專利名稱：顆粒粒徑的直接測量方法和測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及測量技術和測量裝置，更具體地涉及一種利用光學顯微鏡直接測量顆粒粒徑的直接測量方法和直接測量裝置。
目前國內外常用的粒度儀是采用間接的粒徑測量方法進行測量的，即測出和粒徑有一定對應關系的光信號和電信號后再換算成粒徑的，由于受目前理論基礎限制，無法完全修正換算誤差。為提高測量精度，常用粒度標準物質校準儀器，但標準物質的定值誤差又限制了精度的提高。這類粒度儀結構復雜，價格昂貴，在使用上受到一定限制，尤其在高精度測量領域更無法勝任。
而利用光學顯微鏡對顆粒粒徑進行直接測量的方法就不存在換算誤差，因此在理論上是一種能夠實現高精度測量的方法。在英國標準BS3406中就規定采用直接測量法。
但事實上，這種方法很難實現高精度測量，原因是這種方法在實際操作中有困難。一般實際操作是如下進行的測量人員選定某一視場中的某一顆粒作為測量對象后，用手轉動鼓輪帶動可動分劃板，使此分劃板上的刻線掃過粒徑，并記下分劃板刻線掃過粒徑之前和之后時鼓輪上的刻度位置，以便以后進行粒徑計算。在切換視場時，操作人員僅憑經驗用手移動載物平臺或載玻片，根本無法保證所選視場是否會部分重疊而重復測量。從這些實際操作中我們可以看到，現有的普通顯微鏡在進行粒徑測量時，鼓輪上刻度的精確性及操作人員的讀數誤差都將限制測量精度的提高，也無法提高測量速度。
而同樣難以解決的問題是操作人員的疲勞以及隨之帶來的誤差使直接測量法在實際應用范圍、可靠性及精確測量方面受到了限制，因此實際上這種精確的測量方法常常用于不精確的測量。尤其是，顆粒粒徑的測量是一種統計累積的過程，據有關文獻介紹，用普通的光學顯微鏡需測400-800個顆粒才能有足夠的代表性，計數、測量、分級、統計等等工作量很大。操作工人完全憑手動進行測量，這工作量無疑是巨大而費時的，因此極易產生疲勞，而操作人員疲勞及其所帶來的誤差也是限制這種測量方法應用的極為不利的因素。另外，在操作時，操作人員時而要看目鏡下的分劃板刻線，時而要讀出鼓輪的刻度，不同視覺焦距的不斷交替使眼睛極易疲勞。
因此，雖然直接測量法最直接地反映顆粒粒徑，但在用于實際測量時，其測量精度不高，測量速度慢，操作人員的勞動強度極大。這一些因素限制了這一方法的廣泛應用。
本發明的目的即是提供一種直接測量顆粒粒徑的方法及采用該方法的測量裝置，可直接利用普通光學顯微鏡對顆粒粒徑進行快速、精確的測量，并可大大降低操作人員的勞動強度。
為實現此目的，本發明一方面提供一種用光學顯微鏡直接測量顆粒粒徑的直接測量方法，它包括下列步驟a.將待測顆粒制作成載玻片樣本，并將載玻片樣本置于顯微鏡的載物平臺上;
b.沿橫向及縱向移動載物平臺進行視場切換;
c.沿斜向移動顯微鏡的可動分劃板使此分劃板上的刻線掃過所測顆粒的粒徑;
由步進電機在脈沖信號控制下實現步驟b和c中所述載物平臺和可動分劃板的移動;該方法還包括步驟d.由下式計算所測顆粒的粒徑D＝ (Na)/(m)
其中D-粒徑N-步驟c中使刻劃板上的刻線掃過粒徑而給帶動刻劃板的步進電機輸入的脈沖數a-單位脈沖下分劃板的位移量m-顯微鏡的物鏡放大倍數上述脈沖信號可由一微機、單片機或數字電路裝置輸入給各步進電機。
本發明另一方面提供一種直接測量顆粒粒徑的裝置，該裝置包括一光學顯微鏡，該光學顯微鏡由照明部分、載物平臺、光學放大部分以及包括固定分劃板和可動分劃板的粒徑測量部分組成，還包括兩個分別驅動載物平臺進行橫向和縱向移動的步進電機和一個驅動可動分劃板進行斜向移動的步進電機，所述各步進電機分別通過各自的傳動機構與載物平臺及可動分劃板連接;還包括一向各步進電機輸入脈沖信號的裝置。
該脈沖信號輸入裝置可以是一微機、單片機或數字電路裝置。
由于利用步進電機來驅動可動分劃板，因此操作時只要通過按鈕或開關向步進電機輸入脈沖信號，就能使分劃板移動一個精確的位移，而粒徑的數值即可由使分劃板上的刻線移過粒徑時所輸入的脈沖數來計算。因此，只要單位脈沖下分劃板刻線移動位移大小適當，就能精確而快速地測量粒徑，克服了已有技術中鼓輪刻度的讀數誤差。在操作時，操作人員的眼睛可一直觀察著目鏡，視覺焦距始終如一，眼睛不易疲勞。
