多输出回归算法在超声粒径分布反演中的研究

悬移质粒径分布作为研究水体运动规律和水利建设中的关键参数,通过对Epstein-Carhart-Allegra-Hawley(ECAH)模型和超声衰减实验这类先验信息的研究,结合机器学习算法对悬移质颗粒粒径进行预测。根据超声衰减实验和其他相关物性参数提取特征,结合筛分法确定的粒径分布种类制作训练数据集和验证数据集,通过对单种粒径预测的梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)算法进行组合构建多输出回归算法对粒径分布进行预测。结果表明:三种样品单种粒径的最大相对误差在±10%以内,中位径误差分别为0.07%、?0.10%和?2.20%;在实验范围内,预测分布结果与筛分法结果一致,有较高的可行性和准确度,可为粒径分布测量提供一种新的思路。     

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。     

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。     

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。     

骨密度仪量值溯源研究

骨密度仪通过测定人体骨矿并获得各项相关数据来反映骨质量,骨密度测量的准确性关系到诊断和治疗效果和病人健康。本文研究了X射线骨密度仪和超声骨密度仪的量值溯源,尤其阐述了超声骨密度仪量值溯源及其存在的问题,而其中又重点研究了宽带超声衰减(BUA)参数的量值溯源,为了涵盖医学意义上宽带超声衰减值的分布区间,可以研究低、中和高值三组体模。总之研究基于超声仿组织材料的超声骨密度仪标准体模,可对骨密度参数进行校准和量值溯源,保证其准确性和可靠性。     

超声造影剂衰减系数随时间变化特性研究

为了研究微泡型超声造影剂对声传播衰减的影响,基于气泡动力学理论模型计算微观粒径变化引起的声传播衰减,推导出超声造影剂衰减系数随时间变化的解析表达式,并构建了实验系统,对超声造影剂的衰减系数进行测量。实验结果验证了理论模型的有效性,以及超声造影剂衰减系数随时间变化呈现出指数衰减规律。该研究为减小超声波的传播衰减和畸变提供了依据,使得超声造影剂有效地应用于超声医学领域。     

超声法纳米颗粒悬浮液粒径测量中温度影响的实验研究

针对医药、化工领域高浓度纳米悬浮液颗粒粒径超声检测中温度影响,采用超声衰减谱法(UAS)对体积浓度30%的纳米铟锡金属氧化物(ITO)水性悬浮液在循环流速800 r/min,温度298～358 K时颗粒粒径分布进行实验。结果表明:温度升高,超声幅值A减小,超声衰减系数增大,颗粒中位径D50增大,颗粒系分布曲线整体朝大颗粒方向偏移,但是分布宽度保持稳定的趋势。同时,将室温(298K)测量结果与CPS离心沉降颗粒测量仪对比,结果较吻合。通过线性回归的方法修正温度对测量结果的影响,超声衰减法能够应用于358K的高温下高浓度纳米颗粒检测。     

猝发叠加超声颗粒粒径表征方法研究

超声法颗粒粒径表征中,超声衰减谱的特征如谱宽、频率数,非常重要.为获取理想声衰减谱,提出一种猝发叠加波,该方法可实现对成分波的频率和能量可控.为对比叠加波与传统脉冲波、单频波在粒径表征方面的区别,设计对应激励方式的测试系统.通过采用一对中心频率15 MHz的宽带压电换能器,对3种不同粒径分布的聚苯乙烯试剂进行测试,并利...     

超声法制备均匀分布的亚微米级镓铟锡合金液态金属微球

采用超声法制备了镓铟锡合金(Galinstan)液态金属微球,研究了超声工艺参数对Galinstan微球粒径的影响规律,然后通过控制沉降时间进行多次沉降,得到了均匀分布的亚微米级Galinstan微球。结果表明:Galinstan微球粒径随着超声时间、功率的增加而减小,随着超声温度、溶剂表面张力的增加而增大,通过优化超声工艺参数,可以获得粒径小于2μm的Galinstan微球;经过多次沉降去除沉降的大粒径微球,可以获得粒径分布范围为0.2~0.8μm的Galinstan微球,大大提高了微球粒径分布均匀性。     

