遺傳算法在光子相關(guān)光譜法納米顆粒測(cè)量中的應(yīng)用研究.pdf

1、光子相關(guān)光譜法（Photon Correlation Spectroscopy，PCS）是采用光子計(jì)數(shù)相關(guān)技術(shù)的動(dòng)態(tài)光散射顆粒測(cè)量方法。它基于懸浮顆粒在液體中作布朗運(yùn)動(dòng)引起的散射光信號(hào)的多普勒頻移，對(duì)采集到的散射光信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)分析，利用反演算法反演出顆粒物的粒度分布信息。自上世紀(jì)70年代以來(lái)，光子相關(guān)光譜法因其具有非接觸、速度快、測(cè)量精確、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為納米級(jí)顆粒粒度測(cè)量的重要技術(shù)手段之一。
　　 反演算法是光子相關(guān)光譜法

2、顆粒測(cè)量的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，設(shè)計(jì)良好的反演算法，熟悉并掌握反演算法的性能是現(xiàn)階段光子相關(guān)光譜法顆粒測(cè)量的主要課題之一。基于此原因，課題組提出了本文的研究任務(wù)--遺傳算法在光子相關(guān)光譜法納米顆粒粒度測(cè)量中的應(yīng)用研究。
　　 本文的理論基礎(chǔ)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是對(duì)光子相關(guān)光譜法理論中的布朗運(yùn)動(dòng)、多普勒頻移、散射光的相關(guān)分析和反演算法的思路等進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和公式推導(dǎo)；二是系統(tǒng)地闡述了遺傳算法的概念及其基本原理，介紹了

3、包括模式定理和收斂性分析在內(nèi)的遺傳算法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論，特別是利用 Markov鏈對(duì)進(jìn)化過(guò)程進(jìn)行了理論分析，得到遺傳算法收斂性方面的重要結(jié)論。另外還列舉了常用的兩種遺傳算法：二進(jìn)制編碼遺傳算法和實(shí)數(shù)編碼遺傳算法。
　　 為了全面了解這兩種編碼機(jī)制不同的遺傳算法的反演性能，文中設(shè)計(jì)了兩個(gè)基于MATLAB的遺傳算法反演分析程序。分別對(duì)直徑為90nm和500nm單分散球形顆粒系進(jìn)行了數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，相應(yīng)地分析了這兩種算法的反演性

4、能。通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)數(shù)編碼遺傳算法無(wú)論在峰位置，峰寬度，反演精度和運(yùn)行速度上都要優(yōu)于二進(jìn)制編碼遺傳算法。同時(shí)還模擬了算法范圍選取的不同對(duì)反演峰和反演精度的影響。一般情況下，反演范圍越小，峰對(duì)稱(chēng)性越差，但精度越高；反之，則峰對(duì)稱(chēng)性越好，精度越低。
　　 通過(guò)引入混沌思想，融合模擬退火算法，對(duì)實(shí)數(shù)編碼遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，以提高算法局部搜索能力?？紤]到反演范圍對(duì)反演精度的影響，算法加入自動(dòng)調(diào)整算法反演范圍功能，進(jìn)行一次迭代運(yùn)算，使其