的仪器的测量结果不可比；同一厂家生产的仪器，不同型号之间的结果不可比；更绝的是同一台仪器不同反演模式给出的结果也不可比。到目前为止，对这三个“不可比”，都没有人拿出令人信服的、符合科学的解释。 作者尝试分析一下原因。从理论上说，大家测量相同的样品，使用相同原理的仪器，应该得到相同的结果（在合理的误差范围内）。两个结果如有不同，那么至少有一个结果是错的，甚至两个结果都是错的。这就说明当前国内外的各种激光粒度仪还存在不完善的地方。这些不完善包括：（A）光散射模型上，有的仪器还在使用夫朗和费衍射理论；（B）光的全反射现象的制约，或者大角与小角散射光数据拼接的困难，导致有的仪器没有获得或者没有准确获得大角散光的信息，影响了0.3微米以细颗粒测量的准确性；（C）爱里斑的反常变化引起粒径与散射光分布之间一一对应关系的破坏，除了真理光学，其他品牌都采用人为地在光学模型中给颗粒添加吸收系数的方法来敷衍性地解决，但是没有真正解决，导致结果失真；（D）一种仪器有多种反演算法，从逻辑上就可断定这样的算法是不完善的，而根据作者分析，这个不完善又和不完善点（B）和（C）有关。（E）仪器厂商为了迎合客户的偏好，对原始的粒度分析结果进行了失实的修饰，比如把多峰分布改为单峰分布，把粒度分布中粗、细方向的展宽改窄等等。 仪器技术上的不完善，需要国内外厂家去正视问题，然后改正原先的不足。（2）国内用户应破除对进口仪器的迷信心理 国内很多用户都认为进口仪器就是比国产仪器好。国内用户要是遇到进口仪器的测量结果与国产仪器数据不一致的情况，第一反应就是国产仪器错了。我在前面分析过，进口仪器不比国产仪器好，请用户客观判断。 另一方面，国内有的仪器厂家也拿自己的仪器结果能和国外的结果相一致，来证明自己的高水平。这是自我矮化行为，当然也表明该厂家对自己制造的仪器没有信心。但是国内厂家的这种行为会助长用户原本就有的认为国产仪器水平低的心理。（3）激光粒度仪测量数据的正确运用问题 激光粒度测试报告的核心内容是体积粒度分布。形式上可以是表格或者曲线。有时为了简洁起见，用特征粒径来表示粒度分布。最常见的是D10、D50和D90三个数。其中D50表示样品颗粒的平均粒径（与之并行的也可用D[4,3]）），而D10和D90分别表示粒度分布往小粒径和大粒径方向延伸的宽度。在大多数情况下，一个粉体样品的平均粒径和分布宽度（或者均匀性）确定了，其粒度特征也就基本确定了。激光粒度仪国家标准（GB/T 19077-2016/ISO 13320：2009）中明确规定，不允许用D100的数值。这是因为从概率论分析，D100的数值是不稳定的，另外D100实际上并不代表颗粒样品中的最大粒直径。如果把这个值作为最大粒，可能会引发严重的应用后果。 然而在有些激光粒度仪的应用行业，例如电池的正负极材料行业，其国家标准中就把激光粒度仪的Dmax（即D100）作为控制指标。该行业内上下游间的粒度控制指标中，不仅包含了D100，还包还可了D0和Dn10，这些都是误导性的应用。（4） 激光粒度仪的测量下限和上限被严重夸大的问题 目前激光粒度仪的测量范围动辄下限10纳米，上限5000微米以上。这显然被严重夸大了。这会误导客户，扰乱市场。需要行业自律。国家相关组织也要加强督导的力度。

细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。目前测量PM2.5的方法主要有以下5种：一种：红外法和浊度法红外由于光线强度不够，只能用浊度法测量。所谓浊度法，就是一边发射光线，另一边接收，空气越浑浊光线损失掉的能量就越大，由此来判定目前的空气浊度。实际上这种方法是不能够准确测量PM2.5的，甚至光线的发射、接收部分一旦被静电吸附的粉尘覆盖，就会直接导致测量不准确。这种方法做出来的传感器只能定性测量（可以测出相对多少），不能定量测量（因为数值会飘）。更何况这种方法也区分不出颗粒物的粒径来，所以凡是用这种传感器的性能都相对要差一些。第二种：激光法和粒子计数法就是激光散射，而不是直接测量浊度，这一类的传感器共同的特点就是离不开风扇（或者用泵吸），因为这种方法空气如果不流动是测量不到空气中的悬浮颗粒物的，而且通过数学模型可以大致推算出经过传感器气体的粒子大小，空气流量等，经过复杂的数学算法，最终得到比较真实的PM2.5数值，这一类传感器是激光散射，对静电吸附的灰尘免疫，当然如果用灰尘把传感器堵死了，自然也不可能测到。第三种：Beta射线法Beta射线仪是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。Beta射线法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35%以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了Beta射线源和Beta射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加，此时Beta射线检测器检测到的Beta射线强度会相应地减弱。由于Beta射线检测器的输出信号能直接反应颗粒物的质量变化，仪器通过分析Beta射线检测器的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集的样品体积，最终得出采样时段的颗粒物浓度。配置有膜动态测量系统后，仪器能准确测量在这个过程中挥发掉的颗粒物，使最终报告数据得到有效补偿，接近于真实值。第四种：微量振荡天平法微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。微量振荡天平法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h，环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后，成为符合技术要求的颗粒物样品气体。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。5、重量法我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10的浓度。必须注意的是，计量颗粒物的单位ug/m3中分母的体积应该是标准状况下（0℃、101.3kPa）的体积，对实测温度、压力下的体积均应换算成标准状况下的体积。由于红外法测量PM2.5的传感器性能较差，且Beta射线法、微量振荡天平法、重量法三种方法的原理应用比较困难且价格较高，所以市面上比较多的是采用激光散射原理来测量PM2.5浓度的PM2.5传感器。 建大仁科空气质量变送器RS-PM-*-2是一款工业级通用颗粒物浓度变送器，采用激光散射测量原理，通过独有的数据双频采集技术进行筛分，得出单位体积内等效粒径的颗粒物粒子个数，并以科学独特的算法计算出单位体积内等效粒径的颗粒物质量浓度，以485 接口通过 ModBus-RTU 协议进行数据输出。可用于室外气象站、扬尘监测、图书馆、档案馆、工业厂房等需要PM2.5或 PM10浓度监测的场所。

北京怡孚和融科技有限公司展出了其最新自主研发的气溶胶激光雷达系统，该系统用于环境空气质量监测。该系统可有效地区分球形颗粒与非球形颗粒物，从而在激光雷达自动测量的大量数据分析中有效地区分水汽和沙尘暴，对高层冰晶组成的卷云也可以进行探测。　　应用该系统，可判定城市内部扬尘和外来飘尘的分布状况 可对城市的空气质量进行水平绘图，实现对颗粒物污染的监测及染源分布状况的判定 可对大气能见度进行测量 对区域性气溶胶可以实行联网监测。

p style="text-indent: 2em "编者按：粉体的粒度及粒度分布是衡量产品质量的关键性指标，而目前最火的粒度检测方法之一就是激光粒度仪了。这种粒度检测方法不受温度变化、介质黏度、试样密度及表面状态等诸多因素的影响，具有测试速度快、测量范围广、便捷易操作等特点。放眼市场，激光粒度仪的品牌和型号也可谓五花八门，琳琅满目。但值得称道的激光粒度仪虽然不胜枚举，却仍然会收到诸多因素的影响，造成检测结果的不稳定。太原理工大学矿业工程学院的专家张国强就深度剖析了7大影响激光粒度仪检测结果的因素。/pp style="text-indent: 2em "专家观点：/pp style="text-indent: 2em "目前市面上的激光粒度分析仪其基本原理均为米氏散射理论及其近似理论。包括测量纳米级颗粒所使用的动态光散射原理也是借助米氏散射理论而补充完善起来的 。米氏散射理论把待测颗粒等效成各向同性的球形粒子，在入射光照射下根据麦克斯韦电磁方程组，可以求出散射光强角分布的严格数学解。 利用米氏散射理论的基本公式进一步求出此时散射光强分布对应的颗粒粒径。米氏散射理论通过测量待测样品的散射光强分布巧妙地解决了超细颗粒的粒度测量问题，但由于基于米氏理论的激光粒度测量技术本身的复杂性，提前预先设定的边界条件并不能全面地反映实际样品的具体情况。 同时商品化的激光粒度分析仪由于受生产厂家技术实力水平的限制，导致各厂家仪器的内部构造与算法程序等方面均存在差异。/pp style="text-indent: 2em "为探究粉体粒度测试评价用标准样品的特性，为激光粒度分析仪生产厂家提供优化仪器性能的理论依据，为粒度检测用户提供评价激光粒度测试结果可靠性与准确性的依据。下面我将对激光粒度仪测试结果的重要影响因素进行分析：/pp style="text-indent: 2em "（1）复折射率/pp style="text-indent: 2em "激光散射法粒度测量的对象一般是微米级的粒子，这些粒子的光学常数并不能简单看成/pp style="text-indent: 2em "粒子材料的光学性质，而是指颗粒的复折射率n’，其定义为：n‘=n+ik。其中 n 为通常所说的折射率，虚部k表示光在介质中传播时光强衰减的快慢，即吸收系数，有时也被称作吸收率。/pp style="text-indent: 2em "复折射率的选择合适与否直接影响到粒度检测结果的准确性与可靠性，但是影响待测颗粒复折射率的因素较多，难以确定其准确值，所以到目前为止在激光粒度测量领域中仍旧没有确定复折射率的统一方法 。