利用步進電機驅動載物平臺進行視場切換，除了操作方便外，還使視場切換準確率高，所測顆粒不會重復測量，保證了抽樣的代表性，與從前相比可少測一半顆粒，這又可進一步加快測量速度，減少疲勞。
本發明還有一個很大的優點，就是可實現測量的半自動化，使勞動強度大大降低，使測量速度大為提高。因為一般在測量時，除了粒徑的計算，必要時還要進行其他統計運算，比如計算個數平均徑、表面積平均徑等等。由于采用步進電機可使測量結果以脈沖數的形式輸出，這可以直接通過適當的接口技術輸入到某一微機或單片機等，使計算過程自動化，這可大大降低勞動強度，而勞動強度的降低又進一步減少了操作人員因疲勞而帶來的誤差。同時，總的測量速度可提高30倍以上。因此，本發明使直接測量有了實際意義，使其精確性得到的體現。
本發明的裝置在成本上與傳統的粒度儀、圖像分析儀等等相比是低廉的，在結構上很小巧，而使用起來卻極為方便，測量迅速，使普通實驗室都能利用本發明進行顆粒的快速分析或生產中的在線分析，還可用于標準物質的定值工作。
為對本發明的特點和優點有更清楚的了解，下面結合附圖對一較佳實施例進行詳細描述。
圖1為本發明測量裝置的示意圖;
圖2a為固定分劃板圖樣;
圖2b為可動分劃板圖樣;
圖2c為目鏡中觀察到的兩分劃板重疊圖樣。
參看圖1，本發明測量裝置的光學測量部分是由普通光學顯微鏡組成的。其中，由冷光源7、反射鏡8、可變光闌9、集光鏡10組成照明部分，由平臺11組成載物平臺部分，由物鏡組6和目鏡16組成光學放大部分，由固定分劃板14和可動分劃板15組成粒徑測量部分。這些組成部分都是普通光學顯微鏡中所具備的。
本發明的測量裝置中的特點敘述如下。載物平臺11與兩個步進電機3、4相連，這兩個步進電機3、4通過各自的傳動件(比如絲桿)分別驅動載物平臺11進行橫向和縱向的移動，以進行視場切換。步進電機3、4通過接口控制器20與一微機21相連，當微機21向步進電機3、4分別輸入一脈沖信號時，步進電機3、4分別轉過一個角度，并進而通過各自的絲桿帶動載物平臺11分別在橫向和縱向上移過一個位移量。這種自動步進載物平臺避免了視場的重復測量，提高了視場切換的準確性，保證了抽樣的代表性，與以往方法比較可少測一半以上的顆粒。
可動分劃板15由傳動件(比如精密絲桿19)與一高精度步進電機17相連，步進電機17通過接口控制器20也連接到微機21上。為提高精確度，步進電機17可通過一套筒連接結構18與絲桿19連接。當微機21向步進電機17輸入一個脈沖信號時，步進電機17轉動一個角度，并進而由傳動機構帶動可動分劃板15沿135°的斜向移動一個位移量，即轉過一小格。這樣，即可精確地移動可動分劃板15以進行粒徑測量，從而提高了精度。
參看圖2a、2b、2c，在固定分劃板14上刻有45°傾角的短線23、24，可動分劃板15上刻有十字叉線25、26和45°傾角的短線。當可動分劃板15在步進電機17帶動下沿135°傾角移動時，十字叉線25掃過的粒徑為水平方向馬丁直徑，十字叉線26掃過的粒徑為豎直方向馬丁直徑。可動分劃板15的移動范圍，由短線27不超出短線23、24之間的區域為限，若短線超出規定區域，絲桿19可能卡死。
當顆粒較大時，也可一次由微機21向步進電機17發出數個脈沖信號，可使可動分劃板15一次移動數個位移量，即移過數格，以加快測量速度。
微機21除了可以向各個步進電機3、4、17分別輸入脈沖信號，還可以進行測量數據和處理和運算，加快了總的測量速度。
下面以SRM1003a顆粒為例，說明本發明方法的測量步驟。其中物鏡組6由40X、10X、2.5X三個物鏡組成，可放大粒徑為0.8-1000μm的顆粒。固定分劃板14和可動分劃板15之間的距離為100μm。
首先進行載波片樣本制備。制樣是為了得到分散均勻、對樣本總體有代表性的載玻片樣本。具體做法是先用多點取樣法則從樣本總體取出約100mg的樣品，加入30-50ml礦油，用50KHz超聲波處理3-5分鐘，保證顆粒在礦油中均勻擴散。用滴管在機械攪拌下吸取少量礦油后快速滴于玻片5上，壓上蓋玻片，并趕走蓋玻片下的氣泡。壓蓋玻片的目的是減少顆粒邊緣礦油光折射對測量的影響和避免顆粒團聚。
