黑科技解读 | 实时在线颗粒分析系统的前世今生

       实时在线颗粒分析系统包括ParticleTrack(FBRM)和ParticleView(PVM)已成为研发、工艺优化必不可少的工具，在降低成本、节约资源、提高产品质量方面发挥了不可替代的作用。

       大家都知道FBRM主要关注颗粒尺寸和数目的变化，PVM更多地关注颗粒形貌的变化。我们在去年北京BCEIA的展会上发布的新产品EasyViewer 100(EV 100) 不仅可以追踪颗粒尺寸、数目的演变过程，同时可实时“看见”颗粒形貌。在实验的过程中关注颗粒的这些变化，有助于科研人员对于过程参数对产品质量的影响快速、GX地做出判断和决策。本期小梅将主要给大家介绍我们在线颗粒成像的发展历程，便于更好地了解这款产品。

       据小梅目前搜集的资料来看，在线颗粒成像的产品进入ZG应该是10年前，这款产品的目的就是要取代显微镜，可以在线实时地“看见”和测量实验过程中颗粒的形貌，帮助研发人员在diyi时间准确地、快速地做出判断，进行工艺和操作参数的改变，获取理想的产品。

PVM V700

       首先，就给大家说说Z早的一款产品 PVM V700，这款产品也是小梅在回访客户的过程中有幸看到的。

图1 PVM V700

       图1就是 PVM V700，目前国内不超过2台，其中一台由ZG石油大学的一个课题组购买使用，主要是应用在一个高压环境里观察和监测水合物颗粒形貌。

       据客户反映，虽然已经近10年，仪器状况良好，仍可以正常使用，说明梅特勒-托利多产品的质量还是非常值得信赖的！从图上看出，这款产品主要有四部分组成：焦距调节杆、光纤、主机和探头，由于探头插在釜内，所以图中无法看到。主机尺寸还是比较大的，也比较重，携带不是很方便，在使用过程中需手动旋转焦距调节杆来改变焦距。

图2 PVM 软件工具栏

       图2是软件的工具栏简洁、功能简单，包含保存图片、视频和导出图片、视频。尽管现在看来这款产品并不是很wan美，但在当时已是非常先进的技术和产品，从离线显微镜观察到在线实时测量，迈出了至关重要的一 步，也为后续产品升级奠定了坚实的基础，同时也帮助客户快速地做出判断，提GX率。

PVM V825 Ex

       继 PVM V700之后，我们在 2011年推出了一款工业型号的在线成像产品 PVM V825 Ex（图3），主要是针对工业领域的客户，应用在工厂车间，因此也是一款防爆产品。

图3 PVM V825 Ex

       由于是工业型号，相比 PVM V700，尺寸明显要大很多，主要是增加了防爆装置。图4为探头的组成，包括光纤、主机和探头。颗粒测量范围为 2μm-1mm，温度范围为 -20-120℃，Z大压力为 10 bar，低温下需要氮气或空气吹扫。由于国内没有客户采购过这款产品，小梅也没见过实机。这款较上一代主要是硬件方面的拓展和升级，软件基本没有变化。

图4 PVM V825 Ex 探头组成

PVM V819

       接下来要介绍的这款产品，相信很多人都比较熟悉了，就是我们的 PVM V819。目前，很多用户还在使用它，相比于之前的产品，这款产品的硬件和外观进行了全面的升级和改善（图5）。颗粒测量范围为2μm-1mm，视窗范围为 1075μm x 825μm，温度范围为 -80-120℃（温度范围相比 PVM V825 Ex有很大的提升），Z大压力为10 bar，定制的话可达100 bar，低温下需要氮气或空气吹扫。

