一种镜筒及包含其的激光粒度仪

1.本发明属于光学仪器技术领域，具体涉及一种镜筒及包含其的激光粒度仪。


背景技术：

2.激光粒度仪是通过使用光电探测器或ccd探测器测量激光经过微粒的散射或衍射光的空间分布来分析颗粒大小的仪器。由于激光粒度仪具有测量速度快、稳定性高、应用广泛等优点，所以它是近年来发展最快的一种粒度测量方法。一般激光粒度仪经典的光学结构包括激光器、扩束器或空间滤波器、傅里叶透镜，激光器一般选用he-ne激光器或半导体激光器，首先由激光器发出激光，经过空间滤波器或扩束器形成近似平行的单色光，经过傅里叶透镜可汇聚到探测器中心，当发出的激光照射到颗粒系上会发生散射现象，通过光电探测器可以对探测到的空间散射光进行保存，并将数据传输到上位机中进行数据处理反演出粒度分布。
3.而现有的激光粒度仪内部，激光器、空间滤波器、傅里叶透镜是分开的，这种结构由较多缺点：(1)稳定性较差，需要经常对中，当激光粒度仪收到使用一段时间，光路会偏移，需要测量人员及时对中。(2)灰尘容易弄脏激光器出射口、透镜表面等地方，需要测量人员擦拭。(3)抗震能力差，不能在震动强烈的环境下工作。(4)结构复杂、成本较高。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种镜筒及包含其的激光粒度仪，以解决现有技术中激光粒度仪内部结构稳定性差、易脏、抗震能力差且结构复杂的技术问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种镜筒，包括激光发生器，激光发生器外部套设有激光发生器套筒，且激光发生器的一端通过激光发生器套筒与空间滤波单元一端连接，激光发生器发出的激光通过空间滤波单元的过滤放大，最后射入设置在空间滤波单元另一端的傅里叶透镜用于聚焦并射出激光。
7.优选地，所述空间滤波单元包括聚焦透镜、针孔和准直透镜；聚焦透镜将激光发生器发射的激光聚焦于针孔，针孔对激光进行过滤后，激光经过准直透镜将光路放大，射入傅里叶透镜。
8.优选地，所述聚焦透镜外套设有聚焦透镜套筒，聚焦透镜套筒一端连接激光发生器套筒，另一端连接针孔外套设的针孔套筒，针孔套筒的另一端通过连接套筒与准直透镜外套设的准直透镜套筒连接。
9.优选地，所述聚焦透镜、针孔和准直透镜均通过外螺纹卡环卡到对应的具有内螺纹的聚焦透镜套筒、针孔套筒和准直透镜套筒内部。
10.优选地，所述激光发生器外部套设有激光发生器套筒，激光发生器套筒与空间滤波单元连接。
11.优选地，所述激光发生器通过外螺纹卡环卡到具有内螺纹的激光发生器套筒内部。
12.本发明还公开了一种激光粒度仪，包括上述任意一项所述的镜筒。
13.优选地，所述镜筒通过镜筒固定单元固定在底盘上，且底盘下方还设置有缓震支撑块，且缓震支撑块通过连接柱与底盘下表面连接。
14.优选地，所述镜筒固定单元包括支撑柱，支撑柱下端固定在底座上，其上端设置有固定块，固定块上方设置有光轴支撑座，光轴支撑座环绕设置在镜筒外壁用于固定镜筒。
15.优选地，所述缓震支撑块上方的连接柱外套设有圆形橡胶减震垫。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.本发明所公开的一种镜筒，包括激光发生器、空间滤波单元和傅里叶透镜，本发明将激光发生器、空间滤波单元和傅里叶透镜组装成整体，其采用了分段式分布，整体上组装，可以保证每一个部件独立性的同时，保证整个光路系统的一致性。有效的保证了更换镜片、针孔等元件的可操作性，结构简单，易拆卸。同样的，整体的组装使得整体结构兼顾成本低的同时具有更好的抗震性和稳定性，也解决了空气对流对于激光输出功率的影响，保证了测量的准确性。
18.进一步地，所述聚焦透镜、针孔和准直透镜均通过外螺纹卡环卡到对应的具有内螺纹的聚焦透镜套筒、针孔套筒和准直透镜套筒内部，使得镜筒安装简单、拆卸维修方便。
