折反式激光粒度测量方法

激光粒度仪因其快速、非接触等优点被广泛应用于各领域的粒度分布测量,但颗粒散射光的角分布与粒度大小关系复杂。为了获得不同粒度下的相对精度一致,通常会造成粒度分布测量范围小、无法满足宽分布粒度测量要求等问题。根据Mie散射近似的菲涅尔原理,提出采用折反式光路,将颗粒散射信号由分光镜分成两束,经两组组合式镜头和2个光电探测器分别采集透射和反射的散射信号,信号组合后经反演得到颗粒粒度分布,从而提高了可测粒度范围。采用两种标准粒子及其混合物进行了实验,结果表明,单种标准粒子测量结果的体积中位径D50的测量相对误差都不大于7.9%;对混合粒子也能够得到正确的峰值分布。     

基于MIE散射理论的粒度分布测量系统研究

粒度测量广泛应用于粉体工程,测量结果直接影响粉体产品优劣。在深入研究MIE散射理论的基础上,提出一种基于改进反演算法的粒度测量系统设计方案,利用激光器、傅里叶透镜、光电传感器采集含有待测微粒信息的电信号,通过调理电路进行处理,应用改进反演算法分析得出粒度值及分布。通过实验验证,效的本文提出的设计方案能实现准确高粒度测量。     

一种纳米颗粒粒度测量的快速图像动态光散射法研究

提出了一种新的基于图像相关处理的图像动态光散射纳米颗粒粒度测量方法。该方法采用图像法测量纳米颗粒动态光散射空间分布信号,以很短时间间隔拍摄两幅动态光散射信号空间分布图,再用二维相关算法对这两幅图像进行处理,获得对应衰减时刻的相关系数,根据相应衰减时刻的粒径-相关系数曲线求得纳米颗粒的粒度。与传统动态光散射测量方法相比,将测量时间从百秒级缩短到微秒级,数据处理时间也缩短到毫秒级。对79、482和948 nm三种不同粒径的标准颗粒进行实验,测量结果误差小于7%,可以实现纳米颗粒粒度测量的实时在线。     

多角度动态光散射加权贝叶斯反演算法

研究加权贝叶斯算法在多角度动态光散射法测量单峰分布颗粒体系的颗粒粒度分布中的应用.采用颗粒粒度信息分布为底数、调节参数为指数的权重系数给各个角度下的光强自相关函数曲线加入不同的权重系数，再利用传统的贝叶斯算法反演.模拟与实验结果表明，加权后的贝叶斯算法能获得分布误差更小的反演结果，有效地抑制了数据噪声的影响，提高颗粒粒度分布反演的准确性.     

改进的LMS算法在光全散射法粒度反演中的应用

在光全散射法颗粒粒度测量中,正确地选择以及使用反演算法是非常关键的。首先介绍了光全散射法的基本原理,然后提出了一种基于非负PT直接算法的改进的LMS迭代算法,最后将改进的LMS迭代算法应用到光全散射颗粒粒度分布函数的求解中。对理想状态和加噪状态分别采用传统的LMS迭代算法和改进的LMS迭代算法进行求解,通过对比单峰分布颗粒粒度和双峰分布颗粒粒度的实验结果,改进后的LMS迭代算法使粒度相对误差均减少了4%左右,整个运行时间小于3s,不仅提高了LMS算法的运算时间、收敛速度和稳定性,而且还解决了LMS算法中初始值对结果的影响。     

基于后向散射的高浓度纳米颗粒粒度分布测量方法研究

传统的动态光散射法通常采集侧向散射进行纳米颗粒粒度分布的测量,由于多次散射的影响,利用侧向散射不能准确测量高浓度样品的颗粒粒度分布。针对该问题,对后向散射测量方法进行了研究,在实验基础上提出了后向散射最佳光程的判断准则。在不同样品浓度下,用侧向散射和后向散射方法对标称粒径分别为110 nm、220 nm的聚苯乙烯乳胶球颗粒进行了测量。实验结果表明,对于高浓度的待测样品,后向散射测量方法通过自适应调整光程,在最优光程处进行测量,能够有效得到高浓度纳米颗粒的粒径及粒度分布,测量结果相对误差为2.72%。     

OTF测试中CCD对测试准确度的影响和修正

对图像分析中的关键部件CCD本身离散采样的特点及其非线性、响应不均匀、暗电流、噪音等特性对测试造成的影响进行了分析,并给出了由以上因素造成的测试误差的修正方法.在高准确度OTF测试中,CCD必须具有优良的线性、较宽的动态范围、高信噪比.应用一些算法对其进行软件上处理,修正其对测试准确度降低的特征参量是提高测试准确度的有效方法.通过对50mm标准镜头实际测试,采用本文的处理方法对CCD修正后的传函仪测试准确度达到了±3%,满足高准确度测试要求.     

