光散射技术在高分子溶液特性参数检测中的应用研究

发布时间：2017-09-28 12:03

  本文关键词：光散射技术在高分子溶液特性参数检测中的应用研究

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【摘要】：近年来,高分子材料因一些特殊的性能而备受关注,在化工、医药、环保等多个领域都得到了广泛的应用。为了制备出性能优越高分子材料,必须利用微粒检测技术监测其合成过程,可见微粒检测技术十分重要。我国非常重视高分子材料的研究,但是由于检测技术落后,仪器匮乏,使得科学研究和生产都受到了制约,对相关检测技术的研究十分迫切。光散射技术具有测量精度高、重复性好、测量速度快等优点,是高分子溶液特性参数检测的热门技术。本文研究目的是利用光散射技术完成对高分子溶液的重均分子量wM、均方旋转半径gR、第二维里系数2A等参数的检测。通过研究光散射技术,提出了解决方案并搭建了测试系统。主要研究内容如下:1、介绍了光散射现象的本质,调研了光散射技术的发展现状。详细阐述了Mie理论,根据理论公式分析了Mie散射规律。随后引出了Mie理论的近似,即夫琅禾费衍射理论和瑞利散射理论,并对两个近似理论的适用条件进行了分析说明。2、调研了多种检测高分子溶液特性的光散射技术,在此基础上给出了本课题的解决方案。确定了系统的工作原理基于瑞利散射理论,为后续测试系统设计提供了理论支持。随后给出了测试系统的设计方案。3、对系统设计方案进行了分析验证。使用PSpice软件对光电转换电路进行了仿真分析,包括直流偏置点分析、带宽分析和电路噪声分析,结果表明:电路特征频率超过60Hz时,输出噪声增大速度明显加快。对光电转换电路做了静态标定实验,算得迟滞误差为1.76%,重复性误差为2.81%。检验了系统的采样率,其最大值可达到11KHz。通过以上工作,确保了系统中各个模块能够正常工作。4、最后完成了测试系统各个模块的联试实验,成功测定了高分子稀溶液的重均分子量wM、均方旋转半径gR、第二维里系数2A等参数。
【关键词】：光散射技术 静态光散射 Mie理论 微粒检测技术
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.4;O657.3
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 1.绪论10-18
• 1.1 光散射技术的产生10
• 1.2 光散射的分类10-11
• 1.3 光散射技术的发展11-15
• 1.3.1 衍射散射法12-13
• 1.3.2 角散射法13
• 1.3.3 全散散射法13-14
• 1.3.4 光子相关光谱法14
• 1.3.5 激光全息测量法14-15
• 1.4 光散射测量仪器的国内外发展现状15-17
• 1.5 本文主要研究内容17-18
• 2.光散射理论18-30
• 2.1 与光散射相关的物理量简介18-22
• 2.1.1 散射截面与散射系数18
• 2.1.2 吸收截面与吸收系数18-19
• 2.1.3 消光截面与消光系数19-20
• 2.1.4 散射振幅函数及强度函数20-21
• 2.1.5 散射与吸收的消光定律21-22
• 2.2 Mie散射理论22-25
• 2.3 Mie散射规律分析25-27
• 2.3.1 光散射强度分布特征分析25-26
• 2.3.2 偏振的特征26-27
• 2.3.3 散射理论适用范围27
• 2.4 Mie散射的近似27-29
• 2.4.1 瑞利散射理论（小粒子近似）27-28
• 2.4.2 夫琅禾费衍射理论（大粒子近似）28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3.测试系统设计30-49
• 3.1 系统设计原理30
• 3.2 系统整体结构设计30-32
• 3.3 光路设计32-34
• 3.3.1 激光器选型32-33
• 3.3.2 样品槽设计33-34
• 3.4 光电转换电路设计34-41
• 3.4.1 前置放大电路设计35-38
• 3.4.2 滤波电路设计38-39
• 3.4.3 二级放大电路设计39-41
• 3.5 数据采集电路设计41-44
• 3.5.1 RS-422总线接口电路设计42
• 3.5.2 单片机控制程序设计42-44
• 3.6 上位机软件设计44-48
• 3.6.1 数据处理模型及公式45-46
• 3.6.2 散射光强归一化处理46-47
• 3.6.3 软件功能设计47-48
• 3.7 本章小结48-49
• 4.系统设计方案的分析及验证49-63
• 4.1 光电转换电路性能分析49-55
• 4.1.1 前置放大电路的PSpice仿真49-51
• 4.1.2 电路噪声仿真分析51-52
• 4.1.3 电路的静态标定52-55
• 4.2 数据采集电路性能分析55-57
• 4.2.1 电路的采样精度55-56
• 4.2.2 采样率测试56-57
• 4.3 仪器常数的标定57-58
• 4.4 系统联试实验58-62
• 4.4.1 实验步骤59-60
• 4.4.2 实验数据处理60-61
• 4.4.3 性能分析61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 5.总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

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本文编号：935718