中国近海悬浮颗粒物海水声波衰减

在对颗粒物声吸收机理分析的基础上,根据已有的南黄海和莱州湾海洋调查数据,对中国近海实际海域悬浮颗粒物海水在声呐工作频段内的声波衰减进行了计算分析.结果表明,在悬浮颗粒物浓度高的海水区域内,悬浮颗粒物粘滞性声吸收所造成的声波衰减与不计及颗粒物存在的海水声吸收相比不可忽略.计算分析同时表明,在声呐工作频段内,颗粒物的散射声吸收可以忽略不计.取可使粘滞衰减为较大值的粒径为5 um的悬浮颗粒物海水进行计算,在低于几十千赫兹的频率范围内,当泥沙类悬浮颗粒物浓度高于O.1 kg/m3、有机类悬浮颗粒物浓度高于1 kg/m3,颗粒物粘滞衰减系数将大于清澈海水的衰减系数.泥沙类悬浮颗粒物海水浓度高于0.1 kg/m3、有机类悬浮颗粒物海水浓度高于1 kg m3,可以作为是否需要计及颗粒物声吸收的比较保守的估计判据,或是作为悬浮颗粒物海水达到声学混浊的估计判据.     

石墨烯/纳米铜复合材料的制备及红外性能研究

采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料,对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率,计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证,进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明,纳米铜吸附在还原石墨烯表面,粒径集中在15~25nm;不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性,使该复合材料在8~9.2μm、6~6.5μm、2~3μm波段内的吸收较强,且在远红外波段吸收最强;其在3~5μm的法向发射率在0.65~0.68范围内,法向发射率在8~9.5μm内有最小值0.53,而后稳定在0.58左右,其总法向发射率分别为0.66和0.59,且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.     

基于自发瑞利-布里渊散射的氮气体黏滞系数的测量

体黏滞系数是从微观角度认识气体分子黏滞性的重要参数,传统的兆赫兹声频范围的声波吸收方法无法直接应用于声波弛豫效应在千兆赫兹范围的高频领域,而瑞利-布里渊散射则能实现对声波弛豫效应在千兆赫兹的气体体黏滞系数的测量.本文测量了532 nm激光激发的常温下压强分别为1-9 bar的氮气的自发瑞利-布里渊散射光谱,利用已知温度和压强的理论模型对测量光谱进行了比较,获得了准确的散射角.利用该散射角并结合χ~2值最小原理反演得到不同压强(4—9 bar)下氮气的平均体黏滞系数为(1.46±0.14)×10~(-5)kg·m~(-1)·s~(-1),该结果与文献中利用自发瑞利-布里渊散射获得的结果和理论计算结果相近,但与相干瑞利-布里渊散射的测量结果相差明显.利用该平均体黏滞系数对氮气在不同压强下的温度进行了反演,得到各压强下的温度与实际温度的绝对误差小于2.50 K,反演温度的平均值与实际温度误差小于0.15 K,该结果证明了实验测量得到的氮气的体黏滞系数具有较高的准确性,同时也说明利用瑞利-布里渊散射反演气体参数具有较高的准确性和可靠性.     

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     

雪粒径高光谱遥感估算模型研究

雪粒径是影响全球/局地能量收支和表征积雪水热状态的重要参数,大面积监测和估算雪粒径的分布及大小对于全球/局地气候变化和水资源管理具有重要意义。目前遥感技术已成为大面积监测和估算雪粒径的重要手段。针对雪粒径的遥感监测与估算,该研究采用辐射传输模型模拟雪面可见光-近红外波段的光谱曲线,经过分析光谱曲线并结合一阶微分和累计差异值选取对雪粒径敏感的波段和积雪指数,建立单变量雪粒径高光谱遥感估算模型,并用地面实测数据进行验证,结果表明,单波长1 030 nm,1 260 nm和归一化差值积雪指数(460和1 030 nm)构建的估算模型预测精度较高,雪粒径估算值与实测值的相关斜率分别为1.37,0.61和0.62 ,R2分别为0.82,0.86和0.93,RMSE分别为55.65,50.83和35.91 μm,可用于雪粒径的估算研究。研究成果为雪粒径的高光谱遥感反演提供科学依据。     

