动态光散射颗粒分布软测量

考虑传统动态光散射颗粒粒度分布测量用的反演算法复杂、精度不够、抗噪能力差,本文基于大数据思想,提出了一种动态光散射颗粒分布软测量方法。该方法通过调节颗粒粒度分布形状参数获得大量自相关函数及其对应颗粒分布的数据;使用这些数据对子学习机进行训练。最后,针对训练数据维数较高的特点对传统Bagging算法进行改进,并利用改进的Bagging集成算法集成子学习机以提高软测量模型的精度及泛化能力。通过模拟单峰数据和对300nm标准粒径进行软测量开展了验证实验。结果表明,该方法能够较好地测量出不同动态光散射颗粒分布的峰值及分布宽度,模拟单峰数据测量峰值精度可达1nm,300nm和503nm,标准粒径测量精度分别可达3nm和4nm,优于一般的反演算法。该软测量方法为动态光散射颗粒分布测量开辟了新的途径。     

动态散斑对比度颗粒测量法

提出了基于线阵CCD相机的动态散斑对比度颗粒测量方法和系统,用于解决动态光散射研究涉及的动态光散射软件相关算法运算量大、实时性较差,以及不能测量高黏度溶液中颗粒的问题。首先,从传统动态光散射理论出发,基于光学统计理论,建立了动态散斑对比度的模型。然后,根据Siegert公式,推导了动态散斑对比度与动态散射光场自相关函数的关系。最后,得到了低浓度和高浓度下动态散斑对比度与颗粒粒径的关系。分别对粒径分布为(490±20)nm的标准乳胶球颗粒水溶液和纳米二氧化钛粉体(粒径分布:450~500nm)甘油溶液进行了测量。结果表明:动态散斑对比度测量法的运算量小,且能测量高黏度溶液中的纳米颗粒,重复测量误差小于2%,满足了动态光散射的国标要求。     

基于分形理论的玻璃切削力和表面粗糙度研究

基于分形理论研究了玻璃切削时不同切削参数对切削力及其分形维数以及表面粗糙度的影响。试验结果表明:切削力分形维数与玻璃切削过程的四个阶段密切相关,如玻璃切削过程以某一阶段(如大块破碎)为主,则切削力分形维数越小,表面粗糙度越大;如切削过程包含多个阶段,则切削力分形维数越大,表面粗糙度越大。     

基于FFT的动态散射光谱密度测量技术研究

为了研究动态光散射纳米颗粒测量技术，提出了基于FFT的动态散射光AR模型功率谱密度测量法。首先采用FFT建立信号的AR功率谱密度模型，然后通过计算信号自相关矩阵的秩得到AR模型的阶数P，由于任何信号的自相关与其频域的功率谱密度是一个傅里叶变换对，因此，信号功率谱密度的衰减宽度等价于其自相关函数的衰减宽度，这样通过计算动态光散射信号的功率谱密度衰减宽度，进而得到待测颗粒的粒径，最后将此方法的实验结果与传统的光子相关光谱法实验所测得的数据进行了比较。结果表明：该技术具有误差小、重复性好的优势，有着很大的实用价值。     

摩擦副磨合过程摩擦因数时间序列分形行为研究

为探究在油润滑条件下,涡旋压缩机端面摩擦副接触面在磨合初期与稳定磨损阶段摩擦因数局部时间序列曲线的分形行为,在TRB多功能摩擦磨损试验机上采用球墨铸铁分别与不同表面粗糙度的铜合金和铝合金进行摩擦磨损试验,采集磨合过程中摩擦因数的时间序列信号曲线并对其进行分形表征。结果显示:摩擦因数时间序列曲线具有明显的分形特征,可以根据摩擦过程中摩擦因数时间序列信号的分形维数来判断磨合过程的复杂程度;摩擦副在油润滑时表面粗糙度越大则磨合过程的平均摩擦因数越大,但摩擦因数曲线的分形维数越小,且磨合初期摩擦因数局部时间序列曲线的分形维数不规则波动越大;软质材料表面粗糙度的改变对摩擦因数及其局部分形维数的影响较大。     

滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响

运用分形理论对滑动轴承粗糙表面进行模拟,研究粗糙表面对其膜厚、压力以及承载力的影响。进一步模拟两向异性粗糙表面,比较轴承圆周及轴向方向上粗糙表面对轴承承载及摩擦性能的影响。结果表明:在一定载荷下,轴瓦表面分形维数越小,尺度系数越大,则轮廓幅值越大,表面轮廓越简单,越难形成润滑膜;表面轮廓幅值对润滑膜压力影响明显,幅值越大,润滑膜压力分布越不平滑,润滑性能越差;表面分形维数越小,特征粗糙度值越大,则承载力越低,摩擦力越大,且圆周方向上的分形维数以及特征粗糙度的影响要比轴线方向的影响大。     

用动态光散射时间相干度法测量纳米颗粒粒径

针对传统动态光散射法测量纳米颗粒粒径算法复杂、速度慢、成本高等问题,提出了一种通过改变动态散射光信号时间相干度来测量纳米颗粒粒径的方法,并对其所采用的算法和测量系统进行研究.首先,介绍了动态光散射测量法的基本原理,并引出系统相干度的概念(包括时间相干因子和空间相干因子).接着,从光电探测器的统计特性出发,通过对光子计数...     