在实际的粒度检测过程中，一般只是对同种物质使用一个固定的复折射率，这样的测量结果必然会与样品的真实值有较大偏差。 但是如果针对不同粒/pp style="text-indent: 2em "度区间的颗粒都去寻找其复折射率，却又不现实的。/pp style="text-indent: 2em "（2）折射率/pp style="text-indent: 2em "Mie 散射理论是麦克斯韦电磁方程组的严格解，激光法检测的前提假设是粉体粒子是球形且各向同性的，大多数晶体在不同的方向上有不同的折射率。由于不同厂家的设备中光能探测器的数量、空间分布位置、灵敏度的不同也会导致检测结果的差异。/pp style="text-indent: 2em "（3）内置算法/pp style="text-indent: 2em "由于光强分布的差异，不同粒度仪生产厂家所采用的软件内置算法不同，造成系数矩阵的计算结果差异，由此给反演带来不同程度的误差。/pp style="text-indent: 2em "（4）内外复折射率/pp style="text-indent: 2em "球形石英粉等颗粒，在高温环境下烧灼成型。由于既要成球，又要熔透转变为非晶型或不定形，其技术难度很高。 所以在生产过程中会有部分无定形态的熔融石英包裹在结晶石英上，以及熔融石英内部含有空心气泡。这种颗粒被称为双层颗粒，颗粒内外复折射率不同，导致激光法测量时可能带来较大误差，据相关文献，最大误差可能超过 50%。/pp style="text-indent: 2em "（5）反常异动现象/pp style="text-indent: 2em "有研究者发发现在有些折射率下对于部分粒径区间，随着粒径的变小，散射光强分布主峰会向探测器内侧移动，而正常情况下应向探测器外侧移动，从而影响粒度检测的结果。 这种现象被称为散射光能分布的反常移动现象。/pp style="text-indent: 2em "（6）分散状态/pp style="text-indent: 2em "使用激光粒度仪检测过程中，需注意保证待测颗粒处于良好的分散状态。 当前市面上的主流激光粒度仪， 基本上都带有离心循环分散和超声分散两种分散模式，所以对于这种类型仪器的用户，不建议测试前的机外分散， 因为在用烧杯将分散后的溶液导入循环槽的过程中极易在杯底残留部分大颗粒，导致测试结果产生误差。 在仪器中分散样品时，应注意根据物料性质调整超声和离心循环分散的功率，太大容易导致气泡的产生，太小则容易导致分散效果变差和大颗粒沉底。/pp style="text-indent: 2em "（7）仪器的保养程度/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪的保养程度，对检测结果有较大影响。激光粒度仪需要定期标定维护。在实际的使用过程中发现，部分样品极易在测试过程中附着在仪器的管路内部，从而混入之后的测试样品中带来测试误差。而仪器自带的清洗功能很难解决这类问题，需要在激光粒度测量中引起足够重视。/pp style="text-indent: 2em "鉴于激光粒度测量过程中的影响因素过多，各种样品不同粒级区间的复折射率难以确定，所以目前来看并没有可靠地依据来证明激光粒度测试的准确性，这也是激光粒度检测急需解决的问题。在对粉体粒度要求较高的领域，可以采用多种粒度检测手段，综合比较检测结果，来得到较为可靠的粉体粒度值。此外研制并推广国家及行业内认可的激光粒度分析标准样品，也是一个解决激光粒度检测差异性的实用方法。/p

锂离子电池产业作为我国“十二五”和“十三五”期间重点发展的新材料、新能源、新能源汽车三大产业中的交叉产业，国家出台了一系列支持锂离子电池产业发展的支持政策，直接带动了我国锂离子电池行业的持续高速增长。为了规范锂离子电池行业的健康稳健发展，国家相关部门先后制订了涉及到锂离子电池全产业链的相关行业标准，而相关电池材料的粒度分布检测就是其中一项重要检测指标。下面，我们看一看这些行业标准对粒度分布的相关规定。锂离子电池材料粒度分布要求电池材料的粒度分布影响电池材料的物理性能及电化学性能，进而影响锂离子电池的容量、能量密度、充放电性能、循环性能及安全性能等。在锂离子电池材料中，需要检测粒度的粉体材料主要有正极材料及原材料、负极材料及原材料、导电添加剂、电解质、隔膜涂覆材料。正负极材料正极材料颗粒的粒径越小，越有利于Li+的嵌入和脱嵌，有利于提升锂离子电池的倍率性能；同时，粒径越小的材料首次容量越高。但是，粒径越小的材料比表面积越大，颗粒表面能升高，易团聚并与电解液发生副反应，电池内阻升高，充放过程中会积聚过多能量，温度升高，从而导致安全隐患；同时，粒径越小的材料不可逆容量增加，降低电池的循环性能。如果材料中混入少数超大颗粒，会导致在极片生产过程中出现划痕、断带现象，严重影响产品质量。粒径较小的负极材料具有较大的首次容量，但不可逆容量也较大；随着粒径增大，首次充放电容量降低，不可逆容量减少。同时，粒径越小的颗粒，越有利于Li+的嵌入和脱嵌，有利于提升电池的倍率性能。如果材料中混入少数超大颗粒，会导致在极片生产过程中出现划痕、断带现象，严重影响产品质量。正极材料和负极材料原料的颗粒的粒径大小影响到正极材料和负极材料的生产工艺控制及成品性能。比如，三元前驱体的粒度影响三元材料的煅烧时间及晶粒大小一致性。粒径越小的前驱体煅烧时间越短；粒径分布越窄的前驱体，煅烧时热量从材料表面传导到材料中心的时间一致性越高，晶粒生长时间一致性越高，晶粒大小一致性也越高。碳酸锂作为正极材料的锂源材料，粒度大小对正极材料的生产工艺和性能也有着重大影响。导电添加剂导电添加剂颗粒的粒径太小，容易发生团聚，不能与活性物质充分接触，导致导电作用降低；如果粒径太大，导电添加剂颗粒不能嵌入到活性物质中，同样会降低导电添加剂的导电作用。如果材料中混入少数超大颗粒，会导致在极片生产过程中出现划痕、断带现象，严重影响产品质量。对于电解液的电解质来说，电解质颗粒大小越均匀，电解液性能的一致性越好。电解液作为锂离子电池的血液，承担着运输锂离子的重任，质量的好坏直接影响锂离子电池的电化学性能，并很大程度上影响锂离子电池的安全性能。涂覆隔膜涂覆隔膜是在基膜的单面或双面涂覆一层氧化铝、二氧化硅等粉体无机材料，从而提升隔膜的高温性能、穿刺强度、亲液性能等。涂覆材料粒度大小及分布对涂覆隔膜的性能起着决定性的作用。以最常用的氧化铝涂覆隔膜为例，一般采用亚微米级别的α相氧化铝材料，颗粒大小适中且粒度均匀的氧化铝能很好地粘接到隔膜表面，不会堵塞膜孔，成孔均匀，能够提高隔膜的耐高温性能和热收缩率，能够改善隔膜对电解液的亲和性，同时保持较好的机械性能，从而提高锂电池的安全性能。氧化铝涂层的粒径越大，隔膜的厚度会增加，隔膜的化学性能会迅速下降。综上所述，粒度分布测试已成为提升锂离子电池性能的重要检测手段，选择一款高性能的激光粒度分析仪就成为了研发机构、材料生产厂家、电芯生产厂家的共同需求。一款好的激光粒度分析仪应该具备良好的测试结果的真实性、重现性、分辩能力、易操作性等。测试结果的真实性是指测试结果能够反映颗粒的真实大小，尽管粒度测量不宜引用“准确性”这一指标，但这并不意味着测量结果可以漫无边际地乱给。测试结果的真实性是激光粒度分析仪最根本的分析性能，如果没有测试结果的真实性做基础，仪器的重复性、重现性等其它性能就失去了讨论的意义。测试结果的重现性是指将同一批样品多次取样的测试结果的重复误差，误差越小，表示重现性越好。重现性的好坏取决于仪器获取光能分布数据的稳定性、对杂散光的控制能力、对中精确度、光源和背景的稳定性、进样器的分散性能等。只有具备良好重现性的仪器才能对测试样品的粒度分布进行可靠的评价，有利于用于多个样品之间差异的准确识别。激光粒度分析仪的分辨能力指的是仪器对样品不同粒径颗粒的测量分辨能力以及对给定粒度等级中颗粒含量的微小变化识别的灵敏程度。一般来说，除了影响重现性的因素外，散射光能分布角度和光强的获取，低背景噪声的光学电子设计，高精度的模数转换及反演计算水平都对仪器的分辨能力有较大影响。只有高分辩能力的仪器才能准确识别测试样品的细微粒径变化。激光粒度分析仪的原理结构激光粒度分析仪的易操作性是指操作简单、故障率低、易于日常维护保养。如果仪器的易操作性不高，即便有良好的测试性能，也不能高效满足用户的测试需求。Topsizer激光粒度分析仪和Topsizer Pus激光粒分析仪就是这样两款在锂离子电池行业被广泛应用的高性能激光粒度分析仪。量程宽、重现性好、分辨能力强、自动化程度高、故障率低等优异性能保证了测试结果和分析能力，而且与国内外、行业上下游黄金标准保持一致，不仅为用户节省了方法开发和方法转移上的时间和成本，更重要的是可以避免粒径检测不准带来的经济损失和风险，无论在产品研发、过程控制还是质量控制上，都能够为用户带来真正的价值。● 测试范围：0.02-2000μm（湿法），0.1-2000μm（干法）● 重复性：≤0.5%（标样D50偏差）● 准确性：≤±1%（标样D50偏差）● 测量速度：常温测量10秒内完成欧美克Topsizer激光粒度分析仪Topsizer激光粒度分析仪是珠海欧美克仪器有限公司于2010年被英国思百吉集团全资收购后，利用思百吉集团的全球资源全新打造的旗舰产品，具有量程宽、重现性好、精度高、测试结果真实、自动化程度高等诸多优点，真正站在了当前粒度检测领域的前沿。● 测试范围：0.01-3600μm（湿法），0.1-3600μm（干法）● 重复性：≤0.5%（标样D50偏差）● 准确性：≤±0.6%（标样D50偏差）● 测量速度：常温测量10秒内完成欧美克Topsizer Plus激光粒度分析仪Topsizer Plus激光粒度分析仪是继广受赞誉的Topsizer 后，作为马尔文帕纳科的全资子公司，珠海欧美克仪器有限公司推出的又一款高端粒度分析仪器。该仪器引入了国际先进的光学设计，结合欧美克近30年的技术积累，采用全球化的供应链体系，使激光衍射法的测试范围达0.01-3600um。Topsizer Plus保持了Topsizer量程宽、重复性好、分辨力高、真实测试性能强和智能化程度高等优点，通过进一步提升光学设计、硬件和反演算法，拓展了其测试范围以及实际测试性能，代表了当前国产激光粒度仪的技术水平。

