本文關(guān)鍵詞：基于單光子探測(cè)技術(shù)的超聲空化檢測(cè)方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲空化是指在超聲波的作用下,液體中的微氣泡發(fā)生振動(dòng),并生長(zhǎng)、崩潰的一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程。該過(guò)程將在局部產(chǎn)生巨大瞬時(shí)壓力(上百兆帕)和高溫(5000K以上),并產(chǎn)生高速的微射流以及強(qiáng)烈的沖擊波。目前,空化過(guò)程產(chǎn)生的高溫、高壓環(huán)境使超聲空化在生活服務(wù)業(yè)、化工、材料學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 然而,超聲空化受到很多復(fù)雜因素的影響,加之它的應(yīng)用歷史也不長(zhǎng),因而在各領(lǐng)域中時(shí)而有利、時(shí)而有弊、時(shí)而利弊相當(dāng)。為此,對(duì)超聲空化強(qiáng)度的定量檢測(cè)就顯得非常重要,因?yàn)樗玛P(guān)應(yīng)用的安全和有效。目前的超聲空化強(qiáng)度測(cè)量一般采取一系列物理和化學(xué)的方法,如時(shí)差法、空化噪聲測(cè)量法、水聽(tīng)器測(cè)量法、金屬箔膜檢測(cè)、醫(yī)學(xué)圖像檢測(cè)、碘釋放法、電導(dǎo)率法、對(duì)苯二甲酸熒光法、電子自旋共振(ESR)技術(shù)檢測(cè)以及染色法等。這些方法或存在難以快速檢測(cè)、或存在難以實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域測(cè)量、或存在需要接觸式測(cè)量而影響被測(cè)液體等問(wèn)題。因此,需要研發(fā)一種非接觸式可實(shí)現(xiàn)區(qū)域檢測(cè)的定量快速檢測(cè)方法。 本文對(duì)超聲空化的光電檢測(cè)方法進(jìn)行了研究,主要的研究?jī)?nèi)容包括如下幾個(gè)方面： 1.基于單光子探測(cè)技術(shù)的超聲空化檢測(cè)模型的建立。根據(jù)超聲空化的基本機(jī)理,超聲空化的檢測(cè)可以通過(guò)檢測(cè)超聲空化氣泡來(lái)實(shí)現(xiàn),其強(qiáng)度可以利用單位體積被測(cè)液體中空化氣泡數(shù)量,即空化氣泡數(shù)濃度來(lái)表征。通過(guò)光散射理論尤其是Mie散射理論為學(xué)習(xí),本文提出了利用光散射原理定量測(cè)量超聲空化泡散射光強(qiáng)的方法實(shí)現(xiàn)空化氣泡數(shù)濃度的定量測(cè)量。通過(guò)單光子探測(cè)技術(shù)的研究,本文尋找到了一種微弱散射光的定量測(cè)量手段。結(jié)合所述超聲空化的機(jī)理、光散射原理以及單光子探測(cè)的基本理論,本文建立了超聲空化檢測(cè)模型,并利用該模型對(duì)檢測(cè)方法的性能(精度、穩(wěn)定性、線性度)進(jìn)行了分析,為下一步超聲空化檢測(cè)裝置的研制以及超聲空化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行提供了理論依據(jù)。 2.基于單光子探測(cè)技術(shù)的超聲空化檢測(cè)裝置的研制。本文根據(jù)所建立的超聲空化檢測(cè)模型,研制了兩套超聲空化測(cè)量裝置,即基于穩(wěn)態(tài)光子計(jì)數(shù)(SSPC)的超聲空化檢測(cè)裝置與基于時(shí)間相關(guān)的單光子計(jì)數(shù)(TCSPC)的超聲空化檢測(cè)裝置。主要研制了其中的若干關(guān)鍵模塊,如光源模塊、光路結(jié)構(gòu)、時(shí)間測(cè)量模塊以及數(shù)據(jù)處理與控制模塊。為了加深對(duì)TCSPC技術(shù)的理解,本文改進(jìn)了基于TCSPC超聲空化檢測(cè)裝置的光路結(jié)構(gòu)以及后續(xù)的數(shù)據(jù)處理算法,實(shí)現(xiàn)了較高精度的激光測(cè)距功能,驗(yàn)證了測(cè)量裝置的可靠性。該部分工作為下一步的超聲空化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)提供了設(shè)備基礎(chǔ)。 3.基于單光子探測(cè)技術(shù)的超聲空化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。在超聲空化檢測(cè)模型建立以及超聲空化檢測(cè)裝置研制的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)行了超聲空化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。首先利用一種穩(wěn)定的微小顆粒物懸浮液福爾馬肼溶液進(jìn)行了模擬測(cè)量實(shí)驗(yàn),探索了兩種裝置的性能,對(duì)比兩種裝置的測(cè)量效果,分析它們的優(yōu)缺點(diǎn),選擇了一種更適于超聲空化檢測(cè)的測(cè)量裝置。在此基礎(chǔ)上,利用基于SSPC的超聲空化檢測(cè)裝置完成了不同粘度液體、不同超聲強(qiáng)度下的液體以及樣品池中不同區(qū)域的超聲空化的初步檢測(cè),并分析了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的不足,為未來(lái)的工作提出了新的目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：空化檢測(cè) 空化氣泡 單光子探測(cè) 光散射 時(shí)間相關(guān)的單光子計(jì)數(shù)技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB553
