本文關(guān)鍵詞：基于近場散射的顆粒粒度測量方法研究

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【摘要】：顆粒粒徑問題廣泛存在于能源、化工、冶金、制藥和農(nóng)業(yè)育苗等領(lǐng)域,準(zhǔn)確地控制和掌握顆粒的粒徑信息,有助于提升產(chǎn)品的性能和質(zhì)量,降低能源的消耗、改善環(huán)境、保障人類身體健康。光散射法因具有適用性強(qiáng)、粒度測量范圍寬、測量重復(fù)性好、快速實時、自動化和智能化程度高、干擾因素少、不接觸樣品、可實現(xiàn)在線測量等優(yōu)點而得到充分重視。本文主要研究了基于近場散射的顆粒粒徑測量方法,旨在克服傳統(tǒng)前向小角散射中心光過強(qiáng)、雜散光干擾、散射角過小等缺點,提供一種新型有效地測量前向散射光的方法。介紹了近場散射基本概念,分析了近場散斑尺寸大小與顆粒粒徑的關(guān)系；基于快速傅里葉變換,從數(shù)學(xué)角度得出近場散斑圖像功率譜與遠(yuǎn)場散射光強(qiáng)的關(guān)系,為近場散射法測量前向散射光提供了理論支撐；研究了Mie散射理論,分析了不同粒徑參數(shù)、折射率及入射波長下散射光強(qiáng)分布規(guī)律,計算了單顆粒在不同散射波矢、不同粒徑下的散射光強(qiáng)值,作為粒徑反演的理論光強(qiáng)值。闡述了粒徑反演問題的獨(dú)立模式算法,分析了傳統(tǒng)Chahine算法在反演單峰寬分布和雙峰分布時對噪聲極其敏感,容易出現(xiàn)振蕩、偽峰等不利現(xiàn)象。提出了以SIRT算法來實現(xiàn)正則化法非負(fù)約束條件,將非負(fù)正則化解作為Chahine算法的初始值,對正則化方程進(jìn)行迭代的優(yōu)化算法,并對Johnson.SB分布函數(shù)的單峰寬分布和雙峰分布進(jìn)行模擬驗證,模擬結(jié)果表明：優(yōu)化后的Chahine算法都比傳統(tǒng)Chahine算法的反演誤差要小,曲線相關(guān)系數(shù)要高,抗噪能力要強(qiáng)�；诮鼒錾⑸錅y量原理,設(shè)計并搭建了顆粒粒徑測量系統(tǒng),包括激光器、空間濾波器、顯微物鏡和CCD、計算機(jī)等,給出了光學(xué)元件參數(shù)選取的原則。與傳統(tǒng)的前向小角散射系統(tǒng)相比,近場散射測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、裝置簡單、弱化了光路的對準(zhǔn)問題,最大散射角增至40.5。。最后,利用已知粒徑(39.2μm和67.3μm)的標(biāo)準(zhǔn)顆粒對測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性進(jìn)行了單峰分布測量的驗證,測量誤差在5%之內(nèi)；對于粒徑為39.2μm和67.3 μm的混合顆粒進(jìn)行了雙峰分布驗證,在43.3μm和74.1μm處出現(xiàn)峰值,測量誤差在10%左右。
【關(guān)鍵詞】：粒徑測量 近場散射 快速傅里葉 Chahine算法優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK12
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 課題研究背景及意義9
• 1.2 顆粒粒徑測量技術(shù)的研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 篩分法10-11
• 1.2.2 光學(xué)成像法11
• 1.2.3 沉降法11
• 1.2.4 電感應(yīng)法11-12
• 1.2.5 光散射法12-13
• 1.3 光散射顆粒粒徑測量技術(shù)的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 靜態(tài)光散射顆粒粒度測量技術(shù)13-15
• 1.3.2 動態(tài)光散射法顆粒粒度測量技術(shù)15-16
• 1.3.3 光散射顆粒粒度測量技術(shù)存在的主要問題16-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)17-18
• 第二章 基于近場散射的顆粒粒徑測量原理18-30
• 2.1 近場散射基本理論18-21
• 2.1.1 近場散射概念18
• 2.1.2 功率譜與散射光強(qiáng)的關(guān)系18-21
• 2.2 近場散射顆粒粒徑測量原理21-23
• 2.3 Mie散射理論及光強(qiáng)計算23-28
• 2.3.1 基本理論23-25
• 2.3.2 Mie散射光強(qiáng)的數(shù)值計算25-26
• 2.3.3 Mie散射光強(qiáng)分布規(guī)律26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 第三章 顆粒粒徑反演算法及仿真30-41
• 3.1 顆粒群的粒徑分布函數(shù)30-31
• 3.2 顆粒粒徑的一般反演算法31-33
• 3.2.1 非獨(dú)立模式算法31-32
• 3.2.2 獨(dú)立模式算法32-33
• 3.3 Chahine顆粒粒徑反演算法優(yōu)化33-40
• 3.3.1 正則化思想33-34
• 3.3.2 正則化參數(shù)選擇策略34-35
• 3.3.3 非負(fù)約束條件35-36
• 3.3.4 Chahine算法優(yōu)化與仿真36-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 近場散射顆粒粒徑測量系統(tǒng)的設(shè)計41-49
• 4.1 光路系統(tǒng)41
• 4.2 光源系統(tǒng)41-44
• 4.2.1 激光器41-42
• 4.2.2 空間濾波器與準(zhǔn)直擴(kuò)束42-44
• 4.3 樣品區(qū)44-45
• 4.4 圖像采集計算系統(tǒng)45-48
• 4.4.1 顯微物鏡45-46
• 4.4.2 CCD圖像傳感器46-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第五章 近場散射顆粒粒徑測量的實驗研究49-59
• 5.1 近場圖像的處理49-55
• 5.1.1 雜散光影響的消除49-51
• 5.1.2 遠(yuǎn)場散射強(qiáng)度的獲取51-55
• 5.2 實驗結(jié)果與討論55-57
• 5.2.1 單峰分布顆粒系溶液56-57
• 5.2.2 雙峰分布顆粒系溶液57
• 5.3 本章小結(jié)57-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59
• 6.2 展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 作者簡介66

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本文編號：553165