基于近场散射的颗粒粒度测量方法研究

发布时间：2017-07-17 10:27

  本文关键词：基于近场散射的颗粒粒度测量方法研究

  更多相关文章： 粒径测量 近场散射 快速傅里叶 Chahine算法优化

【摘要】：颗粒粒径问题广泛存在于能源、化工、冶金、制药和农业育苗等领域,准确地控制和掌握颗粒的粒径信息,有助于提升产品的性能和质量,降低能源的消耗、改善环境、保障人类身体健康。光散射法因具有适用性强、粒度测量范围宽、测量重复性好、快速实时、自动化和智能化程度高、干扰因素少、不接触样品、可实现在线测量等优点而得到充分重视。本文主要研究了基于近场散射的颗粒粒径测量方法,旨在克服传统前向小角散射中心光过强、杂散光干扰、散射角过小等缺点,提供一种新型有效地测量前向散射光的方法。介绍了近场散射基本概念,分析了近场散斑尺寸大小与颗粒粒径的关系；基于快速傅里叶变换,从数学角度得出近场散斑图像功率谱与远场散射光强的关系,为近场散射法测量前向散射光提供了理论支撑；研究了Mie散射理论,分析了不同粒径参数、折射率及入射波长下散射光强分布规律,计算了单颗粒在不同散射波矢、不同粒径下的散射光强值,作为粒径反演的理论光强值。阐述了粒径反演问题的独立模式算法,分析了传统Chahine算法在反演单峰宽分布和双峰分布时对噪声极其敏感,容易出现振荡、伪峰等不利现象。提出了以SIRT算法来实现正则化法非负约束条件,将非负正则化解作为Chahine算法的初始值,对正则化方程进行迭代的优化算法,并对Johnson.SB分布函数的单峰宽分布和双峰分布进行模拟验证,模拟结果表明：优化后的Chahine算法都比传统Chahine算法的反演误差要小,曲线相关系数要高,抗噪能力要强。基于近场散射测量原理,设计并搭建了颗粒粒径测量系统,包括激光器、空间滤波器、显微物镜和CCD、计算机等,给出了光学元件参数选取的原则。与传统的前向小角散射系统相比,近场散射测量系统结构紧凑、装置简单、弱化了光路的对准问题,最大散射角增至40.5。。最后,利用已知粒径(39.2μm和67.3μm)的标准颗粒对测量系统的准确性进行了单峰分布测量的验证,测量误差在5%之内；对于粒径为39.2μm和67.3 μm的混合颗粒进行了双峰分布验证,在43.3μm和74.1μm处出现峰值,测量误差在10%左右。
【关键词】：粒径测量 近场散射 快速傅里叶 Chahine算法优化
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK12
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 颗粒粒径测量技术的研究现状9-13
• 1.2.1 筛分法10-11
• 1.2.2 光学成像法11
• 1.2.3 沉降法11
• 1.2.4 电感应法11-12
• 1.2.5 光散射法12-13
• 1.3 光散射颗粒粒径测量技术的研究现状13-17
• 1.3.1 静态光散射颗粒粒度测量技术13-15
• 1.3.2 动态光散射法颗粒粒度测量技术15-16
• 1.3.3 光散射颗粒粒度测量技术存在的主要问题16-17
• 1.4 本文的主要研究内容及组织结构17-18
• 第二章 基于近场散射的颗粒粒径测量原理18-30
• 2.1 近场散射基本理论18-21
• 2.1.1 近场散射概念18
• 2.1.2 功率谱与散射光强的关系18-21
• 2.2 近场散射颗粒粒径测量原理21-23
• 2.3 Mie散射理论及光强计算23-28
• 2.3.1 基本理论23-25
• 2.3.2 Mie散射光强的数值计算25-26
• 2.3.3 Mie散射光强分布规律26-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 颗粒粒径反演算法及仿真30-41
• 3.1 颗粒群的粒径分布函数30-31
• 3.2 颗粒粒径的一般反演算法31-33
• 3.2.1 非独立模式算法31-32
• 3.2.2 独立模式算法32-33
• 3.3 Chahine颗粒粒径反演算法优化33-40
• 3.3.1 正则化思想33-34
• 3.3.2 正则化参数选择策略34-35
• 3.3.3 非负约束条件35-36
• 3.3.4 Chahine算法优化与仿真36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 近场散射颗粒粒径测量系统的设计41-49
• 4.1 光路系统41
• 4.2 光源系统41-44
• 4.2.1 激光器41-42
• 4.2.2 空间滤波器与准直扩束42-44
• 4.3 样品区44-45
• 4.4 图像采集计算系统45-48
• 4.4.1 显微物镜45-46
• 4.4.2 CCD图像传感器46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 近场散射颗粒粒径测量的实验研究49-59
• 5.1 近场图像的处理49-55
• 5.1.1 杂散光影响的消除49-51
• 5.1.2 远场散射强度的获取51-55
• 5.2 实验结果与讨论55-57
• 5.2.1 单峰分布颗粒系溶液56-57
• 5.2.2 双峰分布颗粒系溶液57
• 5.3 本章小结57-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 作者简介66

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