基于Mie散射理論的微粒粒徑分布檢測研究.pdf

1、微粒檢測是一項多學(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、生產(chǎn)廢氣排放、石油煉化、紡織纖維強度檢測等領(lǐng)域的重要參數(shù)指標(biāo)。微粒粒徑的檢測是微粒檢測中最基本也是最重要的一個方面。目前微粒粒徑檢測方法有許多，其中光學(xué)散射法以干擾小、檢測范圍廣、檢測速度快、易于實現(xiàn)自動化等技術(shù)優(yōu)勢，成為微粒粒徑檢測的重要方法。同時圖像處理技術(shù)的進步也促進了微粒檢測技術(shù)的發(fā)展。
　　 目前國內(nèi)微粒檢測技術(shù)落后

2、于國外相關(guān)微粒檢測技術(shù)。原因在于國內(nèi)對固體微粒檢測技術(shù)研究不夠深入，而對氣態(tài)微粒(氣泡)檢測的研究更少。因此，對于微粒粒徑分布檢測技術(shù)尤其是氣態(tài)微粒檢測技術(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)對微粒尤其是氣態(tài)微粒的粒徑分布檢測進行了研究。本論文的研究工作主要圍繞固體微粒檢測技術(shù)進行研究，并將固體微粒檢測技術(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)微粒檢測技術(shù)進行研究。論文的主要內(nèi)容有:
　　

3、(一)介紹了微粒檢測技術(shù)現(xiàn)狀，提出可以將固體微粒檢測技術(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，從而可以改進目前國內(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)纖維強度)檢測流程，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，簡單介紹了一般微粒檢測技術(shù)理論基礎(chǔ)，如消光法、Mie散射理論、夫瑯禾費衍射、激光全息法等，并根據(jù)實驗條件確定選用Mie散射理論作為本論文中所闡述實驗的理論基礎(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進行實驗?zāi)M。在假定的實驗條件下，模擬得出接收器理論上應(yīng)當(dāng)接收到的光強信號，為后續(xù)實驗提供了理論依據(jù)及實驗準(zhǔn)確性判斷依據(jù)。
　　 (三)研究了光強信號反演推導(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、實驗條件與實驗?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，并對光能系數(shù)矩陣進行了模擬計算，為后續(xù)實驗數(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動狀態(tài)。分析了光學(xué)散射的相關(guān)性問題，確定實驗樣品所產(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動狀態(tài)，建立了微粒群數(shù)學(xué)模型，為實驗數(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技

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