附图说明
19.图1为本发明的激光粒度仪整体结构示意图；
20.图2为本发明的镜筒的剖视图；
21.图3为本发明的底盘下方的局部视图；
22.图4为本发明的镜筒光学结构原理图。
23.其中：1-镜筒固定单元；11-光轴支撑座；12-固定块；13-支撑柱；2-底盘；3-镜筒；31-激光发生器；32-激光发生器套筒；33-空间滤波单元；331-聚焦透镜；332-针孔；333-准直透镜；34-傅里叶透镜；35-傅里叶透镜套筒；36-准直镜套筒；37-连接套筒；38-针孔套筒；39-准直透镜套筒；4-缓震支撑块；5-流动样品池；6-未散射光；7-散射光；8-光电探测器阵列。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
25.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆
盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
27.为了克服技术上的问题本发明的目的是提供一种镜筒，其采用了分段式分布，整体上组装，可以保证每一个部件独立性的同时，保证整个光路系统的一致性。有效的保证了更换镜片、针孔等元件的可操作性，结构简单，易拆卸。同样的，整体的组装使得整体结构兼顾成本低的同时具有更好的抗震性和稳定性，也解决了空气对流对于激光输出功率的影响，保证了测量的准确性。
28.本发明所公开的一种镜筒，包括激光发生器31，激光发生器31外部套设有激光发生器套筒32，且激光发生器31的一端通过激光发生器套筒32与空间滤波单元33一端连接，激光发生器31发出的激光通过空间滤波单元33的过滤放大，最后射入设置在空间滤波单元33另一端的傅里叶透镜34用于聚焦并射出激光。
29.本发明将激光发生器31、空间滤波单元33和傅里叶透镜34组装成整体，其采用了分段式分布，整体上组装，可以保证每一个部件独立性的同时，保证整个光路系统的一致性。有效的保证了更换镜片、针孔等元件的可操作性，结构简单，易拆卸。同样的，整体的组装使得整体结构兼顾成本低的同时具有更好的抗震性和稳定性，也解决了空气对流对于激光输出功率的影响，保证了测量的准确性。
30.作为优选方案地，所述空间滤波单元33包括聚焦透镜331、针孔332和准直透镜333；聚焦透镜331将激光发生器31发射的激光聚焦于针孔332，针孔332对激光进行过滤后，激光经过准直透镜333将光路放大，射入傅里叶透镜34进行聚焦。激光首先经过聚焦透镜331的聚焦，针孔332的滤波、筛选和准直透镜333的放大，将激光放大至合理的大小，使其以一个光强均匀，光斑大小合适的情况照射傅里叶透镜34，经其汇聚后照射在样品池5上，在穿过样品池5后，带着颗粒信息的激光照射在光电探测器8上，由电脑分析得出结论。
31.作为优选方案地，所述聚焦透镜331外套设有聚焦透镜套筒39，聚焦透镜套筒39一端连接激光发生器套筒32，另一端连接针孔332外套设的针孔套筒38，针孔套筒38的另一端通过连接套筒37与准直透镜333外套设的准直透镜套筒36连接。
32.作为优选方案地，所述聚焦透镜331、针孔332和准直透镜333均通过外螺纹卡环卡到对应的具有内螺纹的聚焦透镜套筒39、针孔套筒38和准直透镜套筒36内部。
33.作为优选方案地，所述激光发生器31外部套设有激光发生器套筒35，激光发生器套筒35与空间滤波单元33连接。
34.作为优选方案地，所述激光发生器31通过外螺纹卡环卡到具有内螺纹的激光发生器套筒35内部。
35.本发明还公开了一种激光粒度仪，包括上述任意一项所述的镜筒3。
36.作为优选方案地，镜筒3通过镜筒固定单元1固定在底盘2上，且底盘2下方还设置有缓震支撑块4，且缓震支撑块4通过连接柱与底盘2下表面连接。
