基于Mie散射理論的微粒粒徑分布檢測(cè)研究.pdf

1、微粒檢測(cè)是一項(xiàng)多學(xué)科、多領(lǐng)域的技術(shù)。固體微粒如粉塵、煤粉、催化劑，氣態(tài)微粒如氣泡等，分別是空氣污染檢測(cè)、生產(chǎn)廢氣排放、石油煉化、紡織纖維強(qiáng)度檢測(cè)等領(lǐng)域的重要參數(shù)指標(biāo)。微粒粒徑的檢測(cè)是微粒檢測(cè)中最基本也是最重要的一個(gè)方面。目前微粒粒徑檢測(cè)方法有許多，其中光學(xué)散射法以干擾小、檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)速度快、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為微粒粒徑檢測(cè)的重要方法。同時(shí)圖像處理技術(shù)的進(jìn)步也促進(jìn)了微粒檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。
　　 目前國(guó)內(nèi)微粒檢測(cè)技術(shù)落后

2、于國(guó)外相關(guān)微粒檢測(cè)技術(shù)。原因在于國(guó)內(nèi)對(duì)固體微粒檢測(cè)技術(shù)研究不夠深入，而對(duì)氣態(tài)微粒(氣泡)檢測(cè)的研究更少。因此，對(duì)于微粒粒徑分布檢測(cè)技術(shù)尤其是氣態(tài)微粒檢測(cè)技術(shù)的研究具有重要意義。
　　 本論文結(jié)合光學(xué)散射法和圖像處理技術(shù)對(duì)微粒尤其是氣態(tài)微粒的粒徑分布檢測(cè)進(jìn)行了研究。本論文的研究工作主要圍繞固體微粒檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，并將固體微粒檢測(cè)技術(shù)研究中相關(guān)的一些理論和數(shù)據(jù)處理方法用于氣態(tài)微粒檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究。論文的主要內(nèi)容有:
　　

3、(一)介紹了微粒檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀，提出可以將固體微粒檢測(cè)技術(shù)中的相關(guān)理論、技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法用于氣態(tài)微粒的檢測(cè)，從而可以改進(jìn)目前國(guó)內(nèi)紡織和材料行業(yè)中原料溶液氣泡粒徑分布(影響后續(xù)纖維強(qiáng)度)檢測(cè)流程，優(yōu)化工藝流程，節(jié)約生產(chǎn)成本。
　　 (二)介紹了光散射基本理論，簡(jiǎn)單介紹了一般微粒檢測(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)，如消光法、Mie散射理論、夫瑯禾費(fèi)衍射、激光全息法等，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件確定選用Mie散射理論作為本論文中所闡述實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)。本論文另外詳細(xì)

4、介紹了Mie散射理論，并推導(dǎo)并得出Mie散射理論的數(shù)值解公式，使其能夠被Matlab求解，從而可以利用Matlab進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。在假定的實(shí)驗(yàn)條件下，模擬得出接收器理論上應(yīng)當(dāng)接收到的光強(qiáng)信號(hào)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性判斷依據(jù)。
　　 (三)研究了光強(qiáng)信號(hào)反演推導(dǎo)理論依據(jù)。介紹了反演算法基礎(chǔ)理論，即依據(jù)接收器所接收的光強(qiáng)分布信息推算微粒粒徑分布規(guī)律的反演推算過程及理論依據(jù)。介紹了反演算法中的約束算法與非約束算法，并且根據(jù)

5、實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定采用非約束算法。詳細(xì)介紹了非約束算法推導(dǎo)過程和Chahine算法，并對(duì)光能系數(shù)矩陣進(jìn)行了模擬計(jì)算，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理提供理論依據(jù)與算法基礎(chǔ)。
　　 (四)理論分析了微粒在液體中的分布狀況與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。分析了光學(xué)散射的相關(guān)性問題，確定實(shí)驗(yàn)樣品所產(chǎn)生的散射光為非相關(guān)性散射。分析了微粒在液體中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，建立了微粒群數(shù)學(xué)模型，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供理論基礎(chǔ)。
　　 (五)研究了基于Mie散射理論的微粒粒徑分布檢測(cè)技

6、術(shù)。本論文根據(jù)Mie散射理論搭建了一臺(tái)用以檢測(cè)微粒粒徑分布的實(shí)驗(yàn)裝置，介紹了該裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)，并論述了實(shí)驗(yàn)流程，同時(shí)解決了透射光對(duì)散射信號(hào)的影響。本論文通過5組不同實(shí)驗(yàn)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了微粒檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)固體微粒與氣態(tài)微粒(氣泡)粒徑分布的有效性和準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該檢測(cè)系統(tǒng)可以有效的進(jìn)行微粒粒徑分布檢測(cè)工作。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了本文提出的改進(jìn)紡絲液強(qiáng)度檢測(cè)流程方案的可行性和有效性，并根據(jù)本論文的研究工作，成功研制了一臺(tái)紡絲液氣泡檢測(cè)