第五，高精度的、穩(wěn)定的反演算法是實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計要求的。激光粒度測試的直接物理量是散射光能分布，如果不能真實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的上半部分是六個隨機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行反演計算得到的粒度分布，可以看出兩組對應(yīng)的粒度分布十分接近。 

圖7、反演算法精度對比

第六，實際測試結(jié)果效果良好。通過采用短波長激光、組合鏡頭、特殊光路結(jié)構(gòu)、大尺寸光電探測器以及*的反演算法等措施后，系統(tǒng)能不能對量程所覆蓋的所有粒度范圍的的樣品都進行有效測量，特別是能否對粒度分布在量程的上限和下限附近的樣品進行有效測量，是本系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，這就對制造環(huán)節(jié)提出了更高的要求。比如在光電探測器設(shè)計、選材、制作方面；在鏡頭的設(shè)計、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)計方案得以實現(xiàn)。圖8是對粗、中、細(xì)三種不同粒度的樣品進行粒度測試的結(jié)果。從這三個測試結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)無論對小粒徑接近量程下限的樣品，還是對大粒徑接近量程上限的樣品，都具有較好的效果。

圖8、幾種樣品的實際測試結(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)還包括光電探測器及自動對焦系統(tǒng)、信號傳輸與控制系統(tǒng)、自動循環(huán)分散系統(tǒng)以及軟件（電腦）系統(tǒng)等四部分。

(1)自動對焦系統(tǒng)：自動對焦系統(tǒng)由步進電機及其執(zhí)行機構(gòu)和步進電機控制驅(qū)動系統(tǒng)兩部分組成。自動對焦系統(tǒng)除了作為光電探測器陣列的基座之外，主要的作用是探測器的中心始終與主光軸上鏡頭的焦點重合。一旦探測器中心與鏡頭的焦點發(fā)生偏離現(xiàn)象，
圖10自動對焦示意圖 自動對焦系統(tǒng)將在電腦控制下，通過橫向和縱向的步進電機及其執(zhí)行機構(gòu)，實時地、自動地進行調(diào)整，使探測器的中心回到焦點上，了測量精度。

	圖9、系統(tǒng)其他組成部分示意圖		圖10、自動對焦示意圖

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

(3)循環(huán)分散系統(tǒng)。包括流量可調(diào)的離心循環(huán)泵、無限定條件啟動的超聲波分散器、防泄漏的排水系統(tǒng)、吸水式進水系統(tǒng)、水位探測器、攪拌器等。該系統(tǒng)的所有操作都通過電腦、MCU、驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)的。它的操作流程包括進水—消泡—循環(huán)—背景—濃度—分散—測試—排放—清洗—進水等。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進行操作。 

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)用角度列出幾點內(nèi)容。

(1)性標(biāo)定。粒度測試結(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)描述過的理論驗證以外，本系統(tǒng)還通過用實際樣品兩級標(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)樣品分段來進行檢定；二是用工作標(biāo)樣進行驗證。圖11就是一種工作標(biāo)樣進行驗證的界面。圖11中的中間虛線是這個工作標(biāo)樣的“標(biāo)稱"粒度曲線，兩邊的虛線是允許的粒度界限，紅線是實際測試的粒度曲線。用戶可以用經(jīng)過認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)樣品進行性檢定，也可以用隨儀器贈送的工作標(biāo)樣定期和不定期進行性驗證。

(2)多文字界面技術(shù)。為了方便國內(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行粒度測試工作。

	圖11、粒度測試性驗證		圖12、語言選擇界面

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

	圖13、自動測試與SOP設(shè)置

(4)報告單格式的轉(zhuǎn)換：為了便于在通常條件下對報告單進行打印、顯示、發(fā)送電子郵件的需要，本系統(tǒng)設(shè)置了三種報告單轉(zhuǎn)換形式。其中“導(dǎo)入Excel"是將報告單轉(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，方便地進行打印、顯示、發(fā)送電子郵件等?！胺猪棇?dǎo)出"是將所關(guān)心的單項結(jié)果（如D10、D50、D90）導(dǎo)入Excel環(huán)境中，以便于進行比較、處理、編輯等。 

6、結(jié)束語

通過的理論研究和設(shè)計制造實踐，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。實現(xiàn)了拓寬量程、提高精度、簡化操作、打造精品的設(shè)計要求。該項技術(shù)的研制成功和產(chǎn)品的投放市場，是中國激光粒度測試技術(shù)自主創(chuàng)新的又一成果，標(biāo)志著高性能激光粒度儀國產(chǎn)化的時期已經(jīng)到來。