非接觸式彩虹測粒技術(shù)研究.pdf

1、本文對彩虹測粒技術(shù)進行研究。彩虹測粒技術(shù)是一種可同時測量透明粒子粒徑和折射率的非接觸式測量方法。其測量理論基于自然界中的彩虹現(xiàn)象。彩虹現(xiàn)象源自經(jīng)歷了粒子內(nèi)部和外部不同光程的光線的相互疊加和干涉，因此對粒子的粒徑和折射率敏感。
　　 本文研究了單顆粒彩虹的參數(shù)反演問題。建立了參數(shù)反演的數(shù)學(xué)模型，并提出了一種全新的參數(shù)反演方法。新方法采用基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的算法來移除噪聲，能夠在較低的信噪比條件下取得極好的去噪結(jié)果，并能有效避免處理過

2、程中的信號偏移和損失。提出了一種初值選取方法和信號特征點提取方法，可大大壓縮參數(shù)反演的計算量。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于Debye理論的新的反演尋優(yōu)方法，可迅速的反演得到較為精確的反演參數(shù)，并通過二次修正，可進一步得到更精確的反演結(jié)果。新方法大大提高了反演的準(zhǔn)確性，擴大了算法的適用范圍。數(shù)值模擬結(jié)果顯示新方法具有較好的可靠性和精度。
　　 本文對吸收性顆粒的彩虹現(xiàn)象進行研究，在此基礎(chǔ)上提出了一個新的多參數(shù)彩虹測量方法。通過對吸收

3、性粒子的彩虹光強分布特性進行計算研究，發(fā)現(xiàn)粒子的吸收性不改變彩虹光強波峰及對應(yīng)頻峰的位置，但改變彩虹光強的強度，尤其對彩虹Airy結(jié)構(gòu)和表面波結(jié)構(gòu)影響較大，并因此降低了彩虹的可見度。計算發(fā)現(xiàn)粒子散射光的吸收系數(shù)最大值出現(xiàn)在彩虹區(qū)，并隨粒子吸收率和粒徑的增加穩(wěn)定在彩虹最大波峰角位置，而且此處的吸收系數(shù)與吸收率之間有著線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的多參數(shù)彩虹測量方法，可同時對粒子的吸收率即折射率虛部，折射率實部和粒子粒徑進行測量。模擬

4、結(jié)果表明，此方法能定性的反演粒子折射率虛部的變化趨勢，并經(jīng)過標(biāo)定后能定量的得到折射率虛部的反演值。
　　 本文對非球形粒子的彩虹分布特性進行研究。以橢球粒子為研究對象，通過采用光線追蹤的方法，對具有任意長短軸比的長橢球粒子以及扁橢球粒子的幾何彩虹角進行計算。分析了橢球粒子的幾何彩虹角與橢球粒子折射率和長短軸比之間的關(guān)系，進而研究了橢球粒子彩虹的角度偏移對對彩虹測粒技術(shù)的影響。
　　 本文對粒子群的彩虹現(xiàn)象進行研究，并提出

5、粒子群尺寸分布和折射率的反演算法。研究發(fā)現(xiàn)粒子群彩虹的主峰主要受粒子群平均粒徑和折射率的影響，而受粒子群尺寸分布的影響較小，由此造成了粒徑分布反演時由于解的多值性造成的困難。因此本文提出一個基于正則化的非負(fù)最小二乘方法的粒子粒徑分布反演方法，通過采用L曲線的方法來設(shè)置正則參數(shù)，通過采用基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的彩虹去噪技術(shù)來濾除噪聲干擾。在不同噪聲情況下對具有不同粒徑分布的粒子群彩虹進行數(shù)值反演計算，結(jié)果表明，本文算法具有較好的抗噪能力，并能取