火灾烟颗粒分形模型和球形模型光散射的比较研究

对烟颗粒的光散射进行模拟计算是研究火灾烟颗粒光散射特性的重要手段,目前对于火灾烟颗粒光散射的数值计算多采用球形或椭球模型.实际上,火灾烟颗粒的形貌与球形和椭球均存在着显著差异.扫描电子显微镜图像表明,烟颗粒具有近似分形的结构.本文利用离散偶极近似方法计算了随机取向的火灾烟颗粒分形凝团以及同体积的球形颗粒的光散射Muller矩阵,并对两者的归一化Muller矩阵元素随散射角的分布进行了比较.研究表明:火灾烟颗粒分形模型和球形模型的归一化矩阵元素F₁₁(θ)/     

基于光线追迹法的球形大粒子的多次散射计算

基于光线追迹法模拟了球形大粒子的多次散射过程,利用菲涅耳公式建立了散射矩阵的理论表达式,并利用Matlab对计算过程进行编程。以水滴为例进行了定量计算,获得了散射功率随散射次数和散射角的分布。相关结论可用于光学大气传输的定量计算。     

双波长抗干扰光电感烟探测机理

基于T矩阵法, 选取双波长入射光, 对火灾烟颗粒与非火灾烟雾颗粒的光散射矩阵进行了详细的数值计算和比较分析. 结果表明, 入射光波长改变时, 烟颗粒光散射矩阵元素的变化明显不同于非火灾烟雾颗粒. 选用双波长脉冲激光入射, 通过检测合适的光散射矩阵元, 结合异或逻辑运算, 可区分火灾烟雾颗粒和非火灾烟雾颗粒, 降低非火灾烟雾颗粒引起的误报.     

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Mie散射光强的多角度动态光散射复合角度加权方法

针对多角度动态光散射测量技术中通过Mie散射光强计算的角度权重估计方法存在信息利用率与抗噪性之间的矛盾,提出利用每一角度所有粒度的整体Mie散射空间特征进行角度加权和利用每一粒度对应Mie散射光的细节特征对核矩阵做元素加权的复合角度加权方法,并结合正则化方法进行了模拟和实测的多角度动态光散射数据反演.与采用光强比值法和光强均值法的反演结果比较表明,多角度动态光散射反演结果与角度加权方法密切相关.无噪声影响时,光强比值法和复合角度加权法都能得到准确的颗粒粒度分布,但光强均值法信息利用率不高;随着噪声水平的提高,光强比值法反演结果急剧变差,表现出较低的抗噪性能.复合角度加权方法通过兼顾信息利用率和抗噪性能,使得增加散射角时信息增多的优势得以更好地显现,并且有效地抑制了角度增多带来的噪声影响.该加权方法显著提高了多角度动态光散射进行颗粒测量,特别是对多峰分布颗粒体系测量的准确性.     

角度组合对多角度动态光散射测量的影响

针对多角度动态光散射中角度组合对颗粒粒度分布测量的影响,对5组模拟的双峰分布颗粒体系(114/457 nm,202/800 nm,307/541 nm,433/721 nm和600/900 nm)分别选取3、4、5和6个散射角,采用不同角度组合进行测量.粒度反演结果表明,在选取同样数量散射角条件下,不同的角度组合会得到不同的测量结果.当选取的各散射角对应的Mie散射光强差异显著,特别是对应光强值包含了Mie散射光强曲线的极大值和极小值点时,测量结果更准确.采用标准聚苯乙烯乳胶颗粒进行的测量实验,实验结果与反演结果一致.这种角度组合影响的原因在于,随着散射角的增多,得到的颗粒粒度信息也相应增加,但只有增加的散射角所对应的散射光强显著不同时,才会较多地增加颗粒粒度信息,从而改善测量效果;否则,增加的信息会被增加的角度校准噪声所抵消.     

