多角度动态光散射粒度分布递归非负Phillips-Twomey算法

多角度动态光散射(MDLS)技术具有响应速度快、非接触式测量等优势,相较于单一散射角度测量技术,MDLS能获取更多的反映颗粒特征的散射光信息,可提供更准确的颗粒粒度分布(PSD),而合适的颗粒粒度反演算法能进一步提高MDLS方法的测量准确性。在Phillips-Twomey(PT)算法基础上,提出采用MR-L曲线法确定正则化参数,递归算法求取权重系数并添加非负约束的递归非负Phillips-Twomey(RNNPT)算法,通过准确确定权重系数改善MDLS颗粒粒度分布反演算法的准确性。采用RNNPT算法,在光强相关函数测量噪声为0.01%~1%,对两种单峰模拟分布以及一种双峰模拟分布颗粒体系进行了粒度反演,可知在噪声水平低于0.1%的情况下反演结果均较为理想。将RNNPT算法与递归Phillips-Twomey(RPT)算法和现有的递归Tikhonov(RT)算法进行比较,计算结果表明,RNNPT算法获得的权重系数比误差最小,反演获得的粒度分布与理论值最为接近。     

光学表面和高反射镜散射角分布及反向散射的测量

本文给出一种测量光学抛光面和高反射镜散射角分布的测量装置,并提出了准确测量其反向散射的方案。     

颗粒浓度及粒度的光散射在线测量

介绍一种在线监测颗粒浓度及粒度变化的光散射方法。着重提出消除观察窗玻璃污染物对测量结果影响的办法。给出了部分现场实测结果。     

动态光散射颗粒测量区的大小对测量结果的影响

本文采用100nm标准颗粒与过滤的蒸馏水制作不同体积分数的溶液作为测量颗粒样品,对不同测量区大小下测得的颗粒粒径的平均值和方差进行了比较。实验结果表明,当溶液浓度较低时,测量区过小会导致测量值的方差过大;当溶液浓度较高时,测量区过大会导致测量值偏小。     

空气中自导光丝超连续辐射后向散射增强特性

由自导成丝效应产生的超连续辐射具有超宽带光谱、后向散射增强等一系列新特征,为激光雷达大气探测开辟了新的领域.通过测量飞秒激光脉冲自导光丝超连续辐射散射的角度分布,对不同条件空气中自导光丝产生的超连续辐射后向散射特性进行了实验研究.结果表明,在洁净空气和含气溶胶的空气中,自导光丝的超连续辐射都呈现出明显的后向散射增强特性.同时对超连续辐射后向散射的测量值进行拟合,拟合结果表明超连续辐射后向散射角分布满足洛伦兹(Lorentz)函数,在洁净空气中其角宽度为6.4°,后向180°时归一化散射强度是瑞利散射的3.2倍.超连续辐射沿光丝前向呈锥形辐射,其前向散射具有明显的波长依赖关系;而后向散射无明显的波长依赖关系.     

光散射粒度测量中Mie理论的高精度算法

本文在以往计算Ｍｉｅ散射计算的基础上提出一种新的算法。本算法区别于传统的递推算法,精度高、计算范围广。文中推导了该算法的公式,分析了递推公式的不稳定性和应用上的局限性,并指出了本算法的优势。最后给出了部分计算结果并与已发布数据进行了比较。本算法适用的颗粒当量直径为１ｅ５￣１ｅ＋５,折射率虚部０￣１ｅ＋５。     

水中颗粒物大角度范围体散射函数测量方法

针对现有体散射测量系统中激光器与探测器相互遮挡导致探测角度减小的问题,设计了一款新型的水中颗粒物的体散射函数测量系统.首先,通过双潜望式光路结构,将激光发生平面与散射探测平面分离,减小了激光器对探测角度的遮挡;同时,通过潜望式出射棱镜将透射光导出水体,避免了容器的杯壁散射,提高背散射测量的准确性.根据实际工艺,改进出射...     

