靜態(tài)圖像分析儀，如顯微鏡，可精密對焦，對小顆粒測試可獲得很清晰的圖像。但對于極微量樣品，取樣誤差大，測試結果的代表性和統計性差；顆粒的取向受載片的限制，只能測量顆粒的一個(gè)平面投影圖像；對重疊的顆粒也只能通過(guò)數學(xué)計算的方法進(jìn)行處理；同時(shí)受顯微鏡分辨距離的限制，被測試顆粒的小粒徑是有限的。

動(dòng)態(tài)圖像分析儀和靜態(tài)圖像分析儀相比，測試樣品量增加，減少了取樣誤差，統計的代表性也相對增加；由于測試顆粒處于運動(dòng)狀態(tài)，取向任意，顆粒重疊的現象減少。但也仍存在不少缺點(diǎn)：

（1）顆粒移動(dòng)過(guò)程中對焦，顆粒的移動(dòng)速度受限；

（2）由于沒(méi)有分散，顆粒重疊現象仍然存在；

（3）濕法測量：循環(huán)速率低，大顆粒易沉降，且樣品量少；

（4）干法測量：盡適用于流動(dòng)性非常好的顆粒的自由落體，無(wú)分散；

（5）照相頻率低（25幅/秒），測試數據少，結果的統計性仍然不好；

（6）沒(méi)有采用特殊的曝光設計，圖像的清晰度無(wú)；

（7）顆粒的圖像邊界模糊，結果可靠性太差。

1.2 樣品代表性的局限

在粒度和粒形檢測中，被檢測和分析的樣品是否具有代表性是非常關(guān)鍵的，每次被檢測的樣品量的多少和檢測結果之間有什么樣的關(guān)系呢？理論上來(lái)說(shuō)，是每次檢測樣品越多越好，但實(shí)際操作總是需要有一個(gè)量度來(lái)決定到底每次要檢測多少才具有代表性，以下是專(zhuān)門(mén)就取樣量和取樣誤差所做的試驗和結果（每個(gè)樣品作10次平行結果，計算被檢測的樣品中顆粒的數量和大取樣誤差）：

*組：每次被檢測的顆粒個(gè)數大約為7,000 個(gè)，大取樣誤差為17.6%

第二組：每次被檢測的顆粒個(gè)數大約為30,000 個(gè)，大取樣誤差為8.0%

第三組：每次被檢測的顆粒個(gè)數大約為300,000 個(gè)，大取樣誤差為2.5%

第四組：每次被檢測的顆粒個(gè)數大約為2,500,000 個(gè)，大取樣誤差為0.8%

第五組：每次被檢測的顆粒個(gè)數大約為10,000,000 個(gè)，大取樣誤差為0.3%.

從上述的試驗結果我們就可以發(fā)現，要取樣誤差小于 1%，則每次被檢測樣品的顆粒的數目至少要達到 1,000,000（一百萬(wàn)）個(gè)以上！

而要對如此的顆粒進(jìn)行粒度和粒形分析，如果采用常規的圖像分析儀，將會(huì )有什么樣的結果呢？

如：現在要取樣誤差小于 1%，則每次檢測分析量至少為 1,000,000 個(gè)顆粒，此時(shí)顯微鏡等靜態(tài)的圖像分析儀可能需要幾天甚至更長(cháng)的時(shí)間才可以實(shí)現，如果是準動(dòng)態(tài)的圖像分析儀，假設每幅圖像上能夠有 10個(gè)清晰的顆粒圖像（由于準動(dòng)態(tài)圖像分析儀沒(méi)有良好的分散系統，在分散不好的情況下，顆粒之間間距足夠大的才能夠分辨清楚），則完成 1,000,000 個(gè)顆粒的檢測至少需要拍攝 100,000（十萬(wàn)）幅圖像，采用每秒鐘能夠拍攝 25幅圖像的常規照相機，至少需要 4000 秒（67 分鐘），然后還需要將這些拍攝好的圖像完整無(wú)缺的傳輸給電腦，由電腦來(lái)完成對拍攝到的圖像進(jìn)行顆粒的粒度和粒形分析，常規數據線(xiàn)的理論傳輸速率為 128MByte/s，而實(shí)際傳輸速率僅為 60MByte/s，如果再考慮分析中的要求，對每一個(gè)樣品至少平行檢測3次來(lái)減小分析結果的偶然誤差，那么對一個(gè)樣品的檢測時(shí)間至少需要4個(gè)小時(shí)（半天）！— 實(shí)際應用可能性非常小。

2 新帕泰克(Sympatec GmbH)粒度粒形分析儀 QICPIC

為了克服現有圖像分析儀存在的樣品量少、測試結果的代表性和統計性差，分析速度慢等缺點(diǎn)，德國新帕泰克公司研發(fā)并制造出了世界上*臺能對快速移動(dòng)顆粒直接進(jìn)行粒度大小和粒形分析的粒度粒形分析儀－QICPIC（Quick Picture）。

2.1 測試原理

文本框: 圖3.QICPIC工作原理從高頻脈沖光源發(fā)出的脈沖光，經(jīng)過(guò)光束擴束器，得到平行的脈沖光，在測試區域內脈沖光照射在分散好的單個(gè)顆粒上，經(jīng)過(guò)的光學(xué)成像系統，得到每個(gè)顆粒清晰的圖像，收集到的的圖像數據及時(shí)傳輸給電腦，電腦給出全部樣品的粒形信息和粒度分布結果。

2.2 QICPIC 的技術(shù)優(yōu)勢

1. 的光路設計，成像大小同物距無(wú)關(guān)