图5 PVM V819 

       从图5 可以看出，整体以梅特勒-托利多经典蓝色和灰色为主，视觉更加美观、简洁，由探头（图6）、光纤和主机三部分组成。

图6 PVM V819 探头尺寸

       使用时只需将探头插入体系内即可，手动设置焦距，运行 PVM软件即开始记录和保存实时图像（图7）。

图7 拍摄的图像

       同时在软件中增加了图像分析的功能（图8），可对颗粒进行简单的分析和处理，帮助科研人员获取更多的信息。

图8 PVM 软件新功能-图像分析

ParticleView V19

       为了进一步提升产品的性能，提高使用的便利性，PVM V819于 2015年5月13日正式停产销售，取而代之的是 ParticleView V19（图9）。至此，PVM系列正式退出历史舞台，名称改为 ParticleView，应该说这是我们在线成像技术的一个里程碑。

图9 ParticleView V19

       本次产品换代在硬件和软件上均有大幅的升级。先从硬件说起，ParticleView V19组成更加简单，只需一个探头和一条光纤，彻底摆脱了笨重的主机，重量只有1.45kg。通过 USB与电脑连接后即可使用，也不需外置的电源，大大改善了使用的便利性。颗粒测量范围为 2μm-1mm，视窗范围为1300μm x 890μm，温度范围为 -80-120℃，Z大压力为10 bar，定制的话可达 100 bar。别忘了，低温下仍需要氮气或空气吹扫，为了防止在镜头内部水汽凝结，影响测量。

图10  软件界面

       再说说软件，可以说本次Z大的变化就是软件，界面更加简洁，易于上手使用，再也不用手动旋转焦距调节杆来设置焦距了，可直接在软件中操作。同时，增加相对后向散射指数 (RBI)—一种对颗粒变化敏感的过程趋势指标，特别是可用来判断成核点。此外，对于关键时刻的变化可进行标记和备注，记录颗粒粒径、形状和浓度变化敏感的基于图像的趋势，有助于科研人员确定并研究重要过程事件和扰动。这种快速可靠的方法可减少全面了解复杂颗粒体系和过程所需的时间和精力。

EasyViewer

       随着产品竞争的日益激烈，如何在更短地时间内获取更多的信息成为关注的焦点。为了帮助研发人员更快、更直接地获取数据、做出判断，我们经过几年的研发，终于在2019年10月23日发布了这款EasyViewer（在线颗粒成像分析仪），软件也由 iC PVM 改为 iC Vision。ParticleView V19在服役4年之后已于2020年diyi季度退出市场。

图11  EasyViewer 100

       为了满足客户的不同需求，EasyViewer 包含两个型号：EasyViewer 100 (EV 100，已上市)和EasyViewer 400 (EV 400，将在2020年第二季度上市)。

       EasyViewer 的推出可以说是一次技术的革新和创新，因为它不仅仅是一个拍照的工具，更是可将图像转换为颗粒信息的技术。它的分辨率提升至1.5μm，视窗也更大（1000μm x 1000μm），在不需氮气吹扫的情况下温度范围为 -20-135℃。如果需在更低地温度下进行使用，可选择 EV 400。整个仪器的重量只有0.66kg（图11），是不是很像上世纪90年代流行的大哥大呀。

图12 iC Vision界面

       图13是 EV 100夜晚工作时的样子，是不是很酷？

图13 EasyViewer 100过夜运行

       说了这么多，相比ParticleView V19，EasyViewer到底有哪些亮点呢？

       小梅特地总结了下，包括：

       1.体积更小、重量更轻；

       2.自动聚焦和光源；

       3.图像分辨率更高；

       4.图像处理功能，获取更多的颗粒信息（粒度分布、浊度、形貌等）；

       5.应用场景更加广泛。

       Z大的优势是增加图像处理功能，可通过软件自带的分析模块，客户也可自己编写图像处理代码导入软件进行分析，根据特定的需求来提取颗粒的信息。

       是不是通过上述的介绍，大家对我们的在线成像产品有了全面地了解呢？其实，我们的在线成像技术已走过了近10年的风风雨雨，感谢这些年来大家对我们的信任和支持。在这10年里，由 PVM V700到 EasyViewer已经历了5代产品，不论是仪器外观，还是软件，均进行大幅地提升和创新，目的就是有助于提高研发的效率、节约成本、控制质量。就如梅特勒-托利多自动化化学秉持的价值理念：GX的研究及开发将化合物分子带入市场，为科学研究和工业生产贡献一份力量！