颗粒运动对衍射光空间分布的影响

为了研究激光粒度测量颗粒分布时,测量区中处于运动状态的颗粒对衍射光空间分布和粒径测量结果的影响,从理论上分析了颗粒运动对衍射光的影响。结果表明:颗粒运动并不影响衍射光的空间分布,只改变衍射光的时域分布,因此对于颗粒粒径测量结果不产生影响。     

累积量算法在PCS中的颗粒粒径反演

介绍了应用光子相关光谱法测量纳米颗粒粒径的基本理论,该理论利用了悬浮于介质中的散射体的布朗运动所引起的散射光强涨落现象.详细分析了利用累积量算法反演光子相关光谱法测量中的颗粒粒径.针对已经标定的PMMA颗粒,利用累积量算法进行反演,对反演结果进行分析.累积量算法比较简单,计算快速,计算结果重复性好,对单分散颗粒系以及窄分布的颗粒系能给出较准确的平均粒径以及与颗粒粒径分布有关的一些参数.     

偏振比法的微小颗粒粒径反演研究

在Mie散射理论的基础上推导了偏振比法微纳颗粒检测理论.该理论避免了检测光路中气体组分对颗粒测量的影响,实现了微纳颗粒的准确测量.在检测理论的基础上建立了颗粒粒径反演模型,并引入遗传算法对偏振散射光信号进行分析.通过MATLAB仿真研究,获得偏振比法颗粒粒径测量范围为0.1~0.5μm.对服从R-R分布的均匀球形颗粒群进行模拟仿真,通过加入随机噪声模拟实际测量时的外界干扰,根据反演结果对该方法的抗噪性和精度进行了评测.     

非理想聚焦引起的激光粒度仪系统误差的数值模拟

因机械因素产生的非理想聚焦对激光粒度测量精度会产生影响,对此建立了相应的散射光强数学模型。模型的数值积分模拟表明,散焦降低了系统的分辨率,并且对于大颗粒的测量有着显著影响,使得测量结果中大颗粒数量减少,粒度分布向小粒径方向展宽。系统误差可以通过计算积分式光能分布系数矩阵校正。     

基于超声谱分析的颗粒粒度测量研究

为验证不同超声谱测量和分析方式对颗粒粒度测试的影响,设计了一种非侵入式超声波透射和多次反射信号同步测量实验装置。采用脉冲回波法、反射比样法和透射法分别对体积分数为1%~4%的聚苯乙烯-水悬浮液进行实验,结合理论模型,分析超声波在颗粒两相体系中的衰减谱、相速度谱和阻抗谱。以ECAH模型为理论基础,结合ORT反演算法,对不同超声谱进行反演获得了聚苯乙烯样品颗粒粒径分布。将上述结果与图像法对比,颗粒中位径结果偏差均在15%之内,3种谱分析的粒径分布也较为吻合。     

宽频超声衰减法测量河流泥沙粒径分布

为了研究宽频超声波通过河流泥沙悬浊液的声衰减谱中包含泥沙的颗粒粒度信息,采用超声耦合相模型和散射模型的叠加描述河流泥沙悬浊液中超声衰减行为,宽频超声换能器测量得到2～7.5MHz间泥沙悬浊液声衰减谱,结合独立模式的最优正则化反演算法,获得了相同体积浓度、不同粒径分布下和相同粒径分布、不同体积浓度下泥沙的颗粒粒径分布。结果表明,宽频超声衰减法能较好地区分3种不同粒径分布的泥沙,并且在体积浓为3.8%～8.5%范围间,测量得到的平均粒径受浓度变化影响较小。将超声法测量结果与显微镜图像法测量结果相比较,两种方法得到的粒径分布趋势较为一致,平均粒径较为吻合。     

光散射粒度测量中采用Fraunhofer衍射理论或Mie理论的讨论

从理论和实验两方面出发,讨论了颗粒的折射率对光能分布及粒径分布反演结果的影响,同时给出了衍射理论的完整适用条件及基于衍射理论的粒度仪的最佳光靶尺寸。     

基于改进R-R分布的现场激光粒度仪反演算法

针对现场激光粒度仪中颗粒粒径分布的反演计算方法,对非独立模式法中的R-R分布法进行了研究.同时设定多组R-R分布的尺寸参数X和分布参数M,采用多个线程同时反演计算目标函数(拟合误差).经过最后比较,找出函数值最小的目标函数,即认为现场颗粒的粒径分布服从该目标函数对应的R-R分布.现场激光粒度仪的实验结果表明,在使用5个线程时,每反演一次的平均时间小于1 min.该改进方法的原理简单,准确度和重复性高,计算速度快,能够满足现场颗粒粒径的实时测量要求.     