激光雷达是集激光、全球定位系统（GPS）、和IMU（惯性测量装置）三种技术于一身的系统，相比普通雷达，激光雷达具有分辨率高，隐蔽性好、抗干扰能力更强等优势。随着科技的不断发展，激光雷达的应用越来越广泛，在机器人、无人驾驶、无人车等领域都能看到它的身影，有需求必然会有市场，随着激光雷达需求的不断增大，激光雷达的种类也变得琳琅满目，按照使用功能、探测方式、载荷平台等激光雷达可分为不同的类型。激光雷达类型图激光雷达按功能分类激光测距雷达激光测距雷达是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。传统上，激光雷达可用于工业的安全检测领域，如科幻片中看到的激光墙，当有人闯入时，系统会立马做出反应，发出预警。另外，激光测距雷达在空间测绘领域也有广泛应用。但随着人工智能行业的兴起，激光测距雷达已成为机器人体内不可或缺的核心部件，配合SLAM技术使用，可帮助机器人进行实时定位导航，实现自主行走。思岚科技研制的rplidar系列配合slamware模块使用是目前服务机器人自主定位导航的典型代表，其在25米测距半径内，可完成每秒上万次的激光测距，并实现毫米级别的解析度。激光测速雷达激光测速雷达是对物体移动速度的测量，通过对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，从而得到该被测物体的移动速度。激光雷达测速的方法主要有两大类，一类是基于激光雷达测距原理实现，即以一定时间间隔连续测量目标距离，用两次目标距离的差值除以时间间隔就可得知目标的速度值，速度的方向根据距离差值的正负就可以确定。这种方法系统结构简单，测量精度有限，只能用于反射激光较强的硬目标。另一类测速方法是利用多普勒频移。多普勒频移是指目标与激光雷达之间存在相对速度时，接收回波信号的频率与发射信号的频率之间会产生一个频率差，这个频率差就是多普勒频移。激光成像雷达激光成像雷达可用于探测和跟踪目标、获得目标方位及速度信息等。它能够完成普通雷达所不能完成的任务，如探测潜艇、水雷、隐藏的军事目标等等。在军事、航空航天、工业和医学领域被广泛应用。大气探测激光雷达大气探测激光雷达主要是用来探测大气中的分子、烟雾的密度、温度、风速、风向及大气中水蒸气的浓度的，以达到对大气环境进行监测及对暴风雨、沙尘暴等灾害性天气进行预报的目的。跟踪雷达跟踪雷达可以连续的去跟踪一个目标，并测量该目标的坐标，提供目标的运动轨迹。不仅用于火炮控制、导弹制导、外弹道测量、卫星跟踪、突防技术研究等，而且在气象、交通、科学研究等领域也在日益扩大。按工作介质分类固体激光雷达固体激光雷达峰值功率高，输出波长范围与现有的光学元件与器件，输出长范围与现有的光学元件与器件(如调制器、隔离器和探测器）以及大气传输特性相匹配等，而且很容易实现主振荡器-功率放大器（MOPA）结构，再加上效率高、体积小、重量轻、可靠性高和稳定性好等导体，固体激光雷达优先在机载和天基系统中应用。近年来，激光雷达发展的重点是二极管泵浦固体激光雷达。气体激光雷达气体激光雷达以CO2激光雷达为代表，它工作在红外波段 ，大气传输衰减小，探测距离远，已经在大气风场和环境监测方面发挥了很大作用，但体积大，使用的中红外 HgCdTe探测器必须在77K温度下工作,限制了气体激光雷达的发展。半导体激光雷达半导体激光雷达能以高重复频率方式连续工作，具有长寿命，小体积，低成本和对人眼伤害小的优点，被广泛应用于后向散射信号比较强的Mie散射测量，如探测云底高度。半导体激光雷达的潜在应用是测量能见度，获得大气边界层中的气溶胶消光廓线和识别雨雪等，易于制成机载设备。目前芬兰Vaisala公司研制的CT25K激光测云仪是半导体测云激光雷达的典型代表，其云底高度的测量范围可达7500m。按线数分类单线激光雷达单线激光雷达主要用于规避障碍物，其扫描速度快、分辨率强、可靠性高。由于单线激光雷达比多线和3D激光雷达在角频率和灵敏度反映更加快捷，所以，在测试周围障碍物的距离和精度上都更加精 确。但是，单线雷达只能平面式扫描，不能测量物体高度，有一定局限性。当前主要应用于服务机器人身上，如我们常见的扫地机器人。多线激光雷达多线激光雷达主要应用于汽车的雷达成像，相比单线激光雷达在维度提升和场景还原上有了质的改变，可以识别物体的高度信息。多线激光雷达常规是2.5D，而且可以做到3D。目前在国际市场上推出的主要有 4线、8线、16 线、32 线和 64 线。但价格高昂，大多车企不会选用。按扫描方式分类MEMS型激光雷达MEMS 型激光雷达可以动态调整自己的扫描模式，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机械激光雷达无法实现的。MEMS整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到 2D 扫描模式。Flash型激光雷达Flash型激光雷达能快速记录整个场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦，它运行起来比较像摄像头。激光束会直接向各个方向漫射，因此只要一次快闪就能照亮整个场景。随后，系统会利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。Flash LiDAR有它的优势，当然也存在一定的缺陷。当像素越大，需要处理的信号就会越多，如果将海量像素塞进光电探测器，必然会带来各种干扰，其结果就是精度的下降。相控阵激光雷达相控阵激光雷达搭载的一排发射器可以通过调整信号的相对相位来改变激光束的发射方向。目前大多数相控阵激光雷达还在实验室里呆着，而现在仍停留在旋转式或 MEMS 激光雷达的时代，机械旋转式激光雷达机械旋转式激光雷达是发展比较早的激光雷达，目前技术比较成熟，但机械旋转式激光雷达系统结构十分复杂，且各核心组件价格也都颇为昂贵，其中主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC以及位置和导航器件等。由于硬件成本高，导致量产困难，且稳定性也有待提升，目前固态激光雷达成为很多公司的发展方向。按探测方式分类直接探测激光雷达直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度。相干探测激光雷达相干探测型激光雷达有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径，并由发送-接收开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与接收信号使用，发送-接收开关自然不再需要，其余部分与单稳系统相同。按激光发射波形分类连续型激光雷达从激光的原理来看，连续激光就是一直有光出来，就像打开手电筒的开关，它的光会一直亮着（特殊情况除外）。连续激光是依靠持续亮光到待测高度，进行某个高度下数据采集。由于连续激光的工作特点，某时某刻只能采集到一个点的数据。因为风数据的不确定特性，用一点代表某个高度的风况，显然有些片面。因此有些厂家折中的办法是采取旋转360度，在这个圆边上面采集多点进行平均评估，显然这是一个虚拟平面中的多点统计数据的概念。脉冲型激光雷达脉冲激光输出的激光是不连续的，而是一闪一闪的。脉冲激光的原理是发射几万个的激光粒子，根据国际通用的多普勒原理，从这几万个激光粒子的反射情况来综合评价某个高度的风况，这个是一个立体的概念，因此才有探测长度的理论。从激光的特性来看，脉冲激光要比连续激光测量的点位多几十倍，更能够精确的反应出某个高度风况。按载荷平台分类机载激光雷达机载激光雷达是将激光测距设备、GNSS设备和INS等设备紧密集成，以飞行平台为载体，通过对地面进行扫描，记录目标的姿态、位置和反射强度等信息，获取地表的三维信息，并深入加工得到所需空间信息的技术。在军民用领域都有广泛的潜力和前景。机载激光雷达探测距离近，激光在大气中传输时，能量受大气影响而衰减，激光雷达的作用距离在20千米以内，尤其在恶劣气候条件下，比如浓雾、大雨和烟、尘，作用距离会大大缩短，难以有效工作。大气湍流也会不同程度上降低激光雷达的测量精度。车载激光雷达车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，是一种移动型三维激光扫描系统，可以通过发射和接受激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出目标对象与车的相对距离，并利用收集的目标对象表面大量的密集点的三维坐标、反射率等信息，快速复建出目标的三维模型及各种图件数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，以达到环境感知的目的。车载激光雷达在自动驾驶“造车”大潮中扮演的角色正越来越重要，诸如谷歌、百度、宝马、博世、德尔福等企业，都在其自动驾驶系统中使用了激光雷达，带动车载激光雷达产业迅速扩大。地基激光雷达地基激光雷达可以获取林区的3D点云信息，利用点云信息提取单木位置和树高，它不仅节省了人力和物力，还提高了提取的精度，具有其它遥感方式所无法比拟的优势。通过对国内外该技术林业应用的分析和对该发明研究后期的结果验证，未来将会在更大的研究区域利用该技术提取各种森林参数。星载激光雷达星载雷达采用卫星平台，运行轨道高、观测视野广，可以触及世界的每一个角落。为境外地区三维控制点和数字地面模型的获取提供了新的途径，无论对于国防或是科学研究都具有十分重大意义。星载激光雷达还具有观察整个天体的能力，美国进行的月球和火星等探测计划中都包含了星载激光雷达，其所提供的数据资料可用于制作天体的综合三维地形图。此外，星载激光雷达载植被垂直分布测量、海面高度测量、云层和气溶胶垂直分布测量以及特殊气候现象监测等方面也可以发挥重要作用。通过以上对激光雷达特点、原理、应用领域等介绍，相信大家也能大致了解各类激光雷达的不同属性了，眼下，在激光雷达这个竞争越来越激烈的赛道上，打造低成本、可量产、的激光雷达是很多新创公司想要实现的梦想。但开发和量产激光雷达并不容易。丰富的行业经验和可靠的技术才能保障其在这一波大潮中占据主导地位。

