第五，高精度的、穩(wěn)定的反演算法是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的。激光粒度測(cè)試的直接物理量是散射光能分布，如果不能真實(shí)有效地將接收的散射光能分布反演為粒度分布，其它的種種努力將毫無意義。因此反演算法的優(yōu)劣對(duì)拓寬量程起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)過深入研究和反復(fù)實(shí)踐，在本系統(tǒng)中采用的反演算法具有精度高、速度快、穩(wěn)定性好的效果。圖7的上半部分是六個(gè)隨機(jī)樣品的理論粒度分布，下半部分是通過理論粒度得到散射光能分布后再進(jìn)行反演計(jì)算得到的粒度分布，可以看出兩組對(duì)應(yīng)的粒度分布十分接近。 

圖7、反演算法精度對(duì)比

第六，實(shí)際測(cè)試結(jié)果效果良好。通過采用短波長(zhǎng)激光、組合鏡頭、特殊光路結(jié)構(gòu)、大尺寸光電探測(cè)器以及*的反演算法等措施后，系統(tǒng)能不能對(duì)量程所覆蓋的所有粒度范圍的的樣品都進(jìn)行有效測(cè)量，特別是能否對(duì)粒度分布在量程的上限和下限附近的樣品進(jìn)行有效測(cè)量，是本系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，這就對(duì)制造環(huán)節(jié)提出了更高的要求。比如在光電探測(cè)器設(shè)計(jì)、選材、制作方面；在鏡頭的設(shè)計(jì)、參數(shù)確定和安裝方面；在激光器選擇及其位置排列方面；在樣品池的材料與制作工藝方面都需要做的工作，使設(shè)計(jì)方案得以實(shí)現(xiàn)。圖8是對(duì)粗、中、細(xì)三種不同粒度的樣品進(jìn)行粒度測(cè)試的結(jié)果。從這三個(gè)測(cè)試結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)無論對(duì)小粒徑接近量程下限的樣品，還是對(duì)大粒徑接近量程上限的樣品，都具有較好的效果。

圖8、幾種樣品的實(shí)際測(cè)試結(jié)果

4、硬件系統(tǒng)組成

除了上述討論過的光路系統(tǒng)以外，本系統(tǒng)還包括光電探測(cè)器及自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)、信號(hào)傳輸與控制系統(tǒng)、自動(dòng)循環(huán)分散系統(tǒng)以及軟件（電腦）系統(tǒng)等四部分。

(1)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)：自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成。自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)除了作為光電探測(cè)器陣列的基座之外，主要的作用是探測(cè)器的中心始終與主光軸上鏡頭的焦點(diǎn)重合。一旦探測(cè)器中心與鏡頭的焦點(diǎn)發(fā)生偏離現(xiàn)象，
圖10自動(dòng)對(duì)焦示意圖 自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)將在電腦控制下，通過橫向和縱向的步進(jìn)電機(jī)及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)時(shí)地、自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整，使探測(cè)器的中心回到焦點(diǎn)上，了測(cè)量精度。

	圖9、系統(tǒng)其他組成部分示意圖		圖10、自動(dòng)對(duì)焦示意圖

(2)信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳輸與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括微控制系統(tǒng)（MCU）、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、多路信號(hào)分配系統(tǒng)、信號(hào)放大器等部分組成，如圖9。其中微控制系統(tǒng)是控制核心，由三個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)組成，它通過USB與電腦相連，受電腦直接指揮和控制。在運(yùn)行粒度測(cè)試軟件前由它直接控制各部分的初始狀態(tài)，在粒度測(cè)試過程中它隨時(shí)接收電腦的指令和各部分的反饋信號(hào)，經(jīng)過處理后再向其它相關(guān)部分發(fā)出控制指令。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是MCU的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，MCU發(fā)出的指令通過它進(jìn)行功率放大和轉(zhuǎn)換后直接驅(qū)動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)和循環(huán)分散系統(tǒng)，進(jìn)行光路對(duì)焦、啟動(dòng)/停止循環(huán)、啟動(dòng)/停止超聲分散以及啟動(dòng)進(jìn)水/排水/清洗等操作。多路信號(hào)分配系統(tǒng)和信號(hào)放大器的主要作用是信號(hào)的轉(zhuǎn)換與傳輸，包括信號(hào)放大、16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換，98路信號(hào)分配等。

(3)循環(huán)分散系統(tǒng)。包括流量可調(diào)的離心循環(huán)泵、無限定條件啟動(dòng)的超聲波分散器、防泄漏的排水系統(tǒng)、吸水式進(jìn)水系統(tǒng)、水位探測(cè)器、攪拌器等。該系統(tǒng)的所有操作都通過電腦、MCU、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。它的操作流程包括進(jìn)水—消泡—循環(huán)—背景—濃度—分散—測(cè)試—排放—清洗—進(jìn)水等。這些操作可以通過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)操作流程（SOP）方式程序化，也可以通過屏幕上的快捷按鈕單獨(dú)進(jìn)行操作。 