37.作为优选方案地，所述镜筒固定单元1包括支撑柱13，支撑柱13下端固定在底座2上，其上端设置有固定块12，固定块12上方设置有光轴支撑座11，光轴支撑座11环绕设置在镜筒3外壁用于固定镜筒3，支撑柱13的高度是选定的，负责使通过光路的激光可以照射在
激光粒度仪探测器的中心。
38.作为优选方案地，所述缓震支撑块4上方的连接柱外套设有圆形橡胶减震垫，目的是为了减小光路系统的震动。
39.本发明的原理是，由激光发生器发射激光，经过空间滤波器33，空间滤波器33由聚焦透镜331、针孔332、准直透镜333组成。激光首先经过聚焦透镜331的聚焦，针孔332的滤波、筛选和准直透镜333的放大，将激光放大至合理的大小，使其以一个光强均匀，光斑大小合适的情况照射傅里叶透镜34，经其汇聚后照射在样品池5上，在穿过样品池5后，带着颗粒信息的激光照射在光电探测器8上，由电脑分析得出结论。
40.实施例
41.如图1所示，本发明所公开的一种激光粒度仪主要包含：镜筒固定单元1、底盘2、镜筒3，镜筒固定单元1包括光轴支撑座11、固定块12、支撑柱13，所述固定块12、支撑柱13两端打有m6内螺纹孔，所述的光轴支撑座11连接在固定块12上，所述的固定块12连接在支撑柱13上，所述的支撑柱13连接在底盘2上，光轴支撑座11上部有螺纹孔，通过螺钉的旋转控制夹具的松紧，支撑柱13的高度是选定的，负责使通过光路的激光可以照射在激光粒度仪探测器的中心。
42.如图2所示，代表一体化光路系统的剖视图，所述的镜筒3包括激光发生器31、激光发生器套筒32、空间滤波单元33、傅里叶透镜34、傅里叶透镜套筒35、准直镜套筒36、连接套筒37、针孔套筒38和聚焦透镜套筒39，所述激光发生器31通过玻璃胶连接至激光发生器套筒32，用于向光路及后续发出激光。
43.所述的空间滤波单元33包括聚焦透镜331、针孔332和准直透镜333。所述的，聚焦透镜331负责将激光发生器31发射的激光聚焦于针孔332对空间高阶散射进行过滤，经过针孔332后，激光经过准直透镜333将光路放大，形成近似平行的单色光，最后在射入傅里叶透镜34将其聚焦于光电探测器上面。
44.所述的聚焦透镜331通过sm1外螺纹卡环卡到具有sm1内螺纹的聚焦透镜套筒39中，所述的聚焦透镜套筒39一端连接到激光发生器套筒32一端连接到针孔套筒38中。
45.所述的针孔332通过sm1外螺纹卡环卡到具有sm1内螺纹的针孔套筒39中，所述的针孔套筒一端连接聚焦透镜套筒39，一端连接连接套筒37。
46.所述的准直透镜333通过sm1外螺纹卡环卡到具有sm1内螺纹的准直透镜套筒39中，所述的准直透镜套筒36一端连接连接套筒37，一端连接傅里叶透镜套筒35。
47.所述的傅里叶透镜34通过sm1外螺纹卡环卡到具有sm1内螺纹的傅里叶透镜套筒35中，所述的傅里叶透镜套筒35与准直透镜套筒39连接。
48.如图3所示，为底盘2下方的局部视图，所述的底盘2下方连接有缓震支撑块4，所述的缓震支撑块4上方圆柱套有圆形橡胶减震垫，目的是为了减小光路系统的震动。
49.如图4所示，为激光粒度仪中的光学结构原理图，包括流动样品池5、未散射光6、散射光7、光电探测器8。
50.本发明的工作原理：本发明的一种激光粒度仪的一体化光路系统主要光学构件包括激光发生器331、空间滤波器32、傅里叶透镜34，首先经过激光发生器331发射激光，激光照射到空间滤波器32中经过空间滤波、放大形成近似平行的单色光，平行的单色光经过傅里叶透镜汇聚到光电探测器8阵列的中心。但如果经过傅里叶透镜的单色光照射具有颗粒
系的流动样品5中会发生散射线性，散射光7会打在光电探测器8阵列的不同位置，通过光电探测器8阵列对不同位置散射光进行采集、处理，将数据传输到上位机中进行特定的反演算法，最终就可以得到颗粒系的粒径分布。