p style="text-indent: 2em "本文简述了作者团队近几年已经完成的部分研究成果或已经发现而正在解决的激光粒度仪的理论和技术问题。用户了解这些内容对正确认识和更好利用粒度仪器及其输出的测试结果会有所裨益。/pp style="text-indent: 2em "1 爱里斑的反常变化（Anomalous Change of Airy disk，简称ACAD ）对及其对激光粒度测量的影响/pp style="text-indent: 2em "前文已经叙述过，激光粒度仪是建立在“颗粒越大，散射光斑（爱里斑）越小”这一物理现象之上的。这一现象使得爱里斑的尺寸与颗粒大小呈现一一对应关系。而作者团队的研究成果（参见论文：L. Pan, F. Zhang, et al. Anomalous change of Airy disk with changing size of spherical particles [J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2016,170: 83-89）表明，这种物理现象对吸收性颗粒来说，或者透明颗粒从粒径变化的大尺度上看是正确的。但如果颗粒是透明的，那么从某些较小的粒径区间看，有时会出现相反的情况，即：颗粒越大，爱里斑也越大。我们把这种现象称作爱里斑的反常变化（英文简称“ACAD”）。/pp style="text-indent: 2em "下图是基于Mie散射理论，用数值计算的方法绘制的散射光斑模拟图，形象地显示出光斑大小的变化。这里假定颗粒分散在折射率为1.33的水介质中，照明光波长0.633微米。先看第一行，颗粒折射率取1.59，故相对折射率为1.20。从（a1）到（a4），颗粒直径分别为2.88μm, 3.28μm, 5.30μm, 6.06μm，逐步增大；对应的散射光斑角半径（从亮斑中心到第一个暗环的角距离）分别为8.09° ，13.06° ，5.08° ，7.90° ，时大时小。粒径从2.88μm增大到3.28μm,时，爱里斑尺寸则从8.09° 增大到13.06° ，属于反常变化；粒径从5.30μm增大到, 6.06μm，爱里斑尺寸从5.08° 增大到7.90° ,也属于反常变化。图7中的（b1）到（b4）是m 为1.1，颗粒直径分别为5.91μm，6.82μm，10.90μm，11.81μm对应的散射光斑，角半径分别为4.24° ，7.02° ，2.61° ，4.35° ，也是振荡减小的。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/3ad14d66-db52-460b-b9e1-ba3ee2c52995.jpg" title="1.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong 爱里斑图像随着粒径增大而变化/strong/pp style="text-indent: 2em "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/4f396c68-da7c-44fd-8227-d1b3f65bcafc.jpg" title="2.png"//pp style="text-indent: 2em "图中红色曲线是根据Fraunhofer衍射理论得到的爱里斑尺寸随无因次参量的变化，它是一条单调下降的曲线。蓝色曲线是根据Mie理论计算的透明颗粒的爱里斑尺寸变化曲线，可以看出它是振荡的。我们把爱里斑尺寸随粒径的增大而增大的粒径区域，称为“反常区”。图中还表达出折射率实部仍然取1.2，但颗粒有吸收时爱里斑尺寸的变化。可以看出，随着吸收系数的增大，反常现象会逐步消失。在该图所设定的情形中，吸收系数达到0.1时，反常现象即完全消失（绿色曲线）。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/9059b5e1-eadd-4451-b427-f6642c42419e.jpg" title="3.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong 爱里斑尺寸随粒径变化曲线/strong/pp style="text-indent: 2em "凭直觉我们就能想到，反常现象的存在可能导致爱里斑尺寸与颗粒大小不再一一对应，从而使得仪器根据光能分布反演粒度分布产生困难。作者团队进一步的研究表明，爱里斑的振荡随着粒径的增长会反复出现直至永远。其振荡周期会趋近于一个常数。而反常现象对粒度分布反演的困扰主要发生在第一个反常区（参考文献：L. Pan, B. Ge, and F. Zhang. Indetermination of particle sizing by laser diffraction in the anomalous size ranges[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2017, 199:20-25）。/pp style="text-indent: 2em "作者团队已经推导出第一个反常区的中心粒径（反常区内Mie理论曲线与Fraunhofer曲线的交点）公式为：/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/be81374b-33fc-4075-a312-18647c7e952f.jpg" title="4.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 2em "从上式可以看出，反常现象对任意折射率的透明颗粒都存在。颗粒折射率越大，第一个反常中心的数值就越小。当被测颗粒的粒径分布落在反常区域，即上述公式给出的粒径位置周围时，将出现两个不同的粒度分布对应于相同的光能分布的情况，从而给粒度分布的反演带来不确定或者错误的结果。对此现象，各激光粒度仪厂商各有应对的方法，比如，真理光学的研发团队就在对ACAD现象深入研究的基础上，成功地解决了该现象对粒度测量的困扰，并已应用在真理光学的激光粒度仪产品中。/pp style="text-indent: 2em "2 平行平板测量池带来的全反射盲区/pp style="text-indent: 2em "所谓“全反射”就是当光线从折射率较大的空间（光密媒质）射向折射率较小的空间（光疏媒质）时，如果入射角较大，则光线将全部反射回光密媒质，不能传播到光疏媒质中。在激光粒度仪中，如果用液体分散待测颗粒（称为“湿法测量”），由于光电探测器总是安装在空气中，那么散射光就是从光密媒质向光疏媒质传播。目前市面上流行的激光粒度仪都是用平行平板玻璃作为测量池的窗口，这就会带来全反射的问题。如下图所示，当散射角比较小时，散射光能够穿过平行平板玻璃进入到空气，从而被光电探测器接收。假设分散介质是水（折射率1.33），那么根据折射定律可以算出全反射角为48.57° ，即在入射光垂直于玻璃表面的情况下，当散射角达到该角度时，光线进入空气的折射角等于90° （称为“全反射临界角”）；当散射角继续增大，散射光将全部被玻璃-空气界面反射，回到测量池内，故称全反射。此时没有任何散射光出射到空气中。实际上置于空气中的探测器不可能摆在90° 的方向，常见的最大角为70° 左右，对应于水中的散射角为45° 。所以对前向散射来说，仪器只能接收散射角小于45° 的散射光。45° 到90° 的散射光不能被探测，这个角度范围即为测量盲区。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/62269a7f-254a-4c5d-8872-c0062969f795.jpg" title="5.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong散射光在平行平板玻璃测量池内的全反射现象示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "对采用平行平板玻璃的测量池，即使设置了后向散射探测器，其后向能接收的最小散射角为135° （=180° -45° ）。就是说45° 到135° 之间是测量盲区。该盲区对应于0.3到0.1微米的颗粒。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/51eeae4c-813c-4ec8-90a6-5f99ce16cd00.jpg" title="6.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center " strong双光束照明的光学结构/strong/pp style="text-indent: 2em "引入另一束不同波长的照明光（以下称为“辅助照明光”或“辅助光束”），是加强激光粒度仪对亚微米颗粒测量能力的一种手段，如上图所示。一般来说辅助光束应该以较大的倾斜角入射到测量池中，从而使得测量池内大于45° 的散射光也能出射到空气中。例如，辅助光从空气入射到测量池的入射角为43° ，则对应于水中的倾斜角为31° 。该光束被颗粒散射后，逆时针方向最大76° （=31+45）的散射光，相对于水-玻璃界面，入射角也只有45° ，所以能够出射到空气中被探测器接收。另一方面，辅助光一般采用波长较短的蓝光，以扩展测量下限。/pp style="text-indent: 2em "真理光学则采用了梯形玻璃的测量窗口，能够较好地解决全反射对亚微米颗粒测量的影响。下图是真理光学LT3600plus激光粒度仪的结构示意图。该仪器包含了多项创新成果。