改进的遗传算法在粒径测量中的应用

在光全散射法粒径测量中,基于改进的遗传算法反演颗粒系的粒径分布.在独立模式下,粒径反演为求解约束优化问题,将改进的遗传算法与模拟退火算法相结合,克服了罚函数遗传算法反演时罚系数难以确定以致极易产生不可行收敛解的不足.在非独立模式下,采用改进的遗传算法能够在3个波长下较准确地反演粒径分布.在光全散射法中采用改进的遗传算法反演粒径分布是可行的,反演结果稳定可靠,避免了基本遗传算法容易过早收敛而使反演结果陷入局部解的缺陷.     

自适应正则化算法的粒径测量数值研究

针对光散射颗粒测量技术中需要求解病态线性方程组的问题,通过研究正则化与矢量相似度预测算法的反演精度和抗噪性能以及这2种算法的缺陷,将这2种算法相结合,提出一种可以有效求解病态问题的自适应正则化算法。结果表明:该算法可以针对不同形态的粒径分布结果做出不同的处理,粒径分布较窄时去掉多余的小峰,粒径分布较宽时进行平滑处理,改善了反演的精度;标准颗粒测试实验证实了算法的有效性。     

激光粒度分析和筛分法测粒径分布的比较

分别采用筛分法和马尔文激光粒度分析仪两种方法对16种颗粒的粒径分布进行了测量。通过比较,发现两种测量手段得到的粒径分布结果存在较大的差异,马尔文激光粒度方法对颗粒粒径的测量结果偏小,受颗粒形状的影响很大;筛分法对微细颗粒的测量误差较大,但对大粒径颗粒的测量较为准确。通过对不同粒径段灰颗粒的显微照相,发现细颗粒的团聚是筛分法测量小颗粒结果偏小的主要原因。     

锰矿矿浆颗粒粒度的超声测量方法研究

为了检测锰矿矿浆中反映矿粉特性的颗粒粒度参数,通过声学理论模型的推导和数值计算,分析颗粒粒径与超声衰减谱的关系和敏感度,实验测量体积分数达45%的高浓度锰矿矿浆在频率为3~6 MHz之间的超声衰减谱,基于预测模型,结合正则化反演算法,由实验数据计算出矿浆中颗粒粒度分布。结果表明:矿浆中矿粉颗粒的粒径分布曲线均呈现单峰分布。该结果与稀释样品的激光散射法和显微镜图像法测量结果较为吻合。     

颗粒层状结构对散射特性及激光粒度测量的影响

根据Aden-Kerker理论,对双层颗粒前向散射特性进行了研究。在此基础上,分别用衍射理论、Mie理论和Aden-Kerker理论计算了散射系数矩阵并采用非独立模式算法进行反演。数值计算结果表明,双层颗粒的散射光强由颗粒折射率和内外径决定,在实际的激光前向散射粒度测量中,如果沿用Fraunhofer衍射理论或Mie理论计算系数矩阵,在测量双层颗粒时,反演结果会有一定的误差。相比于Mie理论,衍射理论的反演误差更大。     

基于主成分分析的消光法波长选择算法

在消光法颗粒粒径测量中,被测颗粒系的消光光谱包含有颗粒粒径、折射率等信息.在可见及可见-红外波段内,对单峰R-R分布的消光光谱,一阶微分以及二阶微分消光光谱进行主成分变换.通过分析比较,提出一种基于主成分分析的特征波长的选择算法.该算法首先对一阶微分消光光谱进行主成分变换,然后将每个波长下的一阶微分消光谱对主成分贡献率的大小作为特征波长选择的主要依据,同时将光谱范围的边界波长也作为特征波长,这样的波长选择方法保证了选出的光谱消光值具有较高的信息量.文中分别对单峰及双峰R-R分布的颗粒系采用独立模式反演算法进行仿真实验验证,仿真实验证实了所提方法的有效性和实用性.     