微粒团聚的尺度效应及其分形表征

利用全自动激光粒度分析仪，研究了乙醇分散液中羟基磷灰石微粒团聚过程中粒径分布、微粒的平均团聚粒径和比表面积随微粒团聚时间的变化关系，以及微粒质量分数对平均团聚粒径和比表面积的影响，对微粒团聚平均粒径、比表面积及团聚速率与微粒质量分数及微粒团聚时间的关联性进行了分形表征。结果表明：随微粒团聚时间的延长，所测微纳米微粒的最大分布粒径值、最小分布粒径值逐渐增大，分布曲线有逐渐向正态分布发展的趋势；随团聚时间增加，或微粒质量分数的增大，微粒团聚平均粒径逐渐增大，而比表面积逐渐减小，并都在一定的时间内达到动态平衡；微粒团聚速率分形维数可以客观地描述微粒团聚基本规律，当微粒质量分数一定时，微粒团聚分形维数越大，其团聚速度越大，当微粒团聚分形维数一定时，微粒质量分数越大，团聚速率越大。     

类似荷叶表面分形结构的润湿性研究

依据荷叶表面具有不规则自相似微纳双重结构,引入分形几何学构造类似荷叶的Koch分形结构,并建立相应的Cassie、Wenzel模型接触角方程,分析分形维数和结构参数对其润湿性的影响。研究表明:对于分形结构表面,随着分形维数的增大,结构越致密,接触角越大;同时,分形结构中微/纳尺度参数之比越大,接触角也越大。对于荷叶分形结构表面,当分形维数为2.261 8时,对应2种模型的接触角均为160°,Wenzel模型的微米乳突与纳米结构尺寸之比约为140,Cassie模型的微米乳突与纳米结构尺寸之比约为50;而且当Wenzel模型分形维数为2.273 5、Cassie模型分形维数为2.345 5时,接触角可达到180°。     

PEEK不同表面粗糙度与分形维数关系研究

为探究PEEK不同表面粗糙度与分形维数之间的关系,在触针式表面轮廓仪上测量PEEK不同表面的粗糙度并采集了其轮廓曲线和数据。运用分形理论随机过程的结构函数方法,分析轮廓曲线的分形特征,并计算出不同表面粗糙度的分形维数。利用SPSS统计软件对粗糙度和分形维数关系进行拟合并得到最佳的拟合模型。结果表明:分维可以作为一个独立的表征参量来表征粗糙表面的复杂程度和粗糙度水平;PEEK的分形维数与粗糙度存在单调递减的关系,粗糙度数值越大,分形维数值越小;通过分形维数值与粗糙度之间的关系式,在一定范围内,可以通过粗糙度值计算得出分形维数值。     

A fractal-dimension-based signal-processing technique and its use for nondestructive testing

A fractal-dimension-based signal-processing technique has been extensively applied to various fields, but the use of the method to characterize discrete time-domain ultrasonic signals reflecting defects and any other structural-material inhomogeneities has not been fully investigated. The fractal features of the ultrasonic echoes with fractal dimensions and their implementation in nondestructive testing are investigated. In order to obtain a faithful representation of the fractal dimensions, two improved fractal dimension algorithms are presented: the box-counting method and the R/S (range/standard deviation) method. Their capabilities are evaluated with two kinds of fractal signals: the FBM (fractal Brownian motion) and WM (Weierstrass-Mandelbrot) signals. A new method to guarantee the feasibility of the calculated fractal dimensions is proposed on the basis of the analysis of the results simulated above. Then, the fractal dimensions of ultrasonic signals measured from a pipeline sample and from carbon-steel and aluminum specimens are calculated and statistically analyzed to find the fractal properties of the ultrasonic signals. The experimental results show that ultrasonic signals have the property of scale invariance that the fractal set possessed. The fractal dimension is indicative of the complexity and degree of irregularity of the waveform of an ultrasonic signal. The fractal dimensions of ultrasonic signals from various defects and microstructures are found to possess solid distribution intervals, which can be used to identify the presence of defects and the features of materials. The potential of the technique for testing defects and assessing the microstructure of materials via the use of ultrasonic echoes is revealed. The text was submitted by the authors in English.     