就激光粒度仪的核心技术之一——光学结构来说，主要有两项：一是用一体化的偏振滤波取代了传统的针孔滤波，使仪器的抗震能力极大地提高，完全避免了针孔滤波所固有的易偏移，难调节的麻烦；二是用独创的改进型梯形窗口取代了传统的平板窗口。本文重点讨论第二点。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/fe3173a2-dec7-4250-bf55-92c9a964348d.jpg" title="7.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong真理光学LT3600plus的光学结构示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "梯形玻璃测量池的工作原理见下图。在这种结构中，前向的平板玻璃被换成了梯形玻璃，同时在梯形玻璃的平行面与斜面相交的棱上加了一片防串条，并且给超大角探测器设置了遮光格栅。当光轴上方的超大角（大于全反射角）散射光传播到玻璃—空气界面时，正好落在玻璃的斜面上。此时散射光到达斜面的入射角总是小于玻璃-空气界面的全反射角，因此能够出射到空气中，从而解决了平板玻璃结构的全反射问题。必须说明的是，这种梯形结构20多年前就有人提出过。但是这种结构在应用中存在一个麻烦的问题，就是从平面出射的散射光和从斜面出射的散射光在空气中会相互串扰。真理光学通过前述的防串条和遮光格栅，巧妙地解决了串扰问题，故此能把梯形玻璃测量池应用在实际的粒度仪中。该方案用一束照明光解决了全反射盲区问题。下图（第二张）是LT3600Plus仪器对对0.1、0.2、0.4、0.5、1.0微米单分散标准颗粒的测量结果综合。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/24748398-5f6f-41b3-9d65-6a2a6dfd5d7b.jpg" title="8.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center " strong改进的梯形玻璃测量池工作原理图（不包含后向接收）/strong/pp style="text-indent: 0em "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/0f4aa241-55ef-4927-b1b4-8ff2a4bb20e1.jpg" title="9.jpg"//strong/ppbr//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong LT3600Plus测量各种亚微米颗粒的结果综合/strong/pp style="text-indent: 2em "3 折射率数据获取的困难及解决之道/pp style="text-indent: 2em "用激光粒度仪测量样品时，需要预先输入样品的折射率。折射率数值如果不对，将导致错误的测量结果。目前一般是通过查找文献资料获得颗粒的折射率数值（粒度仪厂家虽然在仪器软件中也提供了部分物质的折射率数据，但也是从公开的文献中引用过来）。但是在实际操作中，折射率数据的问题，还是会困扰激光粒度仪的使用。主要原因是：/pp style="text-indent: 2em "（1）有些样品的折射率在公开文献中查不到；/pp style="text-indent: 2em "（2）有时查到的折射率数据与实际折射率不符。原因是：/pp style="text-indent: 2em " （2a）物质中的杂质含量会影响折射率的数值。如果待测物质的实际杂质含量与文献提供数据所对应的杂质含量不一致，那么待测物质的实际折射率与文献提供的折射率数值也不一致。/pp style="text-indent: 2em "（2b）物质的折射率随照明光的波长变化。激光粒度仪的主光束通常是红光，波长大约633纳米到655纳米。文献提供的折射率数据对应的光波长很少是这个范围的。最常见的折射率是用钠黄光（波长589纳米）测量得到的。因此实际折射率与文献提供的数值可能不一致。/pp style="text-indent: 2em "准确地获得被测颗粒的折射率，成为激光粒度仪应用的重要问题之一。/pp style="text-indent: 2em "在各种解决方法之中，真理光学的研发团队提出了一种利用激光粒度仪测量得到的散射光分布本身计算待测颗粒的折射率的方法（已申请发明专利）。可以自动测定颗粒尺寸远大于光波长情况下颗粒的折射率。/pp style="text-indent: 2em "本方法所依据的基本原理是：当颗粒的尺寸远大于光波长（典型值为10倍以上），且只考虑小角度（通常小于5º ）范围内的光强分布时，散射光分布可以用Fraunhofer衍射理论比较精确地描述。而Fraunhofer衍射理论给出的光能分布与颗粒的折射率无关，只与颗粒尺寸有关；同时在小角范围内，Fraunhofer衍射理论与Mie理论的数值高度吻合，因此我们可以根据散射光在小角范围内的分布和衍射理论确定样品的粒度分布，再利用大角散射光及前面用衍射理论获得的粒度分布，通过简单的迭代算法，计算出颗粒的折射率实部和虚部。/pp style="text-indent: 2em "4 其他问题/pp style="text-indent: 2em "衍射法粒度测量还存在一些其他的值得进一步研究的问题。例如当颗粒浓度很高时，散射光被颗粒多次散射（称为“复散射”）对测量结果的影响，颗粒形状偏离球形是怎样影响测量结果的等等，这些问题都有待研究者们继续探索下去。/pp style="text-indent: 2em "本文中，张福根博士基于自己多年来的研发成果，深入探讨了激光粒度仪存在的几个前沿问题，激光粒度仪的复杂性由此可见一斑，其未来的发展仍然让人期待。不过作为粒度粒型检测分析的重要仪器，有关激光粒度仪的话题不仅是高山流水的学术研究，同时也是日常实验检测中的亲密伙伴，在实际应用中我们应该选择什么样的激光粒度仪呢？下一篇张福根专栏|激光粒度仪选型建议将为你提供参考。/pp style="text-indent: 0em text-align: right "（作者：张福根）/pp style="text-align: left text-indent: 2em "更多精彩内容尽在a href="http://www.instrument.com.cn/zt/YYMMG" target="_self" title="" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 176, 240) "激光粒度仪应用面面观/span/a。br//p

X 产品简介3D扫描颗粒物激光雷达(3D10K)由旗云中天和浙江大学团队针对大气环保领域联合研发，系统结构紧凑，采用一体化无人值守设计，可实现大气颗粒物定点、扫描、走航、组网等观测，是高精度偏振技术与扫描技术在商业颗粒物激光雷达方面应用的先行者。激光雷达主要由四部分组成，分别为发射系统、接收系统、数据处理系统以及控制系统。发射系统包括激光光源和起偏模块；接收系统包括望远镜与接收光路；数据处理系统包括数据储存、反演、分析以及显示模块；控制系统包括电源管理模块与远程监控模块。 图1 3D扫描颗粒物激光雷达可对大气颗粒物污染实现高精度立体式探测与快速溯源（左图）。X 产品主要功能可输出产品包括：原始信号、距离校正信号、消光系数、后向散射系数、边界层高度、退偏比、AOD、云高云厚、水平/垂直能见度、污染气溶胶分类、云分类、PM浓度等。? 探测大气气溶胶(颗粒物、飘尘)垂直分布及时空演变；? 探测污染边界层的高度、垂直结构与时空演变；? 探测气溶胶水平分布及时空演变，实现大气能见度测量；? 实现颗粒物类型识别(城市、沙尘、烟尘、扬尘等)及污染快速溯源；? 实现雾/霾的识别及探测其时空演变；? 实现城市颗粒物通量的监测；? 评估污染长距离传输潜力。X 产品应用n 应用领域：环保、航空、应急等应用和科研领域。X 主要技术指标激光器波长532nm脉冲能量5mJ重复频率10Hz发散角3mrad (扩束器前)；1mrad (扩束后)望远镜口径200mm接收视场角0.5~3mrad (可自行调节)干涉滤光片1nm探测通道偏振双通道采集方式模拟采集*探测范围80m~10km时/空分辨率7.5m/15s*观测方式定点、扫描、走航*工作方式无人值守数据产品原始信号、距离校正信号、消光系数、后向散射系数、边界层高度、退偏比、AOD、云高云厚、水平/垂直能见度、气溶胶分类、云分类、PM浓度等。*工作温度/湿度-5℃~40℃/ 0~90%RH（其他情况可定制）通讯方式RS232、RS485总线供电/功率220V/0.6kW(最大功率)重量及尺寸100kg，0.4m×0.7m×1.3m 创新点： 3D扫描颗粒物激光雷达(3D10K)由旗云中天和浙江大学团队针对大气环保领域联合研发，系统结构紧凑，采用一体化无人值守设计，可实现大气颗粒物定点、扫描、走航、组网等观测，是高精度偏振技术与扫描技术在商业颗粒物激光雷达方面应用的先行者。3D扫描颗粒物激光雷达(3D10K)