可见-红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究

在光全散射法颗粒粒径测量中,采用独立模式算法在可见-红外波段对粒径测量范围进行了深入的研究。通过对多种R-R分布函数反演结果进行分析,比较,以确定光全散射法颗粒粒径测量范围。同时在消光系数计算中,采用修正的消光系数代替原始的消光系数,以便得到更准确的粒径测量范围。仿真计算结果表明,在可见-红外光谱区,相对折射率m=1.235时的粒径测量范围为0.05～18 μm。在此区域内测量粒径分布,反演结果与真值基本吻合。随着颗粒相对折射率、波长范围的变化,粒径测量范围也随之发生改变。采用限制最小二乘算法能够最大限度地克服随机噪声对测量结果的影响,使测量的精度和可靠性明显提高。对测量的消光值加入±1%随机噪声时,颗粒粒径分布的反演均能得到满意的结果。     

利用低相干光纤动态光散射法测量浓悬浮液中多分散颗粒粒径分布

本文针对高浓度散射介质,用低相干光纤动态光散射技术测量浓悬浮液中多分散颗粒系的粒径及其粒径分布。利用迭代CONTIN算法对实验数据进行反演运算,得到多分散颗粒系的粒径分布结果。结果表明,浓悬浮液中多分散颗粒系的峰值粒径测量值与给定的两种标准粒径值相吻合,其误差在4%之内,粒径分布曲线中各散射颗粒所反映的散射体光强分布与根据Mie散射计算得到的理论值相吻合。实验结果证明低相干光纤动态光散射实验系统能准确测量浓悬浮液中多分散颗粒粒径及粒径分布。     

多频声衰减法测量低密度差异液固两相流粒径分布

针对低密度差异液固两相流的分散相粒径分布测量问题,提出多频超声衰减测量方法。以ECAH (Epstein Carhart Allegra Hawley theory)理论模型为基础,分析了不同物性参数对多频超声衰减的影响,建立了分散相粒径分布与多频超声衰减之间的理论关系,用于计算被测流体中超声衰减的理论预测值。通过构造实测多频衰减与待求粒径分布间的目标函数,将粒径分布的反演表示为优化问题,利用高斯量子粒子群算法对不同粒径颗粒浓度参数寻优,实现粒径分布的反演。以微米级聚苯乙烯颗粒与水制备的悬浮液作为研究对象,在搅拌条件下进行动态实验。实验结果表明,利用4~11 MHz的多频超声衰减测得的粒径分布,与Mastersizer 2000激光粒度分析仪的测量结果基本一致,平均粒径误差为5.60%。     

颗粒物Mie散射对差分吸收光谱技术的影响

差分吸收光谱法(DOAS)应用于固定污染源烟气排放在线监测时,由于烟气中烟尘颗粒物含量较高,烟尘颗粒物Mie散射引起的消光对准确反演气体浓度应有一定影响,通过对1～10μm烟尘颗粒物Mie散射对DOAS影响的数值模拟和实验研究得出,烟尘颗粒物的散射光强与颗粒粒径分布、颗粒数密度有关,随着颗粒粒径和颗粒数密度增加,气体的差分吸收度随之而增加,差分吸收度曲线的频率特性发生变化,传统DOAS算法中的应用多项式滤波已无法消除颗粒物Mie散射对气体差分吸收度的影响,气体浓度的反演结果远远偏离真实值.     

海水低频声吸收与pH值的关系

本文用共振器法测量了天然海水低频声吸收与pH值的关系。测量频率为2.91、6.82和10.76kHz;pH值范围为6.48—8.51;温度为12.6℃。测量结果与不同的声吸收公式计算值进行了比较。本文实验的主要目的之一是通过将pH值减小到足够小的数值来检验海水中MgSO_4吸收的贡献。实验结果表明:为了能用一个统一的公式较准确地预估低频和高频的海水声吸收,此公式看来应该既包括MgCO_3吸收项,又包括MgHCO_3~ 吸收项。     

透过率起伏光谱分析法测粒技术

提出的透过率起伏光谱分析法是一种新的颗粒测量方法。采用一细小光束照射匀速流动的颗粒系统,通过采集透射光起伏信号,经统计处理得到透过率的平均值与起伏谱。通过求解逆问题,从透过率的起伏谱中得到颗粒粒径分布信息,再结合透过率的平均值得到颗粒的体积分数信息。给出了关于单层颗粒透过率的平均值与起伏谱的理论表达式,并推广到三维单分散和多分散的颗粒系统。对粒径在32~425μm内的稀薄颗粒系进行了部分实验测试和模拟计算,结果表明该方法可同时对颗粒粒径分布和体积分数进行有效测量。     