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 超聲空化檢測(cè)方法概述13-18
• 1.2.1 幾種檢測(cè)方法的比較13-15
• 1.2.2 空化的光電檢測(cè)15-18
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.4 本文項(xiàng)目支持19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第二章 超聲空化檢測(cè)原理20-32
• 2.1 超聲空化機(jī)理簡(jiǎn)介20-22
• 2.2 光散射原理簡(jiǎn)介22-24
• 2.3 單光子探測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介24-26
• 2.3.1 穩(wěn)態(tài)光子計(jì)數(shù)24-25
• 2.3.2 時(shí)間相關(guān)的單光子計(jì)數(shù)25-26
• 2.4 超聲空化的光電檢測(cè)模型26-30
• 2.4.1 基于SSPC的超聲空化檢測(cè)原理27-29
• 2.4.2 基于TCSPC的超聲空化檢測(cè)原理29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 第三章 超聲空化檢測(cè)裝置研制32-46
• 3.1 總體設(shè)計(jì)32-33
• 3.1.1 基于SSPC的裝置設(shè)計(jì)32-33
• 3.1.2 基于TCSPC的裝置設(shè)計(jì)33
• 3.2 關(guān)鍵技術(shù)研究33-41
• 3.2.1 光源模塊34-35
• 3.2.2 單光子探測(cè)模塊35-36
• 3.2.3 時(shí)間測(cè)量模塊與數(shù)據(jù)處理&控制模塊36-38
• 3.2.4 光路結(jié)構(gòu)38-40
• 3.2.5 超聲換能器模塊40-41
• 3.3 研制結(jié)果及應(yīng)用實(shí)踐41-44
• 3.3.1 研制結(jié)果41-42
• 3.3.2 研制設(shè)備的應(yīng)用實(shí)踐42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第四章 空化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)46-64
• 4.1 基于SSPC測(cè)量裝置的模擬測(cè)試46-51
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)條件46-47
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果47-48
• 4.1.3 結(jié)果分析48-51
• 4.2 基于TCSPC測(cè)量裝置的模擬測(cè)試51-55
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)條件51-52
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果52-54
• 4.2.3 結(jié)果分析54-55
• 4.3 超聲空化的光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)55-63
• 4.3.1 不同超聲強(qiáng)度56-58
• 4.3.2 不同粘度58-60
• 4.3.3 不同區(qū)域超聲空化檢測(cè)60-62
• 4.3.4 實(shí)驗(yàn)分析及存在的問(wèn)題62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第五章 總結(jié)與展望64-66
• 5.1 主要工作總結(jié)64
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)64-65
• 5.3 未來(lái)工作展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72-74
• 攻讀碩士期間科研成果74

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于單光子探測(cè)技術(shù)的超聲空化檢測(cè)方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：442566