颗粒两相体系超声多参数测量实验研究

发展了一种基于超声检测原理的颗粒两相体系颗粒粒度、密度和浓度的测量方法。设计了一套脉冲超声波多参数测量装置和系统,以SiC悬浊液为研究对象,测得了其3～6 MHz的声衰减谱。利用反演算法,获得了SiC颗粒粒度分布曲线,并将此与电感应法测量结果进行对比,两者比较吻合。同时,采用多次回波技术,获得了多达15次回波信号。利用自行编制的LabVIEW分析程序进行数据处理,计算出颗粒两相体系的密度和浓度,其相对测量误差分别在1.6%和8%以内。     

基于散射光偏振分布差的颗粒尺寸及折射率测量

提出一种基于颗粒散射光强正交分布差的颗粒尺寸和折射率同时测量方法.该方法利用颗粒散射光的垂直/平行分量和预设折射率,通过改进的Chahine算法反演得到粒径分布.根据所得粒径分布,计算得到平行/垂直分量,并与测量的平行/垂直分量比对,计算其拟合残差.遍历可能的折射率,使拟合残差趋于无穷小时,所对应的折射率即为颗粒的折射率,对应的粒度分布即为样品粒度分布.对聚丙乙烯标准颗粒、碳化硅及石墨样品进行测量,测量结果显示:对无吸收颗粒,折射率测量准确,吸收性颗粒虚部测量准确,使用所得到折射率测量值可得到准确的粒度分布.     

超声衰减法测量油水分散流中颗粒粒度分布

针对油水分散流的颗粒粒度测量问题,提出一种基于多频率下超声衰减作用的测量方法。根据多相流体中超声衰减的BLBL模型,推导出超声衰减系数与颗粒粒度分布存在的数学表达关系。通过多频率条件下所获得的超声衰减系数进行联合比较分析,求解被测流体中颗粒粒度分布.通过对含油率低于30%的5个样本中4种颗粒粒度分布的油水分散流进行数值模拟仿真实验,得到颗粒粒度占比分布的测量结果,并对结果进行分析,得到BLBL模型在毫米尺度油相颗粒作为离散相的油水分散流中的适用条件和范围。     

RGB三波段消光法测量细微颗粒粒度分布研究

提出了采用彩色相机RGB信号实现三波段消光法测量微米级颗粒粒度分布的方法。当一束平行白光入射到弥散细微颗粒时,测量不同波长的透射光强信号,用多波长消光法理论反演可以测得被测弥散细微颗粒粒度。当用彩色相机拍摄透射光,得到的图像实际是RGB三个波段的透射光信号,该信号与相机的RGB响应曲线、光源光谱特性、被测颗粒粒径及颗粒浓度有关。对RGB三波段信号用消光法理论进行分析和反演计算,可以得到细微颗粒的粒度分布。通过数值模拟与实验验证,表明用彩色相机RGB三波段消光法可以测量亚微米到3 mm大小的颗粒粒度分布。将该方法与图像法颗粒粒度测量相结合,可以将彩色相机测量颗粒粒度的范围拓展到从亚微米到数百微米。     

超细颗粒悬浊液中声衰减和声速的数值分析研究

为研究应用超声测量超细颗粒的粒度和浓度,本文由描述声波在悬浊液中传播的Allegra &Hawley数学模型出发,通过两个算例的数值模拟计算,研究了二氧化钛－水,铁粉-水两种超细颗粒悬浊液中声波传播的衰减和相速度,分析了声波的频率、颗粒尺寸和浓度对衰减和相速度的影响规律,并讨论了计算模型对不同物性参数的敏感程度。     

基于超声衰减谱的纳米颗粒粒度分布测量研究

利用变声程方式测量纳米颗粒悬浮液的超声衰减谱,以McClements模型和BLBL模型为理论基础,采用最优正则化(ORT)算法,反演得到纳米颗粒的粒度分布。运用该方法,对体积浓度1%的纳米二氧化钛-水悬浊液进行测量,与透射电镜(TEM)图像以及离心沉降纳米粒度分析仪检测结果对比,测量结果吻合较好,表明了利用超声衰减谱方法测量纳米颗粒粒度分布的可行性与可靠性。      

高密度超细颗粒高浓度悬浊液超声衰减的数值模拟分析

以拓展耦合相ECP理论模型为基础,通过对高浓度超细二氧化钛-水悬浊液和玻璃微珠-水悬浊液中超声衰减的数值计算分析,讨论了高密度差异颗粒两相介质在高浓度情况下,超声频率、颗粒粒径大小、颗粒浓度对超声波衰减的影响,为高密度超细颗粒在高浓度悬浊液中颗粒粒度和浓度的超声波测量提供理论支持。     

含噪动态光散射测量数据反演中正则化算法与Chahine算法的比较

采用两种常用的粒度反演方法——正则化和Chahine算法,对90nm与250nm单峰分布、50nm与200nm双峰分布、100nm与300nm双峰分布的模拟动态光散射数据,以及105nm、300nm标准颗粒的实测动态光散射数据进行了反演分析.结果表明:噪声水平的高低是影响粒度分布反演准确性的关键因素之一,反演结果的准确性随噪声水平的增加而降低,噪声水平超过某一阈值后,将无法得到有意义的反演结果;不同反演方法具有不同的抗噪能力,在低噪声水平下反演结果无显著差别,随着噪声水平的增加,反演结果表现出很大差异;正则化方法通过正则参数的选择可以有效抑制噪声影响,表现出强于Chahine算法的抗噪能力;与Chahine算法相比,正则化方法不需要假定初始分布,因此,在噪声较大的实验或生产过程中进行颗粒分布测量时,宜采用正则化方法.     