Particle development in apple juice determined by light scattering and electron microscopy

Light scattering was used to detect the kinetic development of particles in apple juices produced with and without oxidation and in procyanidin extracts prepared from these two juices. Particle size developed exponentially inboth oxidized and unoxidized juices, suggesting an enzymatic origin for the particle forming reactions. The procyanidin extract from oxidized juices produced particles which grew linearly, suggesting diffusion-controlled aggregation or coalescence of particles. Procyanidins from unoxidized juice showed no particle development over at least 60 days of storage. Electron microscopy showed particles similar to those seen previously and some newly described morphologies. The mechanism of haze particle development is discussed in the light of the light scattering and electron microscopic results.     

应用激光微小光斑进行颗粒分析

目前已有多种颗粒分析的方法,它们都有各自的特点,本文介绍一种应用激光微小光斑进行颗粒分析的技术,该方法应用聚焦光斑直径与被测样品平均颗粒粒径相近的激光光斑,使其落在样品颗粒上,在后向获取信号,经处理得到样品颗粒分析的结果,它适用于河道与港口水样品的泥沙分析,也可以应用在类似的场合。     

基于后向光散射的颗粒测量技术研究

颗粒粒径和颗粒折射率是光散射颗粒测量技术中的重要参数。为了实现颗粒粒径的测量及其分档,在广义Mie理论基础上,分析了颗粒粒径及折射率对后向散射光能分布的影响,并得到了后向散射光能分布随颗粒粒径及折射率呈周期变化规律。实验验证结果表明,后向散射光能与颗粒粒径及颗粒浓度有关。研究结果可为后续的颗粒测量研究提供参考。     

厦门地区气溶胶折射率的测量研究

针对气溶胶折射率在分析大气气溶胶光学特性中的重要性，本文提出了一种综合利用黑碳仪、浊度计和光学粒子计数器反演大气气溶胶折射率的新方法。该方法根据黑碳仪和浊度计测量的气溶胶吸收系数和散射系数以及粒子计数器测量的粒子谱分布，采用球形粒子的米（Mie）散射理论，通过分析吸收系数、散射系数、粒子谱分布和折射率之间的关系来反演大气气溶胶粒子的折射率，该方法可以同时反演折射率实部和虚部。通过与其它独立的测量结果对比表明：该方法反演气溶胶折射率是合理的。最后利用此方法对厦门地区的气溶胶折射率进行了分析。     

Analysis of submicron particles by scanning electron microscopy-energy-dispersive X-ray spectrometry-accuracy of size measurement

Scanning electron microscopy combined with energy-dispersive x-ray spectrometry (SEM-EDXS) is widely used for particle analysis. In the case of submicron particles, especially for particles that are smaller than 300 nm, the measured particle size is influenced by specimen preparation, SEM operating parameters, the mean atomic number of the particles, and the threshold value used for binarization. The use of uncoated particles on a conductive substrate and image acquisition using an in-lens detector are recommended for precise morphologic results in this size range.     

Scale-invariant analysis of wear particle morphology—a preliminary study

The importance of wear particle characterization is continuously growing, as the need for prediction and monitoring of wear increases. Accurate analysis of wear particles can, however, be limited by problems associated with particle characterization, especially of the wear particles' surface morphology. Since the shape and surface topography of wear particles often exhibit a fractal nature, fractal (scale-invariant) methods are, therefore, used in their characterization. However, the methods used to date ignore the fact that all fractal objects can be described by a small set of mathematical rules; although finding those rules which describe a particular fractal image is a difficult problem. No general solution exists to date and this paper attempts to redress this problem. A new analysis method, ‘scale-invariant analysis’, which is based on a partitioned iterated function system (PIFS), is proposed for the characterization of wear particle morphology. PIFS is a collection of contractive affine transformations. Each affine transformation transforms one part of a wear particle image onto another part of the same image. PIFSs were constructed for both computer generated and SEM images of wear particles. Results obtained in this study clearly demonstrate that the morphology of wear particles can effectively be characterized using the PIFS method.     

近场聚焦的纳米散射结构研究

为克服以近似理论分析为主的米氏散射方法在研究微粒粒径小于入射光波长情况下带来的局限性,采用了基于数值化模拟的有限时域差分(FDTD)方法对纳米级散射体微粒在近场聚焦光束下发生的聚焦作用进行仿真研究。以聚焦的线偏振光为光源,并将球形纳米空气粒子嵌入固态浸没透镜底面光束聚焦点位置,使用FDTD仿真软件模拟了纳米空气粒子附近的光强分布信息。通过改变相应的仿真条件,选出最合适的纳米散射结构参数,实现了良好的聚焦成像效果。     

消光法测量乳剂颗粒的研究

为研究消光法颗粒粒径测量中浓度和双层球形颗粒问题,根据Lambert-Beer定律,对不同浓度下的乳剂和PBA/PMMA双层球颗粒乳剂采用多波长消光法进行测量分析。实验结果表明:当颗粒物浓度超出某一临界浓度范围后,由消光法测量的粒径结果将受浓度变化的剧烈影响;对于核壳结构的双层球形颗粒,如果两层结构的折射率相差不大,采用其中一种折射率通过消光法来测量,其结果仍比较准确,误差不大。