X 产品简介高光谱气溶胶激光雷达(HSR10K)由旗云中天、浙江大学和南京信息工程大学团队针对气象和环保领域联合研发，探测技术可获得远优于市场上米散射激光雷达和微脉冲激光雷达的探测范围与精度，是多波长技术与极窄带光谱鉴频技术在商业气溶胶激光雷达方面应用的先行者。激光雷达主要由四部分组成，分别为发射系统、接收系统、数据处理系统以及控制系统。发射系统包括激光光源和锁频模块；接收系统包括主、辅望远镜与接收光路；数据处理系统包括数据储存、反演、分析以及显示模块；控制系统包括电源管理模块与远程监控模块。 图1 高光谱激光雷达可更准确识别气溶胶类型和定位气溶胶分布（左图）。X 产品主要功能可输出产品包括：原始信号、距离校正信号、消光系数、后向散射系数、激光雷达比、边界层高度、退偏比、AOD、云高云厚、水平/垂直能见度、气溶胶分类、云分类等。? 探测大气气溶胶(颗粒物、飘尘)垂直分布及时空演变；? 探测云（云底、多层云）的垂直分布及时空演变；? 探测颗粒物粒子谱垂直分布及时空演变；? 探测大气边界层的高度、垂直结构与时空演变；? 探测气溶胶水平分布及时空演变，实现大气能见度测量；? 实现雾/霾的识别及探测其时空演变；? 实现气溶胶类型识别(城市、沙尘、烟尘、海盐等)及污染快速溯源；? 实现云(卷云、积云等)的形态特征及相态识别。X 产品应用n 应用领域：环保、气象、航空、应急等应用和科研领域。X 主要技术指标激光器波长355nm、532nm、1064nm脉冲能量10mJ@355nm；20mJ@532nm；30mJ@1064nm重复频率10~30Hz发散角1.5mrad (扩束器前)；0.4mrad (扩束后)能量波动3%*稳频精度30MHz*锁频功能锁频电路控制激光频率，使其保持稳定*望远镜口径(双视场)主望远镜：280mm；副望远镜：50mm接收视场角0.25~3mrad (可自行调节)干涉滤光片0.5nm*探测通道偏振双通道@355nm偏振双通道&高光谱通道@532nm米散射通道@1064nm*采集方式模拟采集+光子计数*探测范围200m~10km时/空分辨率7.5m/15s数据产品原始信号、距离校正信号、消光系数、后向散射系数、激光雷达比、边界层高度、退偏比、AOD、云高云厚、水平/垂直能见度、气溶胶分类、云分类等。*工作温度/湿度-10℃~40℃/ 0~90%RH（其他情况可定制）通讯方式CAN总线供电/功率220V/2.6kW(最大功率)重量及尺寸~300kg，1.3m×1.0m×1.9m 创新点： 高光谱气溶胶激光雷达(HSR10K)由旗云中天和浙江大学团队针对气象和环保领域联合研发，探测技术可获得远优于市场上米散射激光雷达和微脉冲激光雷达的探测范围与精度，是多波长技术与极窄带光谱鉴频技术在商业气溶胶激光雷达方面应用的先行者。 旗云中天高光谱气溶胶激光雷达HSR10K

太赫兹波在通讯和成像等方面颇具应用价值。强场超快激光与物质非线性相互作用是产生太赫兹波的重要方式之一。等离子体、气体、晶体等太赫兹产生介质相关的实验与理论研究较为充分。然而，液体水是很强的太赫兹波吸收介质，尚未有其产生太赫兹波的报道。2017年，实验发现，液体薄膜厚度或液体束直径降到微米量级时，太赫兹波的辐射大于吸收。这开启了液体太赫兹波研究的新方向。近年来，液体太赫兹波领域有实验报道，但实验观测到的较多现象均与其他介质的结果不同。例如：单色激光场可以有效地产生液体太赫兹波，而气体介质需要特定相位差的双色激光；液体太赫兹波的产率与驱动激光的能量是正比关系，而气体介质中是平方关系；在一定范围内液体太赫兹波的产率随激光的脉冲宽度的增加而增加，而气体介质相反；在双色激光的驱动下，液体太赫兹波出现非调制信号，在气体介质中却未见类似信号。复杂无序的液相体系的理论研究一直是难题，以上现象难以用已有理论来解释。科研人员只能基于之前的等离子体模型和界面效应等，来解释一些高光强下的宏观实验结果。近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员卞学滨和博士研究生李正亮，提出了产生液体太赫兹波的位移电流模型，可以系统解释上述实验观测到的系列反常现象。该微观机制模型的物理图像如图所示：液体的无序结构使得电子波包局域化，同时不同分子的外层电子的能量受到环境的影响而发生移动，在强场激光的作用下不同分子的外层电子发生跃迁，产生非对称体系的位移电流。这些跃迁的能量差在太赫兹能量区域，进而辐射出太赫兹波。同时，该工作表明原子核的量子效应起到关键作用，并预言太赫兹辐射可以研究液体的同位素效应。关于液体中激光诱导太赫兹（THz）辐射的实验研究取得了长足进展。液体太赫兹显示出许多不同于气体和等离子体太赫兹的独特特征。例如，液体太赫兹可以通过单色激光有效产生。驱动脉冲持续时间越长，产生率越高。它还与激发脉冲能量成线性关系。在双色激光场中，测量到了意想不到的未调制太赫兹场，其对驱动激光能量的依赖性与调制太赫兹波完全不同。然而，由于难以描述复杂无序液体中的超快动力学，其潜在的微观机制仍不清楚。在此，提出了一个位移电流模型并且理论成功地再现了实验观测结果。此外，理论上还可进一步用于研究太赫兹辐射在 H2O 和 D2O 中的核量子效应。这项工作为研究块状液体中太赫兹辐射的起源提供了基本见解。上述成果是卞学滨团队在液相强场超快动力学研究领域继高次谐波统计涨落模型之后的又一理论进展。相关研究成果以Terahertz radiation induced by shift currents in liquids为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。液体太赫兹波产生的原理图

自然界中很多物质属于颗粒，例如黏土、沙子和灰尘；人类的食物也往往是颗粒，例如谷粒、豆子、盐和蔗糖；很多加工物，例如煤炭、催化剂、水泥、化肥、颜料、药物和炸药也大多属于粉体或颗粒。颗粒学是一门多交叉学科，由多基础科学和大量相关的应用技术组成，涉及化学、物理、数学、生物、医学、材料等若干基础科学，与工艺、工程应用技术密切相关。颗粒（包括固体颗粒、液滴、气泡）与能源、 动力、环境、机械、医药、化工、轻工、冶金、材料、食品、集成电路、气象等行业密切相关，同时也会影响到人们的日常生活。据文献介绍，70% 以上的工业产品都涉及颗粒，近年来经常出现的沙尘暴、冬季大范围的浓雾等都与空气中的颗粒物有关。颗粒粒径和形貌是颗粒的最重要参数。上海理工大学颗粒与两相流测量研究所所长蔡小舒教授及课题组成员长期从事颗粒粒度测量方面的研究和教学工作，先后得到国家自然科学基金重点项目和面上项目、国家 863计划项目、国家 973计划项目、上海市“科技创新行动计划”纳米科技项目等多个项目的支持，开展光散射理论、基于光散射原理的多种颗粒测量方法、基于超声的多种颗粒测量方法、纳米颗粒测量方法、图像法、颗粒在线测量等方面的研究，在颗粒测量基础理论和测量方法及技术方面取得多项成果。《颗粒粒度测量技术及应用》（第一版）左图：蔡小舒教授；右图：《颗粒粒度测量技术及应用》（第一版）《颗粒粒度测量技术及应用》（第一版）是蔡小舒教授等从 20 世纪 80 年代到 2010 年二十多年在颗粒测量理论、方法、技术和应用研究的总结，反映了我国和国际上当时颗粒测量的技术水平。第一版系统介绍了颗粒的基础知识以及颗粒粒径分布的表征方法，全面系统地讨论了有关光散射颗粒粒径测量方面的基础知识，归纳总结基于散射光能测量和透射光能测量的多种颗粒测量方法、纳米颗粒粒度的测量方法以及蔡小舒教授等开展在线颗粒测量应用研究的具体例子。成为从事颗粒测量技术研究和仪器开发的研究人员和工程技术人员的最主要参考书，也是众多涉及颗粒制备与应用的科技人员的重要参考书。时任中国颗粒学会名誉理事长的郭慕孙院士对该书的出版表示肯定，并为该书作序，推荐给从事颗粒研究、加工、应用的科技人员。随着科技的发展，颗粒测量技术也在不断迎来新的挑战、迈向新的高度。颗粒测量方法、技术和仪器有了很大的发展进步，出现了不少新的技术和仪器，远心镜头、液体变焦镜头、各种新型激光光源和发光二极管（LED）光源等光电子技术和计算机技术等硬件技术的发展，以及金属氧化物半导体器件（CMOS）技术的发展推动了各种数字相机技术的飞速发展。颗粒粒度涉及的范围也越来越广泛：▪ 大气环境污染，雾霾使得 PM2.5 成为家喻户晓的名词，新冠病毒的传播更使气溶胶这样的专业词汇得到普及。▪ 纳米颗粒、生物颗粒、微泡、药物颗粒、能源颗粒等新的颗粒应用以及越来越广泛的在线测试需求促进了颗粒测试技术的快速发展。高浓度纳米颗粒粒度测量探针▪ 大数据分析、人工智能算法等手段被引入到测量数据的处理中。众多领域对颗粒测试的需求、软硬件技术的发展等诸多因素，催生出许多新的颗粒测量方法和技术手段。例如，图像测量方法不再局限于对微米级以上颗粒的成像测量，也应用于纳米颗粒的粒度测试；又如，将图像测量方法与光散射等其他方法融合，形成了多种包括气溶胶等在内的在线颗粒测量新方法。纳米颗粒粒度仪 很显然，颗粒测量技术的飞速发展使得 2010 年出版的《颗粒粒度测量技术及应用》一书已不能满足当前颗粒研究者的需要，内容亟需更新。经典再版 全面更新为此，在化学工业出版社的支持下和国家科学技术学术著作出版基金的再次资助下，第二版图书于2023年1月正式出版了。第二版图书在保持上一版结构框架的基础上，对图书内容进行了重新撰写，主要体现在以下几方面：▪ 对部分章节结构作了调整，如将原第 7 章“纳米颗粒的测量”中，有关动态光散射原理的纳米颗粒测量内容并入第 5 章“动态光散射法纳米颗粒测量技术”，有关超声纳米颗粒测量的内容并入第 6 章“超声法颗粒测量技术”，将第 7 章改写成“图像法颗粒粒度测量技术”。▪ 补充了作者团队自第一版出版后 12 年来在光散射理论及测量、超声理论及测量、图像法测量、纳米颗粒测量、多方法融合测量、在线测量等技术及应用的研究成果。▪ 补充修订了与颗粒测量相关的国际标准和国家标准目录等内容。▪ 本书不仅可作为从事颗粒相关研究和应用的科研与工程技术人员的主要参考书，也可供相关专业研究生学习和参考。本书作者深深感谢郭慕孙先生生前的支持和鼓励，谨以本书第二版出版纪念郭慕孙先生逝世10周年。《颗粒粒度测量技术及应用》（第二版）「聚焦颗粒测量技术」「注重技术发展与应用」蔡小舒 苏明旭 沈建琪 等著责任编辑：李晓红书号:978-7-122-42009-1定价：198.00元▲ 长按识别 即可优惠购买本书图书分为四部分。第一部分介绍了颗粒粒度的基本知识；第二部分系统介绍了光散射理论、超声散射理论和图像处理理论等，以及基于上述理论发展的各种颗粒测量技术，其粒度测量范围覆盖了在科学研究及各领域和行业应用涉及的从纳米到毫米粒度范围；第三部分介绍了颗粒粒度测量仪器和应用，并引入其它颗粒测量技术作为补充；第四部分为作者多年来收集的大量物质的折射率和其它物性参数，以及国际和国内有关颗粒测量的标准等资料。本书适合从事颗粒科学研究与应用的科研人员和工程技术人员参考，也可作为高等学校相关学科教师和研究生的教材或参考书。