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纳米粒度仪中数字相关器的技术优势
时间: 2016-06-27

1.      纳米粒度仪中数字相关器的技术优势

济南微纳公司纳米粒度仪,是基于动态光散射原理(DLS),其关键技术是提取悬浮在溶液中的纳米颗粒的散射光的自相关函数,并计算纳米颗粒的扩散系数,从而分析颗粒粒度。

 

数字相关器就是基于动态光散射原理的粒度测试技术中提取散射光信号的自相关函数的装置。

 

目前,国内应用较多此类装置主要是进口美国Brookhaven公司BI-9000ATBI-9010ATTurbocorr数字相关器,这些装置都是基于定制的专用大规模集成电路(ASIC,或基于DSP技 术,或多片芯片及联组成,不但很有很大的局限性,而且价格昂贵。另外,国内有人尝试采用软件的方式实现数字相关器,即先用光子计数器将散射光光子计数并存 储在存储器中,然后根据计算机软件将其数据从存储器中读出进而进行相关运算,虽然这样能计算出散射光强的相关函数,但由于软件所需的处理时间比硬件所需的 处理时间长很多,导致在如此长的处理时间内的光子测量被暂停(即处理时间内的光子丢失),造成计算的相关函数偏差较大。所以,采用软件的数字相关器实时性 很差,不能满足颗粒粒度分析的要求。

 

至此,我们采用硬件的方式实现数字相关器,即用一片FPGA芯片实现256物理通道的用于动态光散射原理的纳米粒度仪的数字相关器,既能满足纳米粒度测试的需求,且具有小体积、低成本、易扩展等特点。

 

2.      动态光散射纳米粒度仪的理论基础

基于动态光散射原理的纳米粒度仪的基本测试原理如图所示。由激光器发出的激光经入射光路照射到样品池中的颗粒上,颗粒的散射光经接收光路进入光电探测器,随后由数字相关器求出其光强的自相关函数G2(τ)

 
 

基于动态光散射原理的纳米粒度仪基本测试原理图


由采样时间发生模块、光子计数模块、自相关运算模块和计算机接口模块这四个主要模块以及配上相应的同步复位模块和控制模块实现的数字相关器,其物理通道为256路,等效通道可达5000多通道,自相关曲线延迟时间可由纳米级跨越到秒级。

 

因此,该研究中采用FPGA技术以硬件的形式实现的数字相关器完全满足动态光散射纳米粒度仪中获取自相关函数的需求。该数字相关器已成功应用于我公司Winner801Winner802光子相关纳米粒度仪中。

 

早在2008年,微纳公司就是生产出国内第一台纳米粒度仪,该数字相关器技术于2010年已申请并获得国家实用新型专利,独特的先进技术使得纳米粒度仪逐渐赢得国内市场,并深受广大客户的欢迎。


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