王少清任中京张勇张希明何芳
(山东建筑材料工业学院激光应用研究室济南250022)
提要用实验的方法研究了激光粒度仪的光电响应特性，在此基础上提出了一种新的标定方法.并用实验验证了该方法的正确性.
关键词：激光粒度仪 光电响应
激光粒度仪在粉末颗粒大小分析中越来越受到人们的重视。其心脏部分是光电转换系统。测量原理如图1所示。
激光经扩束一准直系统C以平行光照射载有待测颗粒的样品窗S上，颗粒群的散射光由富立叶透镜L接收，在L的后焦面上用环形列阵光电探测器D接收颗粒群的散射谱，转换为光电流后再经电子学系统E作I/V转换放大和A/D转换，送入计算机进行分析处理，从而得到被测样品的颗粒分布。
可见，保证激光粒度仪测量准确性的一个关键是其光电转换系统的正确响应。光电转换系统正确响应的判据应包括下面两条:
1)每一单元的响应均为线性;
2)各单元的响应是一致的。
对激光粒度仪进行标定就是对其光电响应特性进行线性和均匀性校正.目前，已有多种标定方法[1.’〕，但都有不足之处，可概括为:一是物理意义不清楚，二是操作较复杂，三是适用范围有限。本文作者根据实验测得的激光粒度仪的响应特性，提出了一种新的标定方法。该方法物理意义明确，操作简便，并适于各种多单元光电转换系统的标定。
激光粒度仪光电转换系统的响应特性
实验测量激光粒度仪的光电响应特性的方法如下:用一均匀稳定的光源照射激光粒度仪的环形阵列光电探测器，同时用一标准光功率计监测光源的功率。在各种不同的光强I。下记录光电转换系统各单元的光强输出I，作各I一I。曲线，即得到了各探测单元的响应特性.
实验发现激光粒度仪光电转换系统的响应有三个特点:
1.在均匀光照射下，各单元的光能响应相差很大。实验用12位A/D转换器，当外几路的输出已达到A/D的饱和值4095时，最内几路还没有明显的响应。这是由于环形阵列光电探测器内外环的接收面积相差很大所致。表l给出了该探测器31个探测环中，部分探测环的接收面积，其最大与最小环的面积相差近两千倍。
2.各单元的响应有明显的非线性。图2是所研究的光电转换系统的第10、20和30三个单元的光强响应曲线.
3.各单元的响应有明显的不均匀性。图2中的三条响应曲线不重合说明了这一点。激光粒度仪光电响应特性的校正方法根据测得的响应特性和正确响应的两条判据，校正分两步进行。
1.对各单元响应特性的非线性校正
即将每个单元的响应曲线均校正为直线，以保证其对入射光的线性响应。此时，可视不同的使用要求而采取不同的校正方法。如果在使用中，各探测单元的响应可能从最小到最大全程变化，则需在整个测量范围内保证线性响应，即要把整个响应曲线校正为一条直线.若探测单元仅工作在一个较小的动态范围内，则只需将与该范围对应的一段响应曲线校正为直线即可，这比全程校正简单且精度高。在激光粒度分析中，由于颗粒群的散射光较弱，光电探测器接收到的光能量较小，故光电转换系统各单元的响应均较小.又从实测响应曲线图2可知，当光强响应I小于某一值，各探测单元均为较好的线性响应。因而可用有限范围的拟合直线来代表各单元的响应特性.图3为输入光强I。<400。时第10、20和30三个单元的光强响应，线性较好。图4是对它们作直线拟合的结果。这些直线即为经校正得到的各单元的线性响应特性。拟合直线的斜率称为各单元的响应度。可见光电转换系统各单元的响应度是不均匀的。
2.对各单元响应度的非均匀性校正
得到各单元的线性拟合直线后，作非均匀性校正就很简单了.只要把各条斜率不同的直线全部校正到某一条直线上即可。具体做法为:设K。表示第i个单元的拟合直线的斜率，K。为所取的基准直线的斜率，则第i个单元的响应度校正因子定义为
实际测量时，将各单元的输出I i乘以校正因子C i，即令
这样修正后得到的值。即可满足正确响应的两条判据。
表2列出了光电转换系统各单元的响应度校正因子。其中取可见各单元的响应度的不均匀性是较大的。
对校正结果正确性的验证
为检验校正的效果，做了两种验证实验。
一是用不同强度的均匀光再照射环形阵列光电探测器，仍取第10、20和30三个单元，将其光强响应按(2)式修正后，做出响应曲线，结果见图5。可见校正达到了预期的目的。
二是对同一粉末样品的测量结果进行比较。首先，对光电转换系统的输出信号不做校正处理，直接进行粒度分析，所得到的结果见图6。出现了不应有的“双峰”分布和“翘尾”现象.再将该组信号用(2)式校正后进行粒度分析，结果见图7，“双峰”和“翅尾”均消失了。说明校正方法与校正结果的正确性.
参考文献
[1〕LeeG.Dodge，八PPLIEDOPTICS，1984，23，2415
[2〕王少清，王教方，应用激光，1981，11，172