# 目录预览 #第1章　颗粒基本知识　/ 0011.1　概述　/ 0011.2　颗粒的几何特性　/ 0021.2.1　颗粒的形状　/ 0021.2.2　颗粒的比表面积　/ 0031.2.3　颗粒的密度　/ 0031.3　颗粒粒度及粒度分布　/ 0041.3.1　单个颗粒的粒度　/ 0041.3.2　颗粒群的粒径分布　/ 0061.3.3　颗粒群的平均粒度　/ 0111.4　标准颗粒和颗粒测量标准　/ 0131.4.1　标准颗粒　/ 0131.4.2　颗粒测量标准　/ 0171.5　颗粒测量中的样品分散与制备　/ 0171.5.1　颗粒分散方法　/ 0171.5.2　颗粒样品制备　/ 0191.5.3　常见测量问题讨论　/ 020参考文献　/ 022第2章　光散射理论基础　/ 0232.1　衍射散射基本理论　/ 0232.1.1　惠更斯-菲涅耳原理　/ 0232.1.2　巴比涅原理　/ 0252.1.3　衍射的分类　/ 0262.1.4　夫琅和费单缝衍射　/ 0262.1.5　夫琅和费圆孔衍射　/ 0282.2　光散射基本理论　/ 0302.2.1　光散射概述　/ 0302.2.2　光散射基本知识　/ 0322.2.3　经典Mie光散射理论　/ 0352.2.4　Mie散射的德拜级数展开　/ 0522.3　几何光学对散射的描述　/ 0562.3.1　概述　/ 0562.3.2　几何光学近似方法　/ 0572.4　非平面波的散射理论　/ 0642.4.1　广义Mie理论　/ 0642.4.2　波束因子的区域近似计算　/ 0692.4.3　高斯波束照射　/ 0702.4.4　角谱展开法　/ 071参考文献　/ 076第3章　散射光能颗粒测量技术　/ 0813.1　概述　/ 0813.2　基于衍射理论的激光粒度仪　/ 0843.2.1　衍射散射式激光粒度仪的基本原理　/ 0843.2.2　多元光电探测器各环的光能分布　/ 0863.2.3　衍射散射法的数据处理方法　/ 0893.3　基于Mie散射理论的激光粒度仪　/ 0933.3.1　基于Mie理论激光粒度仪的基本原理　/ 0933.3.2　粒径与光能变化关系的反常现象　/ 0963.4　影响激光粒度仪测量精度的几个因素　/ 0993.4.1　接收透镜焦距的合理选择　/ 0993.4.2　被测试样的浓度　/ 1003.4.3　被测试样轴向位置的影响　/ 1023.4.4　被测试样折射率的影响　/ 1043.4.5　光电探测器对中不良的影响　/ 1043.4.6　非球形颗粒的测量　/ 1063.4.7　仪器的检验　/ 1063.5　激光粒度仪测量下限的延伸　/ 1063.5.1　倒置傅里叶变换光学系统　/ 1083.5.2　双镜头技术　/ 1093.5.3　双光源技术　/ 1103.5.4　偏振光散射强度差（PIDS）技术　/ 1113.5.5　全方位多角度技术　/ 1123.5.6　激光粒度仪的测量上限　/ 1143.5.7　国产激光粒度仪的新发展　/ 1153.6　角散射颗粒测量技术　/ 1203.6.1　角散射式颗粒计数器的工作原理　/ 1213.6.2　角散射式颗粒计数器的散射光能与粒径曲线　/ 1223.6.3　角散射式颗粒计数器F-D曲线的讨论　/ 1243.6.4　角散射式颗粒计数器的测量区及其定义　/ 1283.6.5　角散射式颗粒计数器的计数效率　/ 1323.6.6　角散射式颗粒计数器的主要技术性能指标　/ 1323.7　彩虹测量技术　/ 1353.7.1　彩虹技术的原理　/ 1363.7.2　彩虹法液滴测量　/ 1373.8　干涉粒子成像技术　/ 1413.8.1　干涉粒子成像技术介绍　/ 1413.8.2　干涉粒子成像法颗粒测量　/ 1423.9　数字全息技术及其应用　/ 1443.9.1　数字全息技术介绍　/ 1443.9.2　数字全息技术的应用　/ 146参考文献　/ 151第4章　透射光能颗粒测量技术　/ 1584.1　消光法　/ 1584.1.1　概述　/ 1584.1.2　消光法测量原理　/ 1584.1.3　消光系数　/ 1604.1.4　消光法数据处理方法　/ 1634.1.5　消光法颗粒浓度测量　/ 1704.1.6　消光法粒径测量范围及影响测量精度的因素　/ 1704.1.7　消光法颗粒测量装置和仪器　/ 1724.2　光脉动法颗粒测量技术　/ 1744.2.1　光脉动法的基本原理　/ 1754.2.2　光脉动法测量颗粒粒径分布　/ 1784.2.3　光脉动法测量的影响因素　/ 1834.3　消光起伏频谱法　/ 1854.3.1　数学模型　/ 1854.3.2　测量方法和测量原理　/ 1884.3.3　消光起伏频谱法的发展现状　/ 197参考文献　/ 198第5章　动态光散射法纳米颗粒测量技术　/ 2025.1　概述　/ 2025.2　纳米颗粒动态光散射测量基本原理　/ 2045.2.1　动态光散射基本原理　/ 2045.2.2　动态光散射纳米颗粒粒度测量技术的基本概念和关系式　/ 2075.2.3　动态光散射纳米颗粒测量典型装置　/ 2115.2.4　数据处理方法　/ 2135.3　图像动态光散射测量　/ 2205.3.1　图像动态光散射测量方法（IDLS）　/ 2205.3.2　超快图像动态光散射测量方法（UIDLS）　/ 2225.3.3　偏振图像动态光散射法测量非球形纳米颗粒　/ 2245.4　纳米颗粒跟踪测量法（PTA）　/ 2295.5　高浓度纳米颗粒测量　/ 231参考文献　/ 234第6章　超声法颗粒测量技术　/ 2376.1　声和超声　/ 2376.1.1　声和超声的产生　/ 2376.1.2　超声波特征量　/ 2386.2　超声法颗粒测量基本概念　/ 2426.2.1　声衰减、声速及声阻抗测量　/ 2446.2.2　能量损失机理　/ 2486.3　超声法颗粒测量理论　/ 2506.3.1　ECAH 理论模型　/ 2516.3.2　ECAH理论模型的拓展和简化　/ 2626.3.3　耦合相模型　/ 2776.3.4　蒙特卡罗方法　/ 2836.4　超声法颗粒测量过程和应用　/ 2886.4.1　颗粒粒径及分布测量过程　/ 2886.4.2　在线测量　/ 2986.4.3　基于电声学理论的Zeta电势测量　/ 2996.5　超声法颗粒检测技术注意事项　/ 3006.6　总结　/ 301参考文献　/ 301第7章　图像法颗粒粒度测量技术　/ 3047.1　图像法概述　/ 3047.2　成像系统　/ 3057.2.1　光学镜头　/ 3057.2.2　图像传感器　/ 3087.2.3　照明光源　/ 3107.3　显微镜　/ 3117.4　动态颗粒图像测量　/ 3177.5　颗粒图像处理与分析　/ 3187.5.1　图像类型及转换　/ 3187.5.2　常用的几种图像处理方法　/ 3207.5.3　颗粒图像分析处理流程　/ 3237.5.4　颗粒粒径分析结果表示　/ 3237.6　图像法与光散射结合的颗粒测量技术　/ 3277.6.1　侧向散射成像法颗粒测量　/ 3277.6.2　后向散射成像法颗粒测量　/ 3307.6.3　多波段消光成像法颗粒测量　/ 3317.7　彩色颗粒图像的识别　/ 3347.7.1　彩色图像的色彩空间及变换　/ 3347.7.2　彩色颗粒图像的分割　/ 3367.8　总结　/ 338参考文献　/ 339第8章　反演算法　/ 3418.1　反演问题的积分方程离散化　/ 3418.2　约束算法　/ 3438.2.1　颗粒粒径求解的一般讨论　/ 3438.2.2　约束算法在光散射颗粒测量中的应用　/ 3458.2.3　约束算法在超声颗粒测量中的应用　/ 3548.3　非约束算法　/ 3628.3.1　非约束算法的一般讨论　/ 3628.3.2　Chahine算法及其改进　/ 3658.3.3　投影算法　/ 3678.3.4　松弛算法　/ 3688.3.5　Chahine算法和松弛算法计算实例　/ 371参考文献　/ 372第9章　电感应法（库尔特法）和沉降法颗粒测量技术　/ 3759.1　电感应法（库尔特法）　/ 3759.1.1　电感应法的基本原理　/ 3769.1.2　仪器的配置与使用　/ 3779.1.3　测量误差　/ 3809.1.4　小结　/ 3839.2　沉降法　/ 3849.2.1　颗粒在液体中沉降的Stokes公式　/ 3849.2.2　颗粒达到最终沉降速度所需的时间　/ 3869.2.3　临界直径及测量上限　/ 3879.2.4　布朗运动及测量下限　/ 3889.2.5　Stokes公式的其它影响因素　/ 3899.2.6　测量方法及仪器类型　/ 3919.2.7　沉降天平　/ 3949.2.8　光透沉降法　/ 396参考文献　/ 399第10章　工业应用及在线测量　/ 40110.1　喷雾液滴在线测量　/ 40110.1.1　激光前向散射法测量　/ 40210.1.2　消光起伏频谱法测量　/ 40410.1.3　图像法测量　/ 40510.1.4　彩虹法测量　/ 40610.1.5　其它散射法测量　/ 40810.2　乳浊液中液体颗粒大小的测量　/ 41010.3　汽轮机湿蒸汽在线测量　/ 41110.4　烟气轮机入口颗粒在线测量　/ 41410.5　烟雾在线测量探针　/ 41510.6　动态图像法测量快速流动颗粒　/ 41710.7　粉体颗粒粒度、浓度和速度在线测量　/ 41910.7.1　电厂气力输送煤粉粒径、浓度和速度在线测量　/ 41910.7.2　水泥在线测量　/ 42110.8　超细颗粒折射率测量　/ 42310.9　超声测量高浓度水煤浆　/ 42410.10　结晶过程颗粒超声在线测量　/ 42510.11　含气泡气液两相流超声测量　/ 42610.12　排放和环境颗粒测量　/ 42810.12.1　PM2.5测量　/ 42810.12.2　图像后向散射法无组织排放烟尘浓度遥测　/ 43010.12.3　图像侧向散射法餐饮油烟排放监测　/ 43210.13　图像动态光散射测量纳米颗粒　/ 43510.13.1　纳米颗粒合成制备过程原位在线测量　/ 43510.13.2　非球形纳米颗粒形貌拟球形度Ω测量　/ 43810.13.3　纳米气泡测量　/ 439参考文献　/ 440附录　/ 443附录1　国内外主要颗粒仪器生产厂商　/ 443附录2　颗粒表征国家标准和国际标准　/ 445附录3　国内外标准颗粒主要生产厂商　/ 453附录4　液体的黏度和折射率　/ 455附录5　固体化合物的折射率　/ 458附录6　分散剂类别　/ 473

