激光粒度儀是基于光衍射現(xiàn)象設(shè)計(jì)的，當(dāng)光通過(guò)顆粒時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象（其本質(zhì)是電磁波和物質(zhì)的相互作用）。衍射光的角度與顆粒的大小成反比。不同大小的顆粒在通過(guò)激光光束時(shí)其衍射光會(huì)落在不同的位置，位置信息反映顆粒大??；同樣大的顆粒通過(guò)激光光束時(shí)其衍射光會(huì)落在相同的位置。衍射光強(qiáng)度的信息反映出樣品中相同大小的顆粒所占的百分比多少。

 

激光衍射法就是采用一系列的光敏檢測(cè)器來(lái)測(cè)量位置粒徑的顆粒在不同角度上的衍射光的強(qiáng)度，使用衍射模型，通過(guò)數(shù)學(xué)反演，然后得到樣品的粒度分布。通過(guò)該位置檢測(cè)器接收到的衍射光強(qiáng)度，得到所對(duì)應(yīng)顆粒粒徑的百分比含量。顆粒衍射光的強(qiáng)度對(duì)角度的依賴性是隨著顆粒粒徑的變小而降低，當(dāng)顆粒小到幾百納米時(shí)，其衍射光強(qiáng)對(duì)于角度幾乎*失去依賴性，即此時(shí)的衍射光會(huì)分布在很寬的角度范圍內(nèi)，而且單位面積上的光強(qiáng)很弱，這增加了檢測(cè)的難度。

實(shí)現(xiàn)對(duì)1um以下及寬粒徑范圍（幾十納米到幾千微米）的樣品的測(cè)量是激光衍射法粒度儀的技術(shù)關(guān)鍵，概況起來(lái)，目前有以下幾種技術(shù)和光路配置被采用：

 

1、多透鏡技術(shù)

多透鏡系統(tǒng)曾在二十世紀(jì)八十年代前被廣泛采用，它使用傅里葉光路配置即樣品池放在聚焦透鏡的前方，配有多個(gè)不同焦距的透鏡以適應(yīng)不同的粒徑范圍。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只需要分布于幾十度范圍的焦平面檢測(cè)器，成本較低。缺點(diǎn)是如果樣品粒徑范圍寬的時(shí)候需要更換透鏡，不同透鏡的結(jié)果需要拼合，對(duì)一些未知粒徑的樣品用一個(gè)透鏡測(cè)量時(shí)可能會(huì)丟失信號(hào)或?qū)τ谟捎诠に囎兓瘜?dǎo)致的樣品粒徑變化不能及時(shí)反映。

 

2、多光源技術(shù)

多光源技術(shù)也是采用傅里葉光路配置即樣品池在聚焦透鏡的前方，一般只有分布于幾十度角度范圍的檢測(cè)器，為了增大相對(duì)的檢測(cè)角度，使該檢測(cè)器能夠接收到小顆粒的衍射光信號(hào)，在相對(duì)于*光源光軸的不同角度上再配置*或第二激光器。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是只需分布于幾十度角度范圍的檢測(cè)器，成本較低，測(cè)量范圍特別是上限可以比較寬，缺點(diǎn)是分布于小角度范圍的小面積檢測(cè)器同時(shí)也被用于小顆粒測(cè)量，由于小顆粒的衍射光在單位面積上的信號(hào)弱，導(dǎo)致小顆粒檢測(cè)時(shí)的信噪比降低，這就是為什么多光源系統(tǒng)在測(cè)量范圍上限超過(guò)1500微米左右時(shí)，若要同時(shí)保證幾微米以下小顆粒的準(zhǔn)確測(cè)量，需要更換短焦距的聚焦透鏡。另外，多透鏡系統(tǒng)在測(cè)量樣品時(shí)，不同的激光器是依次開(kāi)啟，而在干法測(cè)量時(shí)，由于顆粒只能一次性通過(guò)樣品池，只有一個(gè)光源能被用于測(cè)量，所以一般采用多透鏡技術(shù)的干法測(cè)量的粒徑下限很難低于250納米 。

 

3、多方法混合系統(tǒng)

多方法混合系統(tǒng)指的是將激光衍射法與其它方法混合而設(shè)計(jì)的粒度儀，激光衍射法部分只采用分布于幾十度角度范圍的檢測(cè)器，再輔以其它方法如PCS 等，一般幾微米以上用激光衍射法測(cè)量，而幾微米以下的顆粒用其它方法測(cè)量，理論上講粒徑下限取決于輔助方法的下限，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，總的測(cè)量范圍較寬，但因?yàn)椴煌姆椒ㄋ蟮?的測(cè)量條件如樣品濃度等都不一樣，通常難以兼顧，另外由于不同方法間存在的系統(tǒng)誤差，在兩種方法的數(shù)據(jù)擬合區(qū)域往往較難得到理想的結(jié)果，除非測(cè)量前已經(jīng)知道樣品粒徑只落在衍射法范圍內(nèi)或輔助方法的范圍內(nèi)。另外多方法混合系統(tǒng)需采用兩個(gè)不同的樣品池，這對(duì)于濕法測(cè)量來(lái)講不是問(wèn)題，因?yàn)闃悠房梢匝h(huán)，但對(duì)干法而言樣品只能一次性通過(guò)樣品池而不能循環(huán)，不能用兩種方法同時(shí)測(cè)量，因而多種方法混合系統(tǒng)在干法測(cè)量時(shí)的粒徑下限只能到幾百納米。

 

4、非均勻交叉大面積補(bǔ)償?shù)膶捊嵌葯z測(cè)技術(shù)及反傅里葉光路系統(tǒng)

 

非均勻交叉大面積補(bǔ)償?shù)膶捊嵌葯z測(cè)及反傅里葉光路系統(tǒng)是二十世紀(jì)九十年代后期發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，采用反傅里葉光路配置即樣品池置于聚焦透鏡的后面，這樣使檢測(cè)器在極大的角度范圍內(nèi)排列，一般真正物理檢測(cè)角度可達(dá)150度，從而使采用單一透鏡測(cè)量幾十納米至幾千微米的樣品成為可能，光路示意圖如圖 所示，在檢測(cè)器的設(shè)計(jì)上采用了非均勻交叉而且隨著角度的增大檢測(cè)器的面積也增大的排列方式，既保證了大顆粒測(cè)量時(shí)的分辨率也保證了小顆粒檢測(cè)時(shí)的信噪比和靈敏度。無(wú)需更換透鏡及輔助其它方法就可測(cè)量從幾十納米到幾千微米的顆粒，即使是干法測(cè)量，其下限也可達(dá)到0.1微米。這種方法的缺點(diǎn)是儀器的成本相對(duì)于前面的幾種方法而言偏高。

 

從激光器發(fā)出的激光束經(jīng)顯微鏡聚焦、針孔濾波和準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后，變成直徑約10 mm的平行光束，該光束照射到待測(cè)的顆粒上，一部分光被散射，散射光經(jīng)傅里葉透鏡后，照射到廣電探測(cè)器陣列上。由于廣電探測(cè)器處在傅里葉透鏡的焦平面上，因此探測(cè)器上的任一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)于某一確定的散射角。廣電探測(cè)器陣列由一系列同心環(huán)帶組成，每個(gè)環(huán)帶是一個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器，能將投射到上面的散射光能線性地轉(zhuǎn)換成電壓，然后送給數(shù)據(jù)采集卡，該卡將電信號(hào)放大，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)后后送入計(jì)算機(jī)。