基于二阶滤波器的消光起伏谱颗粒测量结果

消光起伏频谱法是一种新的测量两相流系统中颗粒粒径分布和浓度的方法,装置简单,操作方便,适合实时、在线测量。采用二阶低通滤波器对起伏的透射率信号分析,得到消光起伏频谱实验数据,并利用改进的Chahine循环方法计算得到颗粒的粒径分布和浓度信息。重点讨论高浓度情况,包括对特征函数频率响应的修正和对其阶高修正两个方面,得到修正参量并运用到反演算法中从而得到正确的测量结果。测量结果表明,通过高浓度修正,消光起伏频谱法可以在很大的颗粒浓度动态范围得到合理的测量结果,其可测颗粒最大体积分数视颗粒的大小而定。     

全场彩虹技术测量喷雾浓度及粒径分布

喷雾颗粒的浓度、粒径等多参数的同时测量是研究喷雾的关键. 对应用全场彩虹技术测量双组分液滴的浓度及粒径分布进行了研究. 基于改进的Nussenzweig理论,对液滴折射率和粒径分布采用无分布函数算法进行最优化求解, 然后通过折射率与浓度的关系反推液滴浓度.用模拟全场彩虹信号对该算法进行了验证, 该算法可准确反演具有单峰分布、双峰分布粒径特征的液滴群的折射率与粒径分布. 并对体积分数从0%到100%的乙醇溶液喷雾进行了实验测量, 结果表明,所测得折射率与理论值符合,粒径分布稳定.该技术在喷雾浓度测量方面具有广阔的应用前景. 关键词： 全场彩虹技术 折射率 粒径 组分     

将噪声作为独立变量的动态光散射数据反演

在动态光散射颗粒测量时,为了从含噪的自相关函数数据中准确地反演出颗粒粒度分布,对Tikhonov正则化算法进行改进,将噪声作为一个独立的未知变量应用到正则化方程中进行粒度反演.在计算过程中,相应增加方程中各系数矩阵的行数和列数,对求解的粒度分布数值则仍取其原来方程的行数和列数,从而达到对部分噪声的剔除作用.不同噪声水平下的颗粒粒度反演结果表明,改进后的算法能够显著提高低信噪比动态光散射数据粒度反演结果的准确性,适用于宽分布较大粒径的颗粒粒度反演.     

将噪声作为独立变量的动态光散射数据反演（英文）

在动态光散射颗粒测量时,为了从含噪的自相关函数数据中准确地反演出颗粒粒度分布,对Tikhonov正则化算法进行改进,将噪声作为一个独立的未知变量应用到正则化方程中进行粒度反演.在计算过程中,相应增加方程中各系数矩阵的行数和列数,对求解的粒度分布数值则仍取其原来方程的行数和列数,从而达到对部分噪声的剔除作用.不同噪声水平下的颗粒粒度反演结果表明,改进后的算法能够显著提高低信噪比动态光散射数据粒度反演结果的准确性,适用于宽分布较大粒径的颗粒粒度反演.     

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。     

夫琅和费衍射颗粒粒度测量中的改进Chin-Shifrin反演算法

在基于线阵CCD的夫琅和费衍射颗粒粒度测量中,采用Chin-Shifrin积分变换反演算法使得反演的粒度分布出现假峰现象.为解决此问题,提出在该Chin-Shifrin积分变换反演算法中引入矩形窗函数,并在分析颗粒粒径与衍射光强导数最小值之间关系的基础上,确定矩形窗函数中心点位置及左右边界,利用该矩形窗函数对粒度分布进行截断处理,消除虚假峰,提高反演颗粒粒度分布的准确性.分别对两种标准颗粒进行了测量,并对不同算法的反演结果进行了对比.实验结果表明:引入矩形窗函数的改进Chin-Shifrin算法,能够有效排除粒度分布中的多假峰;粒度分布测量相对误差小于3%,重复性小于4%.     

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。     

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。     

沉积物中声速和衰减系数的宽带测量方法

海底沉积物作为海洋波导声传播的下边界普遍存在于大洋中,获知其特性对于准确的声传播和混响建模是十分必要的。为了能够快速而准确地测量沉积物中的声速和衰减系数,提出一种基于脉冲压缩技术的测量方法,对接收信号进行压缩来提取透射波,根据不同厚度样品的透射波来计算沉积物中的声速和衰减系数。该方法不仅可以克服实验过程中经常遇到的多途干扰,而且测量过程简单,可以同时获得测量频带内所有频点的声速和衰减系数,即实现了对声速和衰减系数的宽带测量。在实验室环境条件下,90~170kHz的测量频带内,测得沙样品中的声速为1710~1713m/s,衰减系数在56~70dB/m之间。通过窄带和宽带测量结果的比较可以看出,声速的宽带测量结果与窄带测量结果吻合得较好,而衰减系数在频带后半部分存在较大的起伏。      

基于Gregory理论的光脉动法颗粒在线测量中背景光强的估算

用光脉动法在线测量颗粒浓度和粒度时,必须预知原始光强,但在在线测量中原始光强不仅难以测得,而且极易受环境影响产生变化。假设在短时间间隔内原始光强不发生变化,基于Gregory的光脉动法理论,可以得到颗粒数目浓度比。结合不同时刻浓度比以及透射光信号的标准偏差和均值,可以推导出原始透射背景光强。实验结果证明,该方法得到的原始透射背景光强和预先测得的原始透射背景光强吻合得很好,最大偏差小于1.1%。     

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.