颗粒粒径分布测量反演算法的改进

综合奇异值截断法、奇异值修正法、Tikhonov正则化思想及Chahine迭代算法,提出一种改进的病态问题求解算法来测量颗粒系的粒径分布。结合Backus-Gilbert折中准则与奇异值最小原则确定了奇异截断值,采用L曲线法确定了最优正则化参数,并利用联合迭代反演法(SIRT)实现解的非负约束。模拟及实验结果表明,该算法对单、双峰分布的测量误差均小于3%,其抗噪性能、测量准确性、时效性及粒径测量范围相较其他反演算法都有明显优势。     

浮游植物的吸收-衰减特性及其与粒径间的关系

室内测量了十六种浮游植物的吸收-衰减光谱,及其粒径分布和叶绿素a浓度。研究结果表明,粒径和单位细胞叶绿素浓度是影响浮游植物吸收和衰减系数量值的两个重要因素;粒径是决定衰减光谱形状的重要因子之一,粒径与衰减光谱斜率之间存在非单调的变化关系;粒径不是影响浮游植物吸收光谱的蓝-红波段比和光谱斜率的决定性因子,但是,藻细胞密度与粒径平方的乘积是决定吸收光谱斜率的关键量。适用于均匀球体颗粒的Mie散射理论能对粒径与浮游植物吸收光谱和衰减光谱间的相关关系进行阐释,该文研究的藻类其非均匀球体结构并没有从根本上改变粒径与吸收—衰减光谱间存在的内在规律。     

基于动态光散射研究pH值对茄红素胶囊粒径的影响

用微乳化技术结合复合团聚法制备了纳米及亚微米茄红素胶囊,基于动态光散射测量分析了环境p H值对胶囊的粒径大小及其分布的影响.结果表明,对纳米茄红素胶囊,当p H值为3.5、6.0及6.8时能稳定的分散,而p H值为7.4时则会出现明显的聚集现象;对亚微米茄红素胶囊,当p H值为3.5、6.0、6.8及7.4时其粒径分布均为双峰状态,其中粒径较大的为亚微米茄红素胶囊,粒径较小的为包覆不良的颗粒,且p H=7.4时的粒径明显小于其它三种p H值时的粒径.虽然亚微米胶囊在p H=7.4时粒径明显变小的结果与纳米胶囊相同,但亚微米胶囊并不像纳米胶囊那样出现聚集现象.     

用于白光LED的规则球形YAG:Ce3+荧光粉制备及封装性能研究（英文）

采用高温固相法和筛分法合成了YAG:Ce3+系列黄色荧光粉。采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、激光粒度分布仪及荧光分光光度计对所制备样品进行了表征。结果表明:所得3种样品形貌规则成球形,粒度分布集中,其中心粒径(D50)分别为29.59,17.40,9.56μm,粒径分布离散度分别为0.85,0.80和0.87。通过Reitveld精修拟合发现,随着荧光粉粒径大小的变化,基质的晶格常数并未发生明显变化。随着中心粒径(D50)逐渐变小,其荧光发射强度逐渐降低,且发生明显的蓝移,同时对蓝光的吸收逐渐减弱。通过对荧光粉与蓝光芯片配合所得白光LED的发光效率、显色指数及色温进行测试发现,当使用相同粉胶比浓度、相同点胶量时,随着荧光粉粒径的减小,所得白光LED的流明效率从109.95 lm/W降低到了99.85 lm/W,而显色指数和色温同时升高。     

非独立模式算法下粒径分布反演及分类的研究

在光全散射法颗粒粒径测量中,提出一种非独立模式算法下粒径分布反演及分类的方法。对被测颗粒系分别按照不同的粒径分布函数同时进行反演,并依据反演误差大小判断被测颗粒系符合哪种分布函数。仿真实验结果表明,在非独立模式下,完全可以利用已知的不同分布函数的反演误差作为分类依据,从而更准确地确定被测颗粒系的粒径分布。采用的遗传反演算法能够在3个可见光波长下得到较准确的粒径分布,反演结果稳定可靠,最大限度地减少了多个波长的使用,从而对光源有更大的选择余地。对透射消光测量结果加入5%随机噪声时,单峰分布颗粒系的反演误差小于5%,多峰分布颗粒系的反演误差小于10%。整个算法运行时间小于2 s。该方法具有原理简单,计算速度快等优点,能够满足颗粒粒径在线测量的要求。     