5、軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)是多光束單鏡頭激光粒度儀系統(tǒng)的重要組成部分。這里僅從應(yīng)用角度列出幾點(diǎn)內(nèi)容。

(1)性標(biāo)定。粒度測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)不準(zhǔn)，怎樣來界定性，是激光粒度儀器研究、生產(chǎn)和應(yīng)用都關(guān)心的問題。除了前面已經(jīng)描述過的理論驗(yàn)證以外，本系統(tǒng)還通過用實(shí)際樣品兩級(jí)標(biāo)定的方式來系統(tǒng)性。一是用通過認(rèn)證的幾種標(biāo)準(zhǔn)樣品分段來進(jìn)行檢定；二是用工作標(biāo)樣進(jìn)行驗(yàn)證。圖11就是一種工作標(biāo)樣進(jìn)行驗(yàn)證的界面。圖11中的中間虛線是這個(gè)工作標(biāo)樣的“標(biāo)稱"粒度曲線，兩邊的虛線是允許的粒度界限，紅線是實(shí)際測(cè)試的粒度曲線。用戶可以用經(jīng)過認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行性檢定，也可以用隨儀器贈(zèng)送的工作標(biāo)樣定期和不定期進(jìn)行性驗(yàn)證。

(2)多文字界面技術(shù)。為了方便國(guó)內(nèi)外不同地域和語言背景用戶的使用，語言選擇界面
本軟件系統(tǒng)設(shè)置了中文、中文繁體、英文三種文字。用戶可以在這三種文字中種任選一種。不僅如此，在界面設(shè)計(jì)上還使用了“文件關(guān)聯(lián)技術(shù)"，將界面所有的文字以關(guān)聯(lián)文件的形式保存在文本文件中。只要將這個(gè)關(guān)聯(lián)文件（該文件是中文或英文）翻譯成任何一種其它文字，重新啟動(dòng)后軟件界面就變成相應(yīng)文字的界面了。所以，無論這種儀器的用戶是使用什么語言背景，都可以用自己熟悉的母語文字進(jìn)行粒度測(cè)試工作。

	圖11、粒度測(cè)試性驗(yàn)證		圖12、語言選擇界面

(3)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)。本系統(tǒng)通過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)操作流程，粒度測(cè)試過程的所有環(huán)節(jié)全部自動(dòng)進(jìn)行操作。自動(dòng)測(cè)試的流程是：?jiǎn)?dòng)“自動(dòng)測(cè)試"按鈕—進(jìn)水—消泡—攪拌—循環(huán)—濃度調(diào)整—分散—測(cè)試—保存—打印—清洗—進(jìn)水。自動(dòng)測(cè)試不僅僅是簡(jiǎn)化操作，更重要的是每次的測(cè)試條件一致，大限度地消除了因操作因素帶來的誤差，了粒度測(cè)試的重復(fù)性和性。

	圖13、自動(dòng)測(cè)試與SOP設(shè)置

(4)報(bào)告單格式的轉(zhuǎn)換：為了便于在通常條件下對(duì)報(bào)告單進(jìn)行打印、顯示、發(fā)送電子郵件的需要，本系統(tǒng)設(shè)置了三種報(bào)告單轉(zhuǎn)換形式。其中“導(dǎo)入Excel"是將報(bào)告單轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Excel格式文件，可以在Excel環(huán)境下打印、編輯。“整體導(dǎo)出"是先將報(bào)告單轉(zhuǎn)換成位圖格式，然后存入電腦的剪切板中，它可以被粘貼到Word、Excel、畫圖、寫字板等多種環(huán)境，方便地進(jìn)行打印、顯示、發(fā)送電子郵件等?！胺猪?xiàng)導(dǎo)出"是將所關(guān)心的單項(xiàng)結(jié)果（如D10、D50、D90）導(dǎo)入Excel環(huán)境中，以便于進(jìn)行比較、處理、編輯等。 

6、結(jié)束語

通過的理論研究和設(shè)計(jì)制造實(shí)踐，采用新的創(chuàng)新技術(shù)的多光束單鏡頭激光粒度儀研制成功。實(shí)現(xiàn)了拓寬量程、提高精度、簡(jiǎn)化操作、打造精品的設(shè)計(jì)要求。該項(xiàng)技術(shù)的研制成功和產(chǎn)品的投放市場(chǎng)，是中國(guó)激光粒度測(cè)試技術(shù)自主創(chuàng)新的又一成果，標(biāo)志著高性能激光粒度儀國(guó)產(chǎn)化的時(shí)期已經(jīng)到來。