CCD器件相对光谱响应测试仪

设计并实现了一种涵盖400~950 nm的全自动CCD器件相对光谱响应测试仪。分析了成像器件的相对光谱响应测试原理,采用宽光谱、高灵敏度响应的科学级光纤光谱仪QE65000作为参考探测器,基于单光路直接比较法,构建了CCD器件相对光谱响应测试仪器。该装置可全自动完成CCD器件的相对光谱响应测量,不确定度分析结果表明,该装置对CCD器件开展相对光谱响应测试的最大不确定度为6.21%,满足应用需求,可为CCD等图像传感器甄选、参数性能评价及后续整机测试提供关键数据支撑。     

动态光散射技术的角度依赖性

与单角度动态光散射技术相比,多角度动态光散射(MDLS)颗粒测量技术能够提高颗粒粒度分布的测量准确性。但在MDLS技术中,测量角度的选择常常与被测颗粒体系的分布有关。对100nm、500nm的单峰模拟分布和300nm与600nm混合的双峰模拟分布的颗粒体系,分别在1、3、6、9个散射角条件下进行了测量。颗粒粒度反演结果表明,随着散射角个数的增大,颗粒粒度分布更趋于真实的颗粒粒度分布。对数量比为5:1的100nm与503nm双峰分布的聚苯乙烯颗粒,分别在1、3、5、10个散射角条件下进行了测量,实测结果表明采用单角度测量只能得到单峰分布,3个及更多散射角可得到双峰分布,并且双峰的数量比随散射角数量的增加逐渐趋近真实的数量比。因此,MDLS颗粒测量技术能够改善颗粒粒度分布的测量结果,但这种改善程度会随散射角的增多逐渐降低。由于散射角个数的增多会增加散射角的校准噪声和光强相关函数的测量噪声,因而会导致在有些情况下颗粒粒度分布的测量结果反而变差。     

基于激光粒度测试法的闽粤沿海花斑粘土成因研究

近年来主流的激光粒度分析是一种集激光、光电以及计算机技术对颗粒的粒度进行测试的方法。其原理是：不同粒径的颗粒对入射激光会产生不同角度的散射光,通过测量不同角度散射光的强度,可计算样品的粒度分布。由于操作简便、测试快速、精度高,在沉积学中有着重要的应用。闽粤沿海第四纪盆地的上更新统与全新统之间,普遍发育一层“花斑粘土”,其多被认为是晚更新世末期的河、海相沉积,在末次盛冰期,顶部暴露地表风化而成。而初步研究显示,花斑粘土与下伏沉积在颜色、结构、成分等方面存在显著差异,两者相交截然,不具备典型的风化成因关系;花斑粘土具粉砂感,干燥后易随风飞扬,沉积特征与风成黄土具有较好的可比性。粒度分布是判断沉积物的沉积环境及成因的重要指标,为了探明花斑粘土的沉积属性及形成机制,选取珠江三角洲三个代表性第四纪钻孔,采用激光粒度方法,对花斑粘土的粒度特征进行研究。结果显示,花斑粘土以10～50 μm的粗粉砂为众数粒组,<5 μm的粘粒为次众粒组,分别对应黄土的“基本粒组”和“挟持粒组”,是风成沉积的典型粒组构成;各项粒度参数均符合风成沉积的范围;粒度参数散点集中,粒度指数展布范围统一,均与典型黄土一致,而与下伏沉积差异截然;判别结果显示,花斑粘土属风成沉积;粒度相分析表明,花斑粘土与典型黄土投点范围重合,而与其下伏沉积显著不同。最终提出,广布闽粤沿海第四纪地层中的花斑粘土与其下伏沉积层在沉积特征及成因上并无关联,花斑粘土并非原地风化的产物,而属末次盛冰期外来的风成堆积。该结论对今后闽粤沿海地区晚第四纪古气候环境的重建有着重要的科学意义。可见,基于光学散射原理的激光粒度方法为判断沉积物的沉积环境及成因提供了有效的科学证据。     

激光尘埃粒子计数器微型光学传感器的研究

研制成功便携式激光尘埃粒子计数器的核心部件———微型光学传感器。该传感器采用直角散射光收集形式,以高功率半导体激光器作为光源,同时采用高性能的PIN型光电二极管作为光电探测器。散射光收集系统为单一大数值孔径的球面反射镜,其对粒子散射光的收集角范围从20°到160°。粒子散射光信号是脉冲信号,其频谱成份主要在高频段,所以在PIN型光电二极管后用一个带通式前置放大器来消除外界的低频噪声,根据米氏散射理论计算了该光学传感器的光散射响应特性,并用聚苯乙烯标准粒子实测了该光学传感器的性能。结果表明,该系统具有高的信噪比、计数效率和尺寸分辨本领。     

Feasibility of a Lidar Utilizing the Glory for Measuring Particle Size of Water Clouds

A new lidar method for measuring water cloud particle size is proposed, and the feasibility of the measurement is discussed. The method utilizes the phenomenon known as the glory which is observed in open air. The proposed lidar consists of a multicolor laser transmitter and two receiver systems looking at the scattering from the target cloud with different scattering angles. Results of the theoretical study show that a system with five laser wavelengths (355, 532, 750, 1064 and 1500 nm) and two receivers located at scattering angles of 180 and 177.5–179 deg is useful for measuring particle size (mode radius of the size distribution) in a range of 4 to 12μm.     