水中悬浮颗粒的三维体散射函数测量

提出了一种水中悬浮颗粒的三维体散射函数测量方法,采用抛物面镜结合传感器探测方式,同时获取了半球空间内多个散射面所对应的体散射函数。搭建了三维体散射函数测量装置,采用粒径为57~954nm的标准聚苯乙烯颗粒作为样本,获得了方位角0°~180°对应的多个散射面内的水中颗粒体散射函数,测量的散射角范围为18°~160°。实验结果与计算结果吻合,验证了利用该装置对水体中粒径小于1μm的悬浮颗粒的体散射函数进行测量的可行性。     

双峰分布颗粒体系的多角度动态光散射数据反演（英文）

采用多角度动态光散射和加权正则化反演方法,对4组模拟的双峰分布颗粒体系(100/600nm,200/600nm,300/600nm和350/600nm)分别选取1、3、6和10个散射角进行测量.粒度反演结果表明,采用加权正则化方法反演双峰颗粒体系的多角度动态光散射测量数据,可获得峰值位置比小于2∶1且含有大粒径(350nm)颗粒的双峰颗粒粒度分布.采用标准聚苯乙烯乳胶颗粒进行实测的结果验证了这一结论.得到含大粒径颗粒的双峰粒度分布反演结果的原因在于,多角度动态光散射能提供更多的大粒径颗粒的粒度信息,加权正则化反演方法能减少测量数据中的噪声,因而多角度动态光散射测量数据的加权反演能实现峰值位置比小于2∶1且含有大粒径颗粒的双峰颗粒体系的测量.     

双峰分布颗粒体系的多角度动态光散射数据反演

采用多角度动态光散射和加权正则化反演方法,对4组模拟的双峰分布颗粒体系(100/600 nm,200/600 nm,300/600 nm和350/600 nm)分别选取1、3、6和10个散射角进行测量.粒度反演结果表明,采用加权正则化方法反演双峰颗粒体系的多角度动态光散射测量数据,可获得峰值位置比小于2∶1且含有大粒径(＞350 nm)颗粒的双峰颗粒粒度分布.采用标准聚苯乙烯乳胶颗粒进行实测的结果验证了这一结论.得到含大粒径颗粒的双峰粒度分布反演结果的原因在于,多角度动态光散射能提供更多的大粒径颗粒的粒度信息,加权正则化反演方法能减少测量数据中的噪声,因而多角度动态光散射测量数据的加权反演能实现峰值位置比小于2∶1且含有大粒径颗粒的双峰颗粒体系的测量.     

应用低相干动态光散射法测量悬浮液中的颗粒粒径分布

利用低相干动态光散射法测量不同浓度悬浮液中的颗粒粒径分布。由低相干光源和迈克尔逊干涉仪,结合传统的动态光散射技术组成低相干动态光散射装置,通过检测单次背散射光的能谱分布,利用CONTIN算法得到不同浓度悬浮液中颗粒的粒径分布。结果表明,对于1%～10%体积浓度范围内的单分散悬浮液羊品测量得到的颗粒粒径精确度在4%以内。     

Experimental determination of scattering matrices of dust particles at visible wavelengths: The IAA light scattering apparatus

We present a new apparatus for measuring the complete scattering matrix as a function of the scattering angle of dust irregular particles. The design is based on the well-known apparatus located in Amsterdam, The Netherlands. In this improved version we have extended the scattering angle ranging from 3° to 177°. Moreover, the measurements are performed with a tunable argon–krypton laser that emit at a wavelength (λ) of 483, 488, 520, 568, or 647 nm. The apparatus has been developed at the Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), Granada, Spain. To measure the scattering matrix elements we use a number of different optical components such as polarizers, a quarter-wave plate, and an electro-optic modulator. These components are used to manipulate the polarization state of light. By using eight different combinations for the orientation angles of the optical components, all scattering matrix elements are obtained as functions of the scattering angle. The accuracy of the instrument is tested by comparing the measured scattering matrices of water droplets at 488, 520, and 647 nm with Lorenz–Mie calculations for a distribution of homogeneous water droplets.     

