二十世紀(jì)八十年代以來，激光粒度測量技術(shù)在理論上日趨成熟，由于其測量速度快，粒徑范圍寬及重復(fù)性和重現(xiàn)性好等突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用，并在許多行業(yè)取代了以前的傳統(tǒng)方法。

一、激光粒度儀的原理
    激光粒度儀是基于光衍射現(xiàn)象而設(shè)計的，當(dāng)顆粒通過激光光束時，顆粒表面會衍射光，而衍射光的角度與顆粒的粒徑成反向的變化關(guān)系，即大顆粒衍射光的角度小，小顆粒衍射光的角度大，如圖 1 所示。
 

換句話說，不同大小的顆粒在通過激光光束時其衍射光會落在不同的位置，位置信息反映顆粒大小；如果同樣大的顆粒通過激光光束時其衍射光會落在相同的位置，即在該位置上的衍射光的強(qiáng)度疊加后就比較高，所以衍射光強(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，如圖 2 所示。這樣，如果能 夠同時測量或獲得衍射光的位置和強(qiáng)度的信息，就可得到粒度分布的結(jié)果。實際上激光衍射法就是采用一系列的光敏檢測器來測量未知粒徑的顆粒在不同角度（或者說位置）上的衍射光的強(qiáng)度，使用衍射模型，再通過數(shù)學(xué)反演，然后得到樣品顆粒的粒度分布。檢測器的排列在儀器出廠時就已根據(jù)衍射理論確定，在實際測量時，分布在某個角度（或位置）上的檢測器接收到衍射光，說明樣品中存在有對應(yīng)粒徑的顆粒。

    然后再通過該位置的檢測器所接收到的衍射光的強(qiáng)度，得到所對應(yīng)粒徑顆粒的百分比含量。但是，顆粒衍射光的強(qiáng)度對角度的依賴性是隨著顆粒粒徑的變小而降低，如圖 3 所示。當(dāng)顆粒小到幾百納米時，其衍射光強(qiáng)對于角度幾乎完全失去依賴性，即此時的衍射光會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，這無疑增加了檢測的難度。

二、激光粒度儀的技術(shù)現(xiàn)狀    

如何實現(xiàn)對 1 微米以下及寬粒徑范圍（一般幾十納米到幾千微米）的樣品的測量是激光衍射法粒度儀的技術(shù)關(guān)鍵。概括起來，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，配有多個不同焦距的透鏡以適應(yīng)不同的粒徑范圍，如圖 4 所示，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計簡單，只需要分布于幾十度范圍的焦平面檢測器，成本較低。缺點(diǎn)是如果樣品粒徑范圍寬的時候需要更換透鏡，不同透鏡的結(jié)果需要拼合，對一些未知粒徑的樣品用一個透鏡測量時可能會丟失信號或?qū)τ谟捎诠に囎兓瘜?dǎo)致的樣品粒徑變化不能及時反映。

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器，為了增大相對的檢測角度，使該檢測器能夠接收到小顆粒的衍射光信號，在相對于第一光源光軸的不同角度上再配置第一或第二激光器，如圖 5 所示。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器，成本較低，測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器同時也被用于小顆粒測量，由于小顆粒的衍射光在單位面積上的信號弱，導(dǎo)致小顆粒檢測時的信噪比降低，這就是為什么多光源系統(tǒng)在測量范圍上限超過 1500 微米左右時，若要同時保證幾微米以下小顆粒的準(zhǔn)確測量，需要更換短焦距的聚焦透鏡。另外，多透鏡系統(tǒng)在測量樣品時，不同的激光器是依次開啟，而在干法測量時，由于顆粒只能一次性通過樣品池，只有一個光源能被用于測量，所以一般采用多透鏡技術(shù)的干法測量的粒徑下限很難低于 250 納米。

2、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量，而幾微米以下的顆粒用其它方法測量，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，總的測量范圍較寬，但因為不同的方法所要求的最佳的測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)需采用兩個不同的樣品池，這對于濕法測量來講不是問題，因為樣品可以循環(huán)，但對干法而言樣品只能一次性通過樣品池而不能循環(huán)，不能用兩種方法同時測量，因而多種方法混合系統(tǒng)在干法測量時的粒徑下限只能到幾百納米。

3、非均勻交叉大面積補(bǔ)償?shù)膶捊嵌葯z測技術(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，這樣使檢測器在極大的角度范圍內(nèi)排列，一般真正物理檢測角度可達(dá) 150度，從而使采用單一透鏡測量幾十納米至幾千微米的樣品成為可能，光路示意圖如圖 6 所示，在檢測器的設(shè)計上采用了非均勻交叉而且隨著角度的增大檢測器的面積也增大的排列方式，既保證了大顆粒測量時的分辨率也保證了小顆粒檢測時的信噪比和靈敏度。無需更換透鏡及輔助其它方法就可測量從幾十納米到幾千微米的顆粒，即使是干法測量，其下限也可達(dá)到 0.1 微米。這種方法的缺點(diǎn)是儀器的成本相對于前面的幾種方法而言偏高。