流动气溶胶总体最小二乘混合正则化动态光散射反演

在流动气溶胶动态光散射（DLS）粒度反演中,流速项会加剧反演方程的病态性,并会引入系数矩阵误差。基于经典最小二乘模型的Tikhonov正则化（LS-Tik）反演方法仅考虑了测量相关函数中的误差,导致反演的气溶胶颗粒粒度分布（PSD）对噪声敏感性增加,抗干扰性较差,精度偏低。针对该问题,本研究提出了一种总体最小二乘Tikhonov-TV混合正则化（TLS-Tik-TV）DLS反演方法。该方法融合了总体最小二乘（TLS）,能够兼顾系数矩阵与相关函数误差,将Tikhonov与抗噪性能强的全变差（TV）正则化结合,双重降低了反演方程的病态性以及噪声的影响,提高了反演精度。在不同的噪声水平及流速下对比了LS-Tik和TLS-Tik-TV对模拟颗粒的反演性能。结果表明：TLS-Tik-TV反演得到的PSD及峰值误差更小,双峰分辨能力更强。584 nm单峰和243/825 nm双峰真实颗粒的反演结果表明：TLS-Tik-TV最多分别可降低0.027和0.123/0.091的峰值误差,验证了模拟颗粒得到的结论。     

基于光散射原理的雨量传感器灵敏度的研究

针对目前常用机械式雨量计存在的自身缺陷以及光学雨量计灵敏度较低等问题,提出了提高基于光散射原理的雨量计灵敏度的方法。通过分析散射理论基础,建立了散射光强、散射角度与体积的函数关系,并且仿真了其函数关系,根据仿真结果进行实验验证,研究不同波长以及不同角度对散射信号的影响。实验结果表明在偏移入射光方向的45°～50°之间放置光电探测器及光源选择650 nm波段的单色红色激光,能够有效提高传感器的灵敏度,该实验结果与理论分析基本一致。     

微粒光散射理论与测试技术研究

本文全面系统的论述了不同粒度段光散射理论与粒度分布测试技术 ;报道了基于MIE散射理论的亚微米粒度分布测试理论与技术的研究成果 ,提出了基于夫朗和费衍射理论的修正公式和密集颗粒粒度的测试方法。     

海底激光雷达悬浮颗粒粒径分布反演方法的研究

在激光雷达海洋探测技术中,为了实时监测海水中悬浮颗粒物粒径分布,需要对激光雷达接收信号进行处理和反演计算。根据Mie散射理论,用聚苯乙烯粒子作为研究样本,取三种不同粒径的聚苯乙烯粒子,分别配制不同浓度的溶液、测量了不同散射角、不同光波长下的散射系数随浓度的变化关系。测量结果表明:在散射角为15°,光波长范围为450 nm~700 nm时,散射系数与浓度具有很好的单调递增性;对1∶1∶1 的三种粒径聚苯乙烯溶液进行了测量,结果说明混合物散射系数与同种浓度下三种单粒径的散射系数之和基本一致,具有很强的线性相关性;通过实验与理论比较,在适合波段内,反演误差小,反演精度较高。     

多波长前向小角散射法测量颗粒尺寸分布的数值计算分析

提出一种改进的多波长前向小角散射测量颗粒尺寸分布的方法，文中给出了理论分析及数值模拟结果。     

海水中悬浮粒子归一化体散射函数的研究

利用Mie散射理论计算了海水中悬浮粒子的归一化体散射函数。海水中悬浮粒子的尺寸分布采用双曲线模型。分别研究了分布函数的幂指数ξ、海水悬浮粒子的折射率n以及入射激光波长λ对海水悬浮粒子归一化体散射函数的影响,并对结果进行了分析。     

近地大气532 nm激光散射的实验与计算

通过实验测出532 nm激光在近地大气的角散射系数,对Junge和Deirmendjian两种模型的气溶胶系统在不同的系统参数、不同的折射率的情况下的散射相函数进行了计算,发现与实验所测得的曲线有明显的差异,这两种模型都不存在散射次极峰.通过对不同半径粒子的散射相函数的计算,说明实验所测的气溶胶系统在粒子尺寸较大的区间的密度要比Junge和Deirmendjian两种模型的密度要大得多,在假定大粒子服从正态分布的前提下,拟合出了气溶胶的分布函数.     