文本框: 圖4.QICPIC光路設計在進(jìn)行顆粒的粒度檢測的時(shí)候，顆粒在測試區域內距離鏡頭總會(huì )有前后之分，常規的攝像光路系統下，測試的結果往往會(huì )受“景深"的影響。對此，德國新帕泰克公司（Sympatec GmbH）采用了的光路設計，即在采用小光圈的情況下得到高對比度的清晰圖像?？讖焦怅@僅阻擋散亂光線(xiàn)，對被照射顆粒的背景光的強弱沒(méi)有任何影響，而且成像大小同物距無(wú)關(guān)，同一個(gè)顆粒在測試區域的任何部位都能夠得到相同大小的圖像（圖4）。

2. 的脈沖光源，同的分散系統相結合得到清晰的單個(gè)顆粒的圖像

移動(dòng)的顆粒在常規的光源下進(jìn)行攝像，不可避免的會(huì )產(chǎn)生“運動(dòng)虛影"（即照相時(shí)由于物體的運動(dòng)導致拍攝到的圖像的發(fā)虛現象），經(jīng)過(guò)試驗，得到運動(dòng)虛影同光源的曝光時(shí)間τ的關(guān)系如下：

在德國新帕泰克公司的 QICPIC粒度粒形分析儀中，的脈沖光源產(chǎn)生穩定可見(jiàn)的高頻脈沖光，曝光時(shí)間τ≈1ns（即脈沖頻率約為 10⁹ 次/秒），即使是運動(dòng)速度高達 100m/s 的顆粒，也能夠得到清晰的圖像，不會(huì )發(fā)虛。

德國新帕泰克的 QICPIC 粒度粒形分析儀還采用了數碼成像領(lǐng)域內技術(shù)的 CMOS 高速攝像系統，每秒內拍攝高達 500 幅圖像，像素為 2048 × 2048（4.2MP）。

放大倍率不同的光學(xué)鏡頭(如 2:1, 1:1, 1:3, 1:10等)安裝在轉盤(pán)上，根據被檢測樣品顆粒的大小選擇配置合適的鏡頭，在使用的時(shí)候，只需在電腦上所選定的鏡頭，系統就會(huì )自動(dòng)進(jìn)行選擇，同時(shí)，系統中的光束擴束器會(huì )根據不同的放大倍率自動(dòng)調整輸出光的強弱和光束直徑的大小，測試過(guò)程中不會(huì )過(guò)度曝光或者曝光不足。

3. 良好的分散系統：檢測得到的是單個(gè)顆粒的粒度和粒形結果

對任何一個(gè)樣品的粒度或粒形檢測，分散好壞的得到檢測結果好壞的關(guān)鍵：

新帕泰克公司在激光粒度儀系統中發(fā)展成熟的不同的分散系統，根據新帕泰克公司“干樣干測、濕樣濕測"的檢測理念，根據樣品的原始存在狀態(tài)，以樣品的原始狀態(tài)下的粒度和粒形結果，選擇不同的分散系統，得到的粒度粒形檢測設備！

4. 技術(shù)的數據傳輸系統和工作站，實(shí)現對數據的實(shí)時(shí)傳輸和處理

a. 數據傳輸系統：

數據傳輸過(guò)程中電腦接口傳輸速率低，是導致分析速度慢的另外一個(gè)原因，因為現有的常規數據線(xiàn)的理論傳輸速率為 128MByte/s，而實(shí)際傳輸速率僅為 60MByte/s。在采用圖像儀測試的過(guò)程中，高速攝像系統得到 500 Mbytes/s 的實(shí)時(shí)數據，如果采用常規的數據線(xiàn)，根本無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)傳輸并通過(guò)軟件進(jìn)行及時(shí)的處理。德國新帕泰克公司為了突破這個(gè)瓶頸，經(jīng)過(guò)的實(shí)驗研究，采用了傳輸速率為 N*6.25GByte/s ，所有得到的數據的實(shí)時(shí)有效傳輸，不丟失任何一個(gè)信息。

b．數據處理系統：

采用電腦技術(shù)的雙核處理工作站，可以及時(shí)完成對圖像數據的分析和處理！

每次得到的顆粒的圖像信息數據，會(huì )自動(dòng)儲存在專(zhuān)門(mén)的數據庫中?？蛻?hù)在需要了解顆粒的相關(guān)參數的時(shí)候，可以通過(guò)新帕泰克公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)的數據處理軟件 WINDOX，根據需要可選擇不同的顆粒粒徑表示方法，如等效投影圓面積徑（EQPC）、大 Feret 徑、小 Feret 徑、平均 Feret徑、90°大 Feret 徑、90°小 Feret徑、小外接矩形長(cháng)徑，小外接矩形寬徑、弦長(cháng)(垂直、水平、大、小) 、纖維的長(cháng)度、卷曲系數等。選定之后，由軟件進(jìn)行自動(dòng)處理和計算，得到粒徑下的粒度大小和粒度分布，同時(shí)還可以得到單個(gè)顆粒的長(cháng)寬比以及球形度等數值。

所以，在采用了以上多個(gè)技術(shù)的QICPIC 粒度粒形分析儀中，同樣檢測1,000,000 個(gè)顆粒，由于采用了的分散系統，在實(shí)際拍攝中，每張圖片上至少可以得到20 個(gè)顆粒的清晰圖像，采用每秒鐘能拍攝500 幅圖像的高速攝像系統CMOS 加上傳輸速率為N*6.25GBGByte/s的設計，及時(shí)傳輸給擁有雙核處理技術(shù)的工作站，對每個(gè)樣品從顆粒進(jìn)入測試區域到檢測結果的輸出僅需要100 秒（1.7 分鐘）— 實(shí)用性大大增強。