轮对轮缘磨耗的光电图像检测方法

提出用光电图像方法非接触检测车辆轮对的轮缘磨耗。用高精度激光位移传感器实现轮缘内侧面的定位,用激光线光源和高分辨率CCD探测器获取轮缘轮廓,通过与光源波长相匹配的窄带滤波片减少背景光干扰,再结合数字图像处理技术获得轮缘厚度、轮缘高度、垂直磨耗等轮缘磨耗参数。现场使用表明,该方法重复性较好,测量精度和稳定性可满足车辆段修现场的自动检测要求。     

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是徇激光器性能的重要参数。本文探讨用CCD作为探测传感器精确地测出激光光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了传统测量的繁杂过程^[1]，并用计算机进行控制及数据处理，大大提高了测量精度和效率，为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。     

漫透射成像法激光强度时空分布测量装置

 提出用CCD漫透射成像法测量激光强度时空分布和激光功率,给出了测量原理, 简要叙述了装置总体结构,介绍了测量装置各部分,给出了散射屏的散射特性,重点分析了光路布局、镜头焦距、光圈、景深、滤光片的参数选择,介绍了数据处理软件,给出了激光强度分布测量实验结果。结果表明：漫透射成像法测量激光强度时空分布是可行的,该装置测量强度分布分辨力高达5 mm;测量功率准确、可靠,测量不确定度小于6%,使用方便,实现了在小空间内对大光斑进行功率和强度分布的同时准确测量。     

利用激光三角测距法提高三维面型检测精度的方法

本文首先介绍了根据激光三角测距原理并采用片光照明、面阵ＣＣＤ接收的三维面形检测原理，其优点在于物面相对于测量头仅需一个方向移动即可完成二维扫描，使测量系统结构简单、便于控制。其次分析了影响其测量精度的几个主要因素，即散斑噪声、接收器件本身的分辨率、投影片光束的宽度与稳定性。散斑噪声造成了投影光斑的抖动，ＣＣＤ的分辨率限制了测量系统的分辨率，而片光束的质量影响着ＣＣＤ光敏面上像斑的准确定位。针对其各自的特点给出了相应的解决途径。     

纳米粒子大小及其分布检测方法的研究现状与发展

介绍了几种具有代表性的纳米粒子检测方法,就其应用领域和测量范围比较各自的优缺点。重点讨论了激光衍射和光散射这两种测量纳米粒子大小及其分布的方法,总结其最新发展动态,指出这两种方法对纳米粒子测量和纳米粒子产业的重要作用。     

Comparative Test of Methods to Determine Particle Size and Particle Size Distribution in the Submicron Range

Among the most important characteristic properties of disperse systems such as latices, pigments, ceramic materials or drug formulations are the particle size and the particle size distribution. To measure these quantities, several methods and measuring instruments based on different physical principles are available. These include turbidimetry, dynamic and static light scattering, electron microscopy with image analysis, ultra- and disc centrifugation, light diffraction and the electrical sensing zone method. All these measuring techniques are doubtless necessary because of the large product variety and the broad particle size range. However, some problems arise if different techniques are used and the results are compared uncritically without considering to the application range and the resolution of the methods. An extensive comparative test was therefore carried out using seven latices in the submicron range with defined monomodal, bimodal and hexamodal particle size distributions. The most important methods of determining average particle size values and particle size distributions were tested and compared. Of the methods to determine only average particle sizes, turbidimetry is the most efficient, followed by dynamic light scattering with cumulants evaluation. Static light scattering only yields accurate results for small particles with narrow particle size distributions. Of the methods to determine particle size distributions, ultracentrifugation and, somewhat less, disc centrifugation and electron microscopy with image analysis are the most efficient. Dynamic light scattering only yields reliable results in the case of small particles with narrow distribution curves. Light diffraction and the electrical sensing zone method are less suitable for the submicron range.     

Two-Color Dual-Polarization Pulsed Bistatic Lidar for Measuring Water Cloud Droplet Size

The concept of a pulsed bistatic lidar for measuring water cloud particle size is presented. The method uses a two-color laser and a receiver with a polarization analyzer located at a suitable scattering angle. The dependence of Mie scattering on scattering angle, wavelength, and polarization is used to derive water cloud droplet size. The measurement was simulated for the C₁ and C₂ clouds, and the technique for determining mode radius was studied. The result shows the lidar system with a two-wavelength laser (1064 nm and 532 nm) and a dual-polarization receiver fixed at a scattering angle of around 178 deg can be used to measure a cloud particle size (mode radius) of 4 to 12 μm. Evaluation of the effect of multiple scattering showed that the method can be applied not only for the measurement at the cloud base but also in the cloud where multiple scattering is not negligible.