反常衍射近似在测量圆柱形粒子粒径分布中的应用

在光全散射法颗粒粒径测量中,基于米氏(Mie)理论的计算方法只能求出均匀球形粒子的消光系数,而且计算复杂。通过反常衍射近似(ADA)代替米消光系数,可以简化粒径分布的反演过程。对使用反常衍射近似方法计算圆柱形粒子消光系数的可行性以及限制条件进行深入的研究,并在非独立模式算法下,采用遗传算法反演粒径分布。仿真结果表明,当粒子的相对折射率在一定范围内时,利用反常衍射近似反演圆柱形粒子的粒径分布是完全可行的,反演结果稳定、可靠。对消光值测量结果加入3％相对误差时,反演误差为5．7％。该方法具有简单、直观、计算速度快等优点,适合颗粒粒径的在线测量。     

大气气溶胶对激光传输衰减的影响研究

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响,计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性;气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气溶胶谱分布有关,与数密度无关.所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光传输、通信和激光测风等应用.     

应用激光侧向散射测量粒径分布的理论研究

提出一种新型的颗粒测量方法，基于Ｍｉｅ散射理论，从另一独特的视角接收大角度的侧向散射光，并建立新的理论模型，可使测量下限扩展，技术要求有所改善。结合目前已经成熟的半导体激光和ＣＣＤ技术，运用此原理可使颗粒测量仪器向更轻便、灵敏发展     

激光引信云雾散射回波的近似算法与应用分析

在对激光引信视场进行体积元分割的基础上,基于Mie散射理论建立了一种近似计算引信云雾散射回波的数学模型,并利用该模型计算了均匀云雾粒子与服从一定谱分布云雾粒子的散射回波,分析了入射激光波长、粒子浓度及谱分布参数对散射回波强度的影响。研究结果表明:对均匀云雾粒子,引信的散射回波随粒径增大呈振荡增强趋势;粒子浓度相同时,尺度谱偏大的云雾粒子群的散射回波明显高于尺度谱偏小的云雾粒子群;对折射率虚部差别明显的不同波长激光,其散射回波强度差别显著,云雾对虚部偏小激光的散射光强明显高于虚部偏大的激光。为激光引信抗云雾干扰提供了重要理论依据。     

尘埃粒子的半导体激光散射测量

以半导体激光为光源 ,建立了一个可以实时测量空气中尘埃粒子的尺寸与颗粒数浓度的光学系统。根据Mie散射理论 ,计算了该光学系统的光散射响应特性。实验结果表明 ,该系统具有高的计数准确度、计数效率和计数重复性 ,适用于洁净度检测和环境空气中尘埃粒子的粒径分布测量。     

基于散射原理的激光粒度测试仪研究

颗粒在工业和科学研究中涉及的领域非常广泛,常用的颗粒粒度及其分布的测试方法中,激光散射法具有测试精度高、测量速度快、重复性好、可测粒径范围宽等突出优点.为提高测量精度,通过对无模式反演算法的研究,提出了一种改进的独立模式粒度反演算法,并设计了光学系统和环形光电探测器,开发了粒度测试分析软件,实现了基于散射原理的激光粒度测试系统.实验结果表明,所提出的算法有效地提高了测量精度,降低了测量的重复误差.

Abstract：

Particle is widely involved in scientific research and industry.Among the frequently used examination method for particle size and distribution,the laser scattering owns especial advantages such as high precision,high speed,good repeatability and wide measuring range.For enhancing the measuring accuracy,an amelionated non-mode inversion algorithm is presented based on the study of non-mode data processing algorithm,optical system and annular photodiodes are designed,and corresponding testing and analyzing softwares are developed,realizing a laser particle size analysing system based on scattering theory.The experimental results indicate that this algorithm enhances the measuring precision and reduces the repetition error effectively.