在现代工业生产中，瓶口边厚仪作为一种关键的质量控制设备，广泛应用于医药、化工、食品等多个领域，尤其在玻璃瓶、塑料瓶等包装容器的生产中发挥着至关重要的作用。本文将深入探讨瓶口边厚仪的工作原理、所采用的技术或原理。一、瓶口边厚仪的工作原理概述瓶口边厚仪是一种高精度测试设备，主要用于测量玻璃瓶或塑料瓶瓶口边缘的厚度。其工作原理基于机械接触式测量技术，通过精确的传感器和数据处理系统，实现对瓶口边缘厚度的准确测量。该设备不仅具有高度的测试准确性和重复性，还能在不对被测物体造成损伤的情况下完成测量，确保测试结果的可靠性。二、机械接触式测量技术详解1. 探头组件与传感器的作用瓶口边厚仪的核心部件包括探头组件和传感器。探头组件通常采用碳纤维等轻质高强度材料制成，确保在测量过程中既能稳定接触瓶口边缘，又不会对瓶子造成损伤。传感器则负责将探头接触到的物理信号（如位移、压力等）转换为电信号，供后续数据处理系统分析。2. 信号处理与显示转换后的电信号经过信号放大器放大后，进入数据处理系统。该系统利用先进的数字信号处理技术，对信号进行滤波、去噪、线性化等处理，最终得出瓶口边缘的厚度值。测量结果通过数字显示屏实时显示，便于操作人员读取和记录。三、高精度测量的实现1. 精密的机械结构设计为了实现高精度的测量，瓶口边厚仪的机械结构设计十分精密。探头组件与瓶口边缘的接触点需保持恒定且均匀的压力，以确保测量结果的准确性。同时，设备的整体结构需具备较高的刚性和稳定性，以抵抗外界干扰和振动对测量结果的影响。2. 先进的测量算法除了精密的机械结构外，瓶口边厚仪还采用先进的测量算法对信号进行处理。这些算法能够自动校正测量过程中的系统误差和随机误差，提高测量结果的精度和稳定性。同时，算法还能实现数据的实时处理和统计分析，为质量控制提供有力支持。四、非接触式测量技术的探索虽然机械接触式测量技术在瓶口边厚测量中占据主导地位，但非接触式测量技术也在不断发展和探索中。例如，基于激光或超声波的非接触式测量技术具有不损伤被测物体、测量速度快等优点，但其在瓶口边厚测量中的应用还需进一步研究和验证。五、应用实例与市场需求1. 医药行业的应用在医药行业中，瓶口边厚仪被广泛应用于药品包装容器的质量检测中。通过测量瓶口边缘的厚度，可以评估包装容器的密封性、耐压性等关键性能指标，确保药品在储存和运输过程中的安全性和有效性。2. 化工行业的需求化工行业对包装容器的要求同样严格。瓶口边厚仪在化工瓶罐的生产过程中发挥着重要作用，通过测量瓶口边缘的厚度，可以及时发现并纠正生产过程中的偏差和缺陷，提高产品的整体质量和市场竞争力。3. 市场需求与未来展望随着工业生产的不断发展和消费者对产品质量要求的不断提高，瓶口边厚仪的市场需求将持续增长。未来，随着技术的不断进步和创新，瓶口边厚仪将更加智能化、自动化和便携化，为各行各业提供更加高效、准确的质量控制手段。六、结语 瓶口边厚仪作为现代工业生产中的重要质量控制设备，其工作原理和技术特点决定了其在多个领域中的广泛应用和重要地位。通过不断的技术创新和产品优化，瓶口边厚仪将不断提高测量精度和稳定性，为企业的质量控制和市场竞争提供有力支持。同时，我们也期待非接触式测量技术在瓶口边厚测量中的进一步发展和应用，为工业生产的智能化和自动化注入新的活力。

1.FRITSCH激光粒度仪获得光学技术类获奖提名元培翻译产业情报:德国：FRITSCH激光粒度仪获得光学技术类获奖提名据澳大利亚媒体5月22日报道，全球最早从事实验用研磨机、粉碎机、破碎机、筛分机、激光粒度仪和缩分机系列配套产品生产的厂家之一德国FRITSCH公司激光粒度仪ANALYSETTE22获得光学技术类获奖提名。 2.激光粒度分析仪的仪器状态激光粒度分析仪的仪器状态主要包括光路校准情况、激光光能稳定性、光学器件是否清洁、进样器工作是否稳定。一般来说激光粒度仪软件都会有背景光能显示窗口，前三个项目问题都可以通过此窗口得到答案。不同厂家的仪器判断方法会有细微的区别，在此以较普及的LS&mdash POP系列仪器为例介绍一下。仪器光路是否校准是以&ldquo 0环&rdquo 和&ldquo 1环&rdquo 光能信号的高低判断的，一般要求&ldquo 0环&rdquo 调节到光能刻度60左右(至少能达到40以上)，&ldquo 1环&rdquo 要在20以下(这里的&ldquo 某环&rdquo 其实代表的就是一个个顺序排列的光电探测器)。光能稳定性通过观察&ldquo 0环&rdquo 稳定性判断。　　　　由于测量方法不同，同一个颗粒得到了两个不同的结果。也就是说，一个不规则形状的颗粒，如果用一个数值来表示它的大小时，这个数值不是唯一的，而是有一系列的数值。而每一种测试方法的都是针对颗粒的某一个特定方面进行的，所得到的数值是所有能表示颗粒大小的一系列数值中的一个，所以相同样品用不同的粒度测试方法得到的结果有所不同的是客观原因造成的。颗粒的形状越复杂，不同测试方法的结果相差越大。但这并不意味着粒度测试结果可以漫无边际，而恰恰应具有一定的真实性，就是应比较真实地反映样品的实际粒度分布。　　　　激光粒度分析仪静电喷涂粉末涂料亲水性不佳，在水中有漂浮现象。分散过程中，通常加入少量十二烷基苯磺酸钠或者洗洁精的水溶液(浓度1&mdash 2%)作为分散剂，这样就可以保证涂料颗粒充分浸润到水中。为保证团聚颗粒被分散开，还需要将涂料颗粒悬浮液放在超声波中振荡分散1&mdash 2分钟。往进样器中添加样品时注意手法，既要保证取样均匀又要保证不将气泡带进进样器导致影响测试结果。

近期，科技部印发了2014年度国家星火计划、火炬计划、重点新产品计划和软科学研究计划立项清单。无锡中科光电技术有限公司的“基于激光光散射谱技术的智能传感器的产业化”成功入围国家火炬计划创新性产业集群项目。 本项目产品创新采用双波长三通道探测技术，发射20mJ高能量双波长激光，其中355nm激光因波长与细颗粒物直径相仿，散射截面大，回波信号强，特别适合灰霾等细颗粒物的探测；同时，532nm波长是人眼最敏感的波段，这一波长的颗粒物消光与大气能见度息息相关，其测量结果与视觉主观感受基本一致。接收望远镜收集颗粒物和云等对激光的后向散射回波，通过355nm回波信号以及532nm的垂直和平行偏振信号，分析颗粒物消光和退偏振特性，再结合其它信息，反演出颗粒物质量浓度的空间分布和边界输送通量。解决了微脉冲雷达霾层穿透能力差、回波信号弱、反演精度低的缺点，同时提高了对细颗粒物的探测能力，最小可探测粒径达5nm。 注：国家火炬计划项目，是以国内外市场需求为导向，以国家、地方和行业的科技攻关计划、高新技术研究开发计划成果及其他科研成果为依托，以发展高新技术产品、 形成产业为目标，择优评选并组织开发的具有先进水平和广阔的国内外市场及较好经济效益的高科技项目。其重点发展领域是：新材料、生物技术、电子与信息、光 机电一体化、新能源、高效节能与环保。

p style="text-indent: 2em "近日，真理光学隆重发布了新款产品——LT2200系列粒度仪，该仪器是真理光学基于用户对高性价比仪器的需求倾力打造而成，加持了多项创新和专利技术。是继LT3600系列激光粒度仪、Spraylink超高速智能喷雾粒度仪和Nanolink纳米粒度仪之后，真理光学的全新一代超高速智能激光粒度分析系统。/pp style="text-indent: 2em "真理光学技术团队具有超过二十年的粒度表征及应用开发的经验，汇聚了中国颗粒学会前理事长、珠海欧美克创始人张福根博士等精英人才，是中国乃至全球为数不多的既具有光衍射基础理论研究能力，又具有完全自主研发和生产粒度仪产品能力的公司。/pp style="text-indent: 2em text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/f0ded26a-bf60-48d2-b6c0-6ecb5f47c8cd.jpg" title="真理光学LT2200系列全新一代激光粒度仪隆重发布.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 2em "LT2200加持了真理光学首创的衍射爱里斑反常变化（ACAD)的补偿修正技术，开发出全新的反演算法，无需为样品增加吸收系数等软件方面“特殊处理”，即可解决ACAD现象对光能数据反演的干扰。不仅如此，LT2200系列还对散射光能的反演算法进行了全面优化和重要改进，使用户无需选择分析模式，即可在全粒径范围获得准确可靠的粒度结果。此外，该仪器测量时无需更换透镜，也无需使用标准样校准，简化了测量流程，提升了检测效率。/pp style="text-indent: 2em "LT2200系列激光粒度仪采用偏振滤波专利技术，摒弃传统的针孔和机械调整，实现了高稳定激光偏振设置和空间滤波；采用了真理光学独创的高速全息信号处理技术，测量速度高达创纪录的每秒20000次，测量时间典型值小于10秒；光路系统采用斜入射反傅里叶光路配置及格栅式大角度检测技术，确保不漏检任何粒径和形状的颗粒；测量范围为0.02um-2200um, 适用于制药，电池材料，地质，水文，化工和磨料等诸多行业的颗粒粒度分析。另外，LT2200系列粒度仪完全复合ISO13320衍射法测量技术标准，对全量程的米氏散射理论和夫琅禾费衍射理论两种光学模型都可选择。/pp style="text-indent: 2em "每一次的创新，都是一种超越。据真理光学相关负责人介绍，真理光学始终秉承用创新和品质助力发展的理念，以科学为先导，结合先进的技术手段和精细化管理，求为每一位客户提供精湛的技术、卓越的产品和满意的服务体验。让我们期待LT2200系列粒度仪的优良表现，也期待真理光学给我们带来更多的惊喜！/p