气溶胶颗粒折射率在光学粒径测量中的影响

针对单颗粒光散射测量方法中被测颗粒折射率会影响测量结果的问题,根据Mie理论和光辐射能通量计算公式,对13种常见气溶胶颗粒,在不同采光中心角θ和采光接收半角β下的散射光辐射能通量F与粒径D关系曲线进行了计算,提出一种基于相对测量误差平均值的评价标准,依据该评价标准定量分析了13种折射率对测量的影响。通过对模拟结果的分析,得出采光结构接收到的光辐射能通量包含前向散射光的条件下,13种颗粒的F-D曲线较为接近,折射率对测量结果的影响相对较小。     

用光纤耦合法实现颗粒测量

根据全光散射法测量粒径存在样品池壁散射及折射率改变等问题,提出了利用光纤耦合结构,并引入洛伦兹经典色散公式和多波长处理方法来实现颗粒测试.首先,介绍了全光散射法进行颗粒测试的理论,并研究现有的样品池和测量手段存在的问题.然后,引入洛伦兹色散公式来处理折射率的变化;同时结合多波长处理法,获得颗粒的平均粒径和粒径分布公式,...     

基于面阵CCD的散射式激光粒度测量方法研究

研究了基于CCD传感的激光粒度测量方法和优化。在系统设计和实验参数优化基础上,设计了CCD传感器的光环尺寸,并基于Mie散射理论,建立了理论计算模型,计算了待测颗粒的理论光能分布。对标称粒径为10.9μm和57.9μm的聚苯乙烯乳胶标准颗粒进行实验,获得颗粒散射光能分布图像,提出了一种新的光环中心确定方法,并由编写的图像处理程序分析散射光能分布。颗粒粒径的反演结果与标称尺寸比较表明,用此测量方法得到的颗粒散射光能分布与其理论分布较一致,稳定性与重复性较好。     

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。     

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。     

球形金纳米颗粒的消光特性及不同折射率环境下的共振波长

为了研究球形Au纳米颗粒的消光特性及共振波长与环境折射率的关系,采用Mie理论计算了直径为20,40,60和80nm的球形Au纳米颗粒在不同折射率的介质环境中的消光谱,并利用消光法实验测量了这4种粒径的Au纳米颗粒在不同浓度糖水中的吸光度,取得了糖水介质环境的折射率与浓度之间的关系及其色散规律,以及Au纳米颗粒的消光系数及共振波长随环境折射率变化的数据。结果表明,介质环境糖水浓度一定时,Au颗粒半径增大,消光峰值红移;颗粒半径一定时,周围介质环境糖水浓度增大,消光峰值红移;Au纳米颗粒的共振波长与糖水浓度呈线性关系,20,40,60,80nm的Au纳米颗粒对应的线性斜率分别为0.106 0,0.135 5,0.193 8,0.265 8,斜率随粒径尺寸的增大而增大。该结论为探索纳米颗粒的折射率敏感性奠定了基础。     

角散射低质量浓度烟尘在线测量系统设计

针对燃煤电厂低质量浓度烟尘排放在线监测问题,研究了燃煤电厂排放烟尘粒径特征,通过对该粒径颗粒的散射进行仿真计算,设计了基于角散射原理的低质量浓度烟尘在线测量系统。利用该系统对低质量浓度烟尘进行了测量,实验验证了低质量浓度下角散射光强度与烟尘质量浓度成正比,同时拟合得到了角散射光强与烟尘质量浓度成线性关系,拟合因子R2为0.972,这为后续燃煤电厂排放监测应用提供了参考。     

封闭玻璃管道内液体折射率的非接触测量

为了实时、原位和非接触测量工业生产过程中封闭管道系统内透明、半透明液体折射率,提出了一种简单的基于玻璃管壁光学特性的液体折射率测量方法。该方法通过涂覆在玻璃管壁外表面上的透射散射层,将入射激光束转换为进入玻璃管壁的大角度分布的透射散射光;透射散射光到达玻璃管壁与液体的界面上后,符合全反射条件的散射光反射到透射散射层上,自动形成与玻璃管内液体折射率值相关的椭圆形暗斑图像。根据椭圆形暗斑长轴长度与液体折射率之间的解析关系,即可实现玻璃管内液体折射率的原位、非接触测量。对几种常见的透明、半透明液体的折射率进行了实验测量,结果表明:该测量方法的准确性与目前商用数字阿贝折射仪相当(±2×10-4 RIU)。该测量方法具有成本低、稳定性好、抗干扰且光源稳定等优点,而且在处理与液体折射率相关的光学图像时无需调试,光照即显,有望用于封闭管道在非常温、非常压状态下液体折射率的实时、自动和非接触在线监测。     

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...     