煤粉气-固两相流的超声衰减特性

以颗粒相在整个检测空间内均匀分布为前提,采用McClements理论和Bouguer-Lambert-Beer定律共同描述煤粉气-固两相流中超声衰减特性,建立超声衰减系数与气-固两相流相关参数的理论关系,通过数值模拟,分析超声衰减随着颗粒相体积分数、超声频率、颗粒粒径变化的规律。结果表明,超声频率越高衰减系数越大;声衰减系数随着颗粒相体积分数的增大线性递增;选用某固定频率检测,测得2个体积分数下的声衰减系数即可确定衰减-体积分数曲线斜率,从而实现任意衰减系数对应的颗粒相体积分数测量;在相同的体积分数下,煤粉颗粒粒径为10～200μm,声衰减系数随着颗粒粒径的增大单调递减,当煤粉颗粒粒径大于200μm时,声衰减系数对煤粉颗粒粒径不再敏感。     

超声衰减谱法测量含蜡原油中蜡晶粒度

利用超声衰减法测量了不同频率不同温度下南海原油、丘陵原油和白油中的声衰减系数。同时,结合超声耦合相模型(Harker-Temple模型)和声散射模型(Bouguer-Lambert-Beer-Law模型)进行了数值研究,模拟出油样在两个不同频率下的声衰减系数以及它们的比值随蜡晶粒度的变化关系,较为准确地计算预测含蜡原油中声衰减系数。经过比较理论预测获得的声衰减模型与实验获取的声衰减系数,计算出了原油中所含蜡晶在不同温度下的平均粒度大小。结果表明,随着温度的降低,蜡晶的平均粒度大小呈增大趋势。测量结果与显微镜法测量所得结果进行对比,表明此方法应用到含蜡原油中蜡晶粒度大小的测量是可行的。     

筛分法和激光粒度法联合测定陆源碎屑岩粒度

用筛分法和激光粒度法联合测定陆源碎屑岩粒度,对激光粒度法的分析数据进行了校正,以保证两种方法的分析数据配套衔接.通过对比不同地质年代沉积岩的岩心校正前后概率累积频率曲线,校正后的曲线能更好地表征碎屑岩粒度的分布.对影响马尔文Mastersizer 2000激光粒度仪背景测量的进样器搅拌转速A、泵速B、超声强度C三个因子...     

粒径计分析均匀细沙时沉降速率和粒径的误差分析

为了研究粒径计法分析均匀细沙时沉降速率和沉降粒径产生误差的原因和规律,从而实现对粒径计分析成果资料进行修正,本文中分析了采用粒径计法分析均匀细沙时,沉降速率和沉降粒径误差产生的原因,根据粒径计分析过程,推导出沉降速率和沉降粒径理论计算公式;通过实验资料与理论计算进行对比,总结出采用粒径计法分析均匀细沙时沉降速率和沉降粒径误差分布规律。     

Least-mean-squares algorithm to determine submicrometer particle diameter,volume fraction,and size distribution width by elastic light scattering

A computationally fast method to determine values and their uncertainty for particulate system volume median diameter, volume fraction, and size distribution width is presented. These properties cannot be obtained for submicrometer particulate by diffraction-based methods. The technique relies on a least-mean-squares method applied over a prespecified size range and distribution width. Prespecifying the range significantly reduces the number of calculations required to determine the particulate parameters from experimental data, allowing the practical evaluation of large data sets. The solution method that was developed has significant advantages over ratio-style calculations that are more commonly performed, the primary of which is a simple method to determine errors in the measurement parameters. We evaluated the predicted performance for a specific experimental system for various levels of noise, with monodisperse and log-normal distributions, by analyzing synthetic data with the algorithm. Results were a quantitative statement of system accuracy. In addition, synthetic log-normal data evaluated with monodisperse models revealed significant and systematic errors in the predicted volume median diameter. These errors indicate that, in general, systems with a significant size distribution width must be analyzed with a model that includes this size distribution. Finally, calibrated polystyrene spheres were measured with an experimental system that used four simultaneous scattering measurements, and all diameters were within the reported uncertainty.     

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。     

不同方法测试粒度分布的比较研究

介绍了不同原理仪器粒度测试结果间存在差异的原因以及对测试结果准确性应如何评价。用筛分法和激光法对氧化铝样品进行测试对比,初步分析结果间的差异。结果表明,筛分法和激光法测试粒度分布在质量(体积)累积分布达到50%时,测试结果相差最小,不同的粒度组成、颗粒的形状都会造成两种方法测试结果的差异。