基于加权非负最小二乘的颗粒粒径反演方法研究

针对超声衰减谱法的颗粒粒径测量,为减小实验超声衰减谱的测量误差对反演结果的影响,提出了一种基于最优正则化的加权非负最小二乘OrtWtls反演算法。基于McClements和BLBL模型预测,引入加权矩阵对衰减谱粗大误差进行修正。结果表明,信噪比分别为10 dB和20 dB含噪超声衰减谱反演得到的粒径分布体积中位径与设定直径的相对误差小于5%,且多次测量的标准差小于1μm。用提出的OrtWtls算法对质量浓度为10%和20%的石灰石浆液实验超声衰减谱进行反演计算,与图像法的相对误差分别为7.71%和9.64%,证明了OrtWtls算法求解颗粒粒径分布的可行性。     

纳米颗粒粒径测量的非负最小二乘法算法分析及改进

介绍用于光子相关光谱法颗粒粒径分布计算中的非负最小二乘法,并对其进行改进,增加自动搜索反演范围功能。通过数值模拟分析,比较了在无噪声和多种噪声水平影响下非负最小二乘法和自动搜索反演范围的最小二乘法对单分散和双分散颗粒系的反演结果。研究表明:自动搜索反演范围的最小二乘法用于颗粒粒径的计算能获得更加准确的结果。     

Zeta电位测量中电场对颗粒粒径的影响

为确定电泳光散射法测量纳米颗粒zeta电位过程中电场对颗粒系统性质的影响,实验研究210、360 nm 2种标准颗粒的单分散溶液在通电前、后颗粒粒度的变化;通过测量90°散射角的动态光散射信号,采用自相关技术进行信号分析,用累积法反演计算颗粒的粒径。结果表明,颗粒在小电压的情况下,粒径几乎没有变化;随着电压的增大,平均粒径逐渐增大,说明样品发生团聚;电压越大,颗粒团聚越快。     

Mie理论在静态光散射粒度测量的应用下限研究

测量下限是光散射颗粒测试技术的关键问题。本文通过理论分析、比较归一化散射光强的分布图和构造方差函数F(d)对颗粒散射光的光强分布进行了定性和定量的讨论,对Mie散射向Rayleigh散射趋近的情况进行了分析,讨论了散射光光强大小的分布,分析了测量不同粒径的颗粒的可行性,最终得到在入射光源是波长为0.6328μm的He-Ne激光器的情况下,当粒径d取200nm以上时,不同粒径颗粒的M ie散射光强分布有较大差别,适合用静态光散射的方法来判断颗粒粒径。     

强偏折场的光偏折层析重建技术

强偏折场的重建是光学层析技术测量复杂流场领域的难点问题.在研究现有重建算法及其适用性的基础上,结合光线追迹算法提出基于曲线路径反演的正则化修正重建技术.该技术克服了现有重建技术中光路直进的假设,基于几何光学原理设计了光线通过强偏折场的积分路径追踪算法,使用代数重建技术和正则化重建技术相结合的思想,通过偏折角投影数据的迭代修正实现非线性反演.使用该技术对强偏折场进行数值重建,证实了其在有限角投影数据条件下重建大梯度折射率分布的有效性,并显示了其在刻画场关键特性方面相对于现有算法的优势.     

共轴两焦面探测信号的激光粒度测试

为了提高激光粒度仪测量宽分布范围粒径的能力,根据衍射原理,提出扩大测试动态范围的方法.该方法使用共轴的双透镜,在两个焦平面同时探测信号,将这些信号合成后经数据处理得到粒子尺寸分布.模拟计算表明,使用两个100mm焦距的透镜和两个32环的多元探测器可测量粒径为l～2000 μm的颗粒,动态范围为2000∶1.这种方法在不需更换镜头、不改变探测器轴向位置的情况下可以测量较大量程内的粒径分布.