PDF《颗粒粒度粒形测量的新技术介绍》

颗粒粒度粒形测量的新技术介绍 Abstract: This paper briefly introduces the recent technology development of Ankersmid in particle size and shape analysis.

The principle of the innovative time-of-transition (TOT) theory is discussed and its application in particle size analysis is presented. The technical advantages and features of this technology are also introduced. With the development of research and modeling in material sciences, the information concerning particle shape become more and more necessary. The second part of this paper presents the use of dynamic image-based shape analysis (DSA) and its benefits to research work are demonstrated by a sample application.. 摘要: 本文介绍了荷兰安米德公司(Ankersmid)在颗粒粒度和粒形分析领域的一些最新进展. 第 一部分首先介绍了时间转换理论(TOT)及其在颗粒粒度分析上的应用.同时也对这一 技术的优势和特点进行了总结. 材料科学研究工作的发展及其数学建模使得广大研究人 员日益感觉到测量和了解颗粒粒形参数等信息的重要性. 本文第二部分就讨论了基于图 像的动态粒形分析(DSA)并通过一个范例介绍了该方法对于科研工作的意义. 1.概述 关于材料的研究和生产过程经常会涉及到颗粒状材料的物理特性,例如粒度大小,比表 面积等参数.颗粒的粒度分布信息以及颗粒的形状信息对于最终产品的宏观物理性能, 例如抗冲击性能、强度、流动性等有着非常重大的影响.此外,面向材料宏观物理性能 发展的数学模拟和仿真也要求在数学建模之前得到关于颗粒大小和形状的实际信息, 所 有这些都要求对颗粒的粒度和粒形进行准确分析. 目前测量颗粒粒度的方法很多,有筛分法,沉降法,激光衍射法,电阻法以及静态图像 法.关于这些方法的详细介绍可以参考有关书籍,这里就不赘述了.值得指出的是在激 光衍射法中,其理论基础是 FRAUNHOFF 衍射或者 MIE 散射理论,这两种方法都是根 据在颗粒在焦平面上形成的衍射以及散射信号的强弱来推算颗粒的大小. 而传统的图像 法中,是借助显微镜、摄像头或数码像机和图形采集卡利用计算机软件对采集的图像进 行处理和计算,从而得到颗粒的大小以及形状参数.考虑到这种方法单次所测到的颗粒 个数较少,一般采用通过更换视场的方法进行多次测量来提高测试结果的真实性.本文 将针这两种方法的局限性,首先介绍使用激光通道利用时间转换理论直接测量粒度分 布,然后进一步讨论如何使用高分辨率显微摄像头进行动态颗粒粒形和粒度测量. 2.时间转换理论 2.1 测量原理 北京易科泰生态技术有限公司 [email protected] 北京市海淀区中关村东路89号恒兴大厦19B

100190 010-82611269 时间转换理论(Time of Transition, TOT)是指把时间域上的测量结果转换为空间域上量测 值.图1给出了安米德(Ankersmid)粒度测量系统的示意图,测量使用的是波长为 632.8 纳米的 He-Ne 激光束(A) ,其功率为 2mW,通过旋转的楔形棱镜(B)对样品测量区域(G) 进行圆形扫描,测量颗粒位于样品测量区域内,它们可以是动态的也可以是静态的. 图1: 使用时间转换理论(TOT)和动态粒形分析的系统结构示意图 当颗粒遮挡住旋转中的激光束时,它就会引起 PIN 光电二极管(D)拾取的激光束信号强度 的一个降低, 这个时候的时刻为 tB, 由于激光束是在高速旋转运动的, 当激光束扫过颗粒后, 会引起 PIN 光电二极管(D)拾取的激光束信号强度的一个增加,这个时刻为 tD (见图 2). 由于激光束的旋转线速度 v 是已知的, 因此该颗粒的大小 d 即可用下面的公式直接计算出来 d = v ・ (tB-tD) 图2: 时间转换理论的时间域信息 需要注意的是,对于一个球形颗粒,激光束不可能每次都是扫过球心(中心交互,On-Center Interaction) ,存在大量的非中心交互(Off-Center Interaction),如下图