51.本发明良好的完成了整体式结构的组装和元件分段式布置。使得整个镜筒在抗震性、密封性上有着良好的加强，元件分段式布置使本发明具有使用简单、安装简单、拆卸维修方便、结构简单和成本低的特点。更好的是，整体性的组装良好的避免了空气对流对于激光输出功率的影响。有效的加强了目前市面上对于激光粒度仪镜筒的设计。
52.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种镜筒，其特征在于，包括激光发生器(31)和空间滤波单元(33)，激光发生器(31)外部套设有激光发生器套筒(32)，且激光发生器(31)的一端通过激光发生器套筒(32)与空间滤波单元(33)一端连接；激光发生器(31)发出的激光通过空间滤波单元(33)的过滤放大，最后射入设置在空间滤波单元(33)另一端的傅里叶透镜(34)用于聚焦并射出激光。2.根据权利要求1所述的一种镜筒，其特征在于，所述空间滤波单元(33)包括聚焦透镜(331)、针孔(332)和准直透镜(333)；聚焦透镜(331)将激光发生器(31)发射的激光聚焦于针孔(332)，针孔(332)对激光进行过滤后，激光经过准直透镜(333)将光路放大，射入傅里叶透镜(34)。3.根据权利要求2所述的一种镜筒，其特征在于，所述聚焦透镜(331)外套设有聚焦透镜套筒(39)，聚焦透镜套筒(39)一端连接激光发生器套筒(32)，另一端连接针孔(332)外套设的针孔套筒(38)，针孔套筒(38)的另一端通过连接套筒(37)与准直透镜(333)外套设的准直透镜套筒(36)连接。4.根据权利要求3所述的一种镜筒，其特征在于，所述聚焦透镜(331)、针孔(332)和准直透镜(333)均通过外螺纹卡环卡到对应的具有内螺纹的聚焦透镜套筒(39)、针孔套筒(38)和准直透镜套筒(36)内部。5.根据权利要求1所述的一种镜筒，其特征在于，所述激光发生器(31)外部套设有激光发生器套筒(35)，激光发生器套筒(35)与空间滤波单元(33)连接。6.根据权利要求5所述的一种镜筒，其特征在于，所述激光发生器(31)通过外螺纹卡环卡到具有内螺纹的激光发生器套筒(35)内部。7.一种激光粒度仪，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的镜筒(3)。8.根据权利要求7所述的一种激光粒度仪，其特征在于，所述镜筒(3)通过镜筒固定单元(1)固定在底盘(2)上，且底盘(2)下方还设置有缓震支撑块(4)，且缓震支撑块(4)通过连接柱与底盘(2)下表面连接。9.根据权利要求7所述的一种激光粒度仪，其特征在于，所述镜筒固定单元(1)包括支撑柱(13)，支撑柱(13)下端固定在底座(2)上，其上端设置有固定块(12)，固定块(12)上方设置有光轴支撑座(11)，光轴支撑座(11)环绕设置在镜筒(3)外壁用于固定镜筒(3)。10.根据权利要求7所述的一种激光粒度仪，其特征在于，所述缓震支撑块(4)上方的连接柱外套设有圆形橡胶减震垫。

技术总结
本发明公开了一种镜筒及包含其的激光粒度仪，属于光学仪器技术领域，本发明所公开的一种镜筒，包括激光发生器、空间滤波单元和傅里叶透镜，本发明将激光发生器、空间滤波单元和傅里叶透镜组装成整体，其采用了分段式分布，整体上组装，可以保证每一个部件独立性的同时，保证整个光路系统的一致性。有效的保证了更换镜片、针孔等元件的可操作性，结构简单，易拆卸。同样的，整体的组装使得整体结构兼顾成本低的同时具有更好的抗震性和稳定性，也解决了空气对流对于激光输出功率的影响，保证了测量的准确性。测量的准确性。测量的准确性。


技术研发人员：李晨 任万州 强晓燕 唐一博
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/7/18