將載玻片5置于載物平臺11上，根據SRM1003a顆粒的粒徑范圍(8-58μm)，選擇放大倍率m為10X的物鏡進行測量。
根據上述制樣時的取樣量，一個視場有10-15個顆粒。選定某個顆粒，通過微機21向步進電機17輸入脈沖信號，使可動分劃板15的十字叉線25或26掃過這個顆粒的粒徑，記下脈沖數N，然后根據下式計算這個顆粒的粒徑DD＝ (N·a)/(m)其中a為單位脈沖可動分劃板的位移量。
當一個視場的顆粒測量完畢后，由微機21分別向步進電機3、4輸入脈沖信號，帶動載物平臺11進行橫向和縱向移動，自動切換到下一個視場。對球形度較好的樣品，測量20個視場、200個顆粒，即可得到準確度很高的粒徑。測量結果可由打印機22輸出，也可記錄在磁帶機(未示)里。
本發明采用高精度步進電機驅動可動分劃板和載物平臺，在所花代價較低的條件下，達到了目前粒度分析的最高精度。利用微機，使粒徑測量、數據處理的速度也大為提高。目前本發明已成功用于填補國內空白的固體顆粒度標準物質5B2004的定值工作。
除了可利用上述微機22作為各步進電機的脈沖信號輸入裝置外，還可采用單片機、數字電路裝置等來取代微機22。至于各步進電機的傳動機構除了絲桿之外，還可以是齒條或其他形式的傳動機構，而步進電機當然也可是旋轉運動式的，或者是直線式的。
權利要求
1.一種用光學顯微鏡直接測量顆粒粒徑的直接測量方法，包括下列步驟a.將待測顆粒制作成載玻片樣本，并將載玻片樣本置于顯微鏡的載物平臺上；b.沿橫向及縱向移動載物平臺進行視場切換；c.沿斜向移動顯微鏡的可動分劃板使此分劃板上的刻線掃過所測顆粒的粒徑；其特征在于由步進電機在脈沖信號控制下實現步驟b和c中所述載物平臺和可動分劃板的移動；該方法還包括步驟d.由下式計算所測顆粒的粒徑D= (Na)/(m)其中D-粒徑N-步驟c中使刻劃板上的刻線掃過粒徑而給帶帶動分劃板的步進電機輸入的脈沖數a-單位脈沖下分劃板的位移量m-顯微鏡的物鏡放大倍數。
2.如權利要求1所述的直接測量方法，其特征在于，所述的各步進電機通過由絲桿或齒條分別帶動所述的載物平臺和可動分劃板進行移動。
3.如權利要求1或2所述的直接測量方法，其特征在于，所述的脈沖信號由一微機輸入給步進電機，并由該微機記錄脈沖數N并進行步驟d的粒徑計算。
4.如權利要求1或2所述的直接測量方法，其特征在于，所述的脈沖信號由一單片機輸入給步進電機。
5.如權利要求1或2所述的直接測量方法，其特征在于，所述的脈沖信號由一數字電路裝置輸入給步進電機。
6.一種根據權利要求1所述的方法直接測量顆粒粒徑的測量裝置，包括一光學顯微鏡，該光學顯微鏡由照明部分、載物平臺、光學放大部分以及包括固定分劃板和可動分劃板的粒徑測量部分組成，其特征在于還包括兩個分別驅動載物平臺進行橫向和縱向移動的步進電機和一個驅動可動分劃板進行斜向移動的步進電機，所述各步進電機分別通過各自的傳動機構與載物平臺及可動分劃板連接;還包括一向各步進電機輸入脈沖信號的裝置。
7.如權利要求6所述的測量裝置，其特征在于，所述的傳動機構包括一絲桿或齒條。
8.如權利要求6或7所述的測量裝置，其特征在于，所述脈沖信號輸入裝置為一微機，該微機還記錄脈沖數并進行粒徑計算。
9.如權利要求6或7所述的測量裝置，其特征在于，所述脈沖信號輸入裝置為一單片機。
10.如權利要求6或7所述的測量裝置，其特征在于，所述脈沖信號輸入裝置為一數字電路裝置。
全文摘要
本發明提供一種利用光學顯微鏡對顆粒粒徑進行直接測量的測量方法及測量裝置，采用步進電機來驅動載物平臺和可動分劃板的移動，從而可根據使可動分劃板上的刻線掃過粒徑所需輸給步進電機的脈沖數來精確測量和計算顆粒粒徑，并且輸出的脈沖信號可由微機等裝置進行自動計算，同時視場切換精確，極大地減輕了操作人員的勞動強度，使測量速度顯著提高，同時保證了測量精度，使直接測量法能夠在實際應用中得到充分發揮。
文檔編號G01N15/02GK1084967SQ9211127
公開日1994年4月6日 申請日期1992年9月30日 優先權日1992年9月30日
發明者李棟, 顧雪梅 申請人:上海市測試技術研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