基于光纤的能见度测量方法

提出了一种利用前向散射光束和透射光束测量近地大气横向能见度的方法。以阶跃折射率光纤作为空间滤波器限制散射光束和透射光束接收的视场角以及前向散射测量光束和大气散射辐射的背景干扰;采用相关检测法,排除测量通道视场角内的大气背景干扰,提高洁净大气条件下散射光强度信号测量的信噪比;对测量装置结构进行优化设计,减小热形变的影响;另一方面引入阶跃折射率光纤,使投射到光电探测器接收表面的光束光斑位置保持不变,进一步减弱形变对测量精度的影响。能见度的值用散射光强度和透射光强度之比表示,光源强度的变化和光学元件的污染对测量的影响可不考虑。用此方法测得的能见度与按严格定义的透射法所测能见度的相关系数约为98.2％。     

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。     

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。     

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。     

颗粒粒度在线测量的多对波长消光法

本文提出一种新的能实现颗粒粒度在线监测的多对波长消光法。理论分析及实验研究证实了这种方法的有效性。     

光全散射法颗粒粒径分布测量的改进研究

提出并实验了一种新的光纤型样品池,用于光全散射法测量颗粒粒径及其分布,该样品池的突出特点是消除了池壁散射影响以及容易实现稳定的多波长测试。在颗粒折射率处理方面,引入了洛伦兹色散关系和多波长处理方法,提高了理论的严密性、合理性和实用性。选用公称粒径分别为1.00μm和2.06μm的聚苯乙烯乳胶球标准颗粒做了验证比对实验。结果表明光纤型样品池工作稳定,数据处理显示均值偏差和重复性都小于5%,且优于常规折射率估值方法,体现了改善效果和实用价值。     

激光粒度测试中的独立模式反演算法研究

在测量微粒系统的散射光强角分布中计算微粒系统的粒径分布,属于典型的反演问题.反演算法一直是激光粒度仪的关键和难点.介绍了基于米氏散射理论的粒度测试,对其求解方法进行了详细分析.针对独立模式算法不需要预先指定粒径分布函数的形式就可获得真实粒度分布,提出了一种改进的独立模式粒度反演算法,并对算法的性能进行了理论分析和实验论...     

基于固体颗粒尺寸分布的微孔滤膜堵塞机理分析

滤膜堵塞法是一种半定量的油液污染度检测方法,研究固体颗粒尺寸分布与滤膜堵塞机理的关系有助于该检测方法的定量化。利用AC细粉尘及煤粉配制了8种不同尺寸分布的悬浮溶液,选择了10 μm、15 μm两种不同尺寸的微孔滤膜,对其堵塞机理与溶液中固体颗粒尺寸分布的关系进行试验研究。基于膜孔尺寸将颗粒划分为可通过颗粒、敏感颗粒、架桥颗粒及易挡孔颗粒,将溶液恒压下通过微孔滤膜的流量衰减曲线与经典堵塞模型的堵塞指数相结合,分析不同类型颗粒在膜孔堵塞中的作用以及不同颗粒尺寸分布对应的滤膜堵塞机理。分析结果表明,微孔滤膜堵塞机理与溶液尺寸分布规律相对应,与膜孔尺寸的选择无关;溶液中的敏感颗粒越多,对滤膜的初始堵塞会越严重,越易形成滤饼;对于可通过小颗粒较多、敏感颗粒和架桥颗粒适量、易挡孔颗粒较少这种液压系统中常见的颗粒尺寸分布规律,微孔滤膜的堵塞以标准堵塞-滤饼过滤为主要机理。首次从颗粒尺寸分布的角度分析微米级滤膜堵塞机理,分析结果有助于建立滤膜通量与固体污染颗粒尺寸分布之间的关系,从而提高滤膜堵塞法的油液污染度检测精度。     

基于双环形旋涡相位调制的多焦点产生

为提高光学显微成像及微粒控制的效率,提出一种通过双环形旋涡相位板对入射光为拉盖尔高斯柱矢量光束进行波前相位调制的多焦点产生方法。通过Debye矢量衍射理论分析了该相位板对焦点区域光强分布的影响。分析表明,经调节内外环旋涡相位拓扑数及内环的半径,可以对焦点区域光强分布进行整形,在焦平面上产生多焦点,而且通过改变入射柱矢量光束的偏振态,可以进一步得到光场由轴向分量为主的多焦点及由横向分量组成的多焦点。通过改变旋涡相位板的拓扑数及光束的参数,可以达到对光斑的数量的控制。这对于捕捉折射率高于周围环境折射率的微粒具有重要的应用价值。     

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。