超声衰减和速度谱测量亚微米乳液的粒径

研究了超声衰减谱法和相速度测量高浓度多分散脂肪两相乳浊液的粒径分布问题.在理论分析基础上,实验测量了多个浓度(2%～20%)脂肪乳试样在2～13 MHz频带下超声衰减和相速度谱,结合反演算法由实验数据计算出乳浊液颗粒的粒径分布,并讨论了相速度法的意义和特点.将原始浓度(20%)下测得粒径分布与消光法在稀释条件下相同试样测量结果作对比,二者比较吻合,表明超声谱法可在无稀释的高浓度条件下作乳浊液粒径分布的表征.     

黏滞法估算液体的活化能

液体分子要在液体中作一定程度的偏移,需要克服一个高度为W的势垒,这个势垒就是该液体的活化能,活化能是表征液体本身固有性质的一个物理量,它对液体诸多特性参数都有决定性的作用,本文提出一个估算液体活化能的实验方法--黏滞法,其理论依据是液体的黏滞系数n正比于TekT/W[1],通过实验分别测出几个不同温度下液体的黏滞系数反过来即可估算其活化能.     

基于PCA-BP神经网络的光谱消光法颗粒粒径反演算法研究

光谱消光法广泛应用于颗粒粒径测量领域,在利用光谱消光法对颗粒粒径进行反演的过程中,由于颗粒的消光系数存在理论复杂、计算繁琐、收敛速度慢以及求解不稳定等问题,很大程度上影响了整个反演过程的快速性和准确性。且在众多波长的消光数据中,存在较多重复冗余的信息,也很大程度上增加了反演算法的时间。针对光谱消光法粒径反演算法计算繁琐、反演效率低的问题,提出了基于主成分分析（PCA）和BP神经网络的光谱消光颗粒粒径分析方法。基于Mie散射理论对不同粒径、不同波长下的光谱消光值进行了仿真计算,通过对光谱消光数据集的主成分分析及各个波长综合载荷系数的计算,实现了最优特征波长的选取,利用降维后的光谱消光数据训练了PCA-BP神经网络模型,并利用该网络模型计算了粒径颗粒分布。通过仿真计算,比较了PCA-BP神经网络模型与传统的BP神经网络模型的预测精度,并分析了波长数目对两种神经网络模型预测结果的影响。针对训练得到的PCA-BP神经网络模型开展光谱消光法粒径参数反演算法的验证实验,搭建了光谱消光法颗粒粒径参数测量实验系统,测量了粒径范围在0.5～9.7 μm内的6种不同粒径参数的聚苯乙烯标准颗粒。仿真和实验结果表明：基于主成分分析方法可确定各个波长向量之间的相关性,利用综合载荷系数选取最优特征波长对应的消光值对整体的光谱数据具有较好的代表性,可实现光谱数据的降维。相比传统的BP神经网络模型,基于PCA-BP神经网络模型的颗粒粒径分布的分析方法预测精度更高,对于较分散颗粒系的分布参数的预测有更加明显的优势。而且,被选取的波长数较少时,PCA-BP神经网络模型依然有较高的预测精度。利用训练好的PCA-BP神经网络模型对颗粒粒径参数进行实验验证,预测结果可瞬时输出,颗粒粒径分布误差在5%以内,验证了该算法的可行性。     

等离子体气相凝聚技术制备银纳米团簇及粒径尺寸控制

采用等离子体气相凝聚技术制备了银纳米团簇颗粒,开展了实验条件及工艺参数对团簇平均粒径和粒径分布的影响。利用四极质谱分析仪在线测量了银纳米团簇的粒径尺寸与分布,并与透射电子显微镜(TEM)离线测量值进行比对。研究结果表明:保持其他参数不变时,增大结露区长度或溅射电流,银纳米团簇的平均粒径尺寸将增大;增加氩气流量,银团簇粒子平均粒径也相应增大,但当氩气流量增至60mL/min以上时,其平均粒径反而会减小。而氦气的加入会使平均粒径尺寸减小。在各工艺参数中,溅射电流和氩气流量是影响银纳米团簇平均粒径的主要因素。通过调节工艺条件,获得了平均粒径尺寸为2,4和6nm的银纳米团簇,四极质谱仪监测的粒径分布与TEM离线表征结果总体一致。