含有周期球腔的黏弹性覆盖层消声性能分析

利用散射矩阵法分析了单个球状空腔在黏弹性橡胶中的Mie散射特性以及振动模式.以此为基础，利用多重散射法分析了不同背衬条件下，含有单层周期球状空腔的橡胶覆盖层(厚度为8mm)的消声性能.结果表明，单个球腔的径向共振对覆盖层的低频消声性能有重要贡献，覆盖薄层在共振区具有良好的消声性能.最后，设计了双层消声覆盖层(厚度为20mm)，有效拓展了消声带宽. 关键词： Mie散射 多重散射法 消声材料 声子晶体     

Mie理论递推公式计算散射相位函数

在激光雷达探测中,关于多次散射雷达回波的研究,散射相位函数是个非常重要的物理量。本文利用Mie理论的递推公式,对单一粒径介质的散射相位函数进行了计算,计算结果与散射理论中前、后向散射峰值大小随粒子半径的增大而增大相一致。同时,对非单一粒径介质的散射相位函数进行了计算,可用于大气、雾和云等气溶胶多次散射的研究。     

Comparison of the mechanism of gap formation for tri- and bi-component phononic crystal

Using an exact Mie scattering solution, this paper investigates the mode conversions during the Mie scattering of a single bi- or one-component sphere in unbounded epoxy. Then the formation mechanism of the first complete gap in the corresponding tri- or bi-component phononic crystal is investigated by the multiple-scattering method. It is shown that the heavy density of the scatterer plays an essential role in the Mie resonance and the formation of the gaps for both types of the phononic crystals. For the tri-component phononic crystal, the gap is mainly induced by the Mie resonance of the single scatterer. For the bi-component phononic crystal, the transverse wave （by mode-conversion during the Mie scattering under a longitudinal wave incidence） is modulated by the periodicity and governed by the Bloch theory, which induces the gap cooperatively.     

球形粒子Mie散射特性分析

越来越多的与微粒相关的技术问题在许多领域出现,这些问题都与Mie散射理论有关。利用Matlab改进算法,对球形微粒子Mie散射特性做了较为全面和深入的分析,有助于Mie散射理论的研究和应用。     

Discrimination of Smoke Particles Using Infrared Photoelectrical Detection

A method of discrimination of smoke particles using infrared photoelectrical detection is proposed in this paper. Principle of the method is that smoke particles of different materials have different scattering light intensities at same scattering angle according to Mie Theory. Facility used to realize the method includes an infrared laser as light source and an array of avalanche photodiodes distributed at assigned angles as sensing devices. Scattered light signal at these angles are collected and processed. Categories of smoke particle are discriminated by signal processing results. Experiments show that by using this method cigarette smoke, kerosene smoke and water vapor can be discriminated with rate of discrimination of greater than 95%. Application of this technology in the field of fire detection will eliminate some effects of human activities such as cigarette smoking and steam on smoke detection, and improve sensitivity as well as reliability of smoke detection.     

雾滴粒子群的偏振特性研究

根据Mie散射理论,基于一次实测资料拟合得出雾滴谱分布,计算了雾滴粒子群的散射相函数矩阵,揭示了不同波长的雾滴粒子群对入射激光的散射偏振特征。结果表明：激光散射强度随散射角的增加呈现先减小后增大的趋势,且波长越小散射光强分布越集中;波长越大,偏振度随散射角分布越平滑,反之分布震动则越剧烈;各波段偏振度随散射角增大的分布趋势大致相同,关键散射角随波长的减小向增大的方向偏移。     

微粒子的线度对Mie散射光强度影响的研究

根据Mie散射理论,研究了粒子线度对Mie散射光强的影响,不同性质的粒子,其影响效果不同,在固定入射波长条件下,散射光强随粒子线度呈周期变化,同时发现H2O微粒子散射光强峰峰间距与粒子的线度和波长的关系可简单的表示为Δa=-0.133 3+0.222λ.     

基于Mie光散射理论的尾流气泡前向散射光特性研究

实验中利用CMOS图像传感器代替传统的光电探测器接受前向散射光,由几何光学和图像处理分析得出不同散射角的散射光与采集图像中的光环相对应.通过计算各个光环的所有像素值的总和就可以得到前向散射光光强的相对值,进而可以得出前向散射光光强变化规律.根据米氏（Mie）光散射理论可以计算出气泡各个方向的散射光光强,通过比较实验结果和Mie理论计算结果可以看出,采用CMOS图像传感器探测和图像处理技术可以准确地得出散射光强度的变化规律.