光全散射法颗粒测量中的一种自适应非独立模式算法

光全散射颗粒测量法中需求解第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程。在不知道被测颗粒的尺寸范围的情况下如何确定积分方程的上下限、即测量范围，迄今仍是个问题。本文针对此问题提出了一种自适应非独立模式算法。该算法可根据双参数颗粒分布函数的分布参数Ｋ自动确定积分的上下限．数值模拟和实验都证实了此算法。     

形体细胞的MCEM模型及其光散射分布特征

针对光散射细胞微粒测量中真实形体细胞的取向对测量结果的影响问题，基于Rayleigh-Debye-Gans理论和双椭球核式(CEM)模型在应用中的差异，建立了CEM的修正模型(MCEM)，根据此模型系统讨论了细胞在不同入射角变化情况下其光散射强度分布所产生的变化，得到了不同入射角下有核细胞光散射强度分布与有核细胞相关物理特征量的动态响应关系；此外，对有核细胞光散射强度分布进行拟合，得到了有核细胞光散射强度分布函数。误差分析表明：拟合结果可有效地应用于真实细胞光散射测量中的数值反演计算。     

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。     

基于去偏振-偏振图像动态光散射的纳米棒尺度测量

二维纳米棒的布朗运动可以用平移扩散和转动扩散运动来描述.提出了一种基于去偏振-偏振图像的动态光散射(DIDLS)测量方法,通过分析纳米棒布朗运动的平移扩散和转动扩散在偏振激光入射下产生的垂直-垂直和垂直-水平偏振动态光散射信号,测量了纳米棒的尺寸和尺寸分布.研究了连续测量的偏振动态光散射信号图像间的相关系数函数,通过两次反演,计算出纳米棒的长度以及长径比,进而得到颗粒的二维尺度分布.分析了不同入射激光波长对测量结果的影响,提出自相关函数的基线值可以作为信噪比的判据.采用650,780,905 nm三种波长对直径为20 nm、长度为300 nm的纳米金棒进行了测量,得到了纳米金棒的平均尺寸和尺寸分布.     

分段自相关动态光散射法测量亚微米粒度

介绍了动态光散射法测量微粒尺度的原理，通过对相关函数相对的分析，提出了分段自相关的方法，该方法解决了高速，大数据量采集的困难，又不显著影响相关函数的精度，给出了实验装置及实验结果，测量结果与标准样品的标称值相符。     

光散射检测微粒直径分布的实验装置的研制

论述光散射检测微粒直径分布的实验装置的原理及其设计,并给出装置的实验结果。     

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。     

光散射聚集速率测定中T矩阵方法的应用

聚集速率是评估胶体体系特性及稳定性的关键参数, 静态光散射和动态光散射则是测量聚集速率的两个重要方法. 然而, 用静态光散射和动态光散射测量聚集速率时, 需要知道有关单粒子和双粒子聚集体光散射特性的数据. 为此, 通常需要把动、静两种方法结合, 才能消去这个数据. 以前各种近似理论曾用来解决这个问题, 但因粒子尺寸和形状的限制, 结果并不理想. 而T矩阵方法可以不受粒子大小和形状的限制计算其光散射特性. 本工作用T矩阵方法直接计算静态光散射和动态光散射所必须的粒子散射特性, 并将该法得到的聚集速率与动静态光散射结合法得到的聚集速率进行了比较, 两者结果很接近. 本工作为简化静态光散射和动态光散射测量聚集速率, 扩展其应用范围开辟了新途径. 关键词： T矩阵')" href="#">T矩阵 光散射法 聚集速率     

高斯场下形体影响因子的动态特征以及微扰方程的修正

为解决微粒形体变化对微粒测量结果的影响，在半椭圆模型理论模型的基础上，对高斯分布散射场下任意形体微粒散射的影响因子进行了讨论。建立了影响因子与形体特征参量和微粒粒度之间的数学关系，并求得了其影响因子数值解的分布。基于对影响因子数值解分布动态特征的讨论，拟合得到了高斯分布散射场下任意形体微粒影响因子函数解的解析式，由此提出了对任意形体微粒特征分布概率函数微扰方程的修正。研究结果表明，该方法对于大粒度微粒形体变化对测量结果影响的修正效果尤佳。     

动态光散射及电子显微镜纳米颗粒测量方法的比较研究

本文以聚苯乙烯纳米颗粒作为测量对象,分别采用最为常见的扫描电子显微镜法(SEM)和动态光散射法(DLS)测量其粒径。结果表明:电子显微镜法可观察颗粒形貌及结构,但测量误差偏大;动态光散射法可精确测量颗粒粒径及其分布状态。分析讨论了这两种测量方法的优缺点,对纳米颗粒测量具有重要的指导作用。     

Anomalous diffraction approximation method for retrieval of spherical and spheroidal particle size distributions in total light scattering

Using total light scattering technique to measure the particle size distribution has advantages of simplicity in measurement principle and convenience in the optical arrangement. However, the calculation of extinction efficiency based on Mie theory for a spherical particle is expensive in both time and resources. Thus, a simple but accurate approximation formula for the exact extinction efficiency may be very desirable. The accuracy and limitations of using the anomalous diffraction approximation (ADA) method for calculating the extinction efficiency of a spherical particle are investigated. Meanwhile, the monomodal and bimodal particle size distributions of spherical particles are retrieved using the genetic algorithm in the dependent model. Furthermore, the spheroidal model in the retrieval of non-spherical particle size distribution is also discussed, which verifies the non-sphericity has a significant effect on the retrieval of particle size distribution compared with the assumed homogeneous isotropic sphere. Both numerical computer simulations and experimental results illustrate that the ADA can be successfully applied to retrieve the particle size distributions for spherical and spheroidal particles with high stability even in the presence of random noise. The method has advantages of simplicity, rapidity, and suitability for in-line particle size measurement.     

用多波长消光法测量大颗粒的尺寸分布

基于Mie光散射理论,提出一种用多波长消光原理(light extinction)测量大颗粒的尺寸分布的方法.理论分析及计算机数值模拟表明,采用可见光波段的多波长消光法可将测粒上限扩展至300μm以上.文中给出了数值模拟结果和对几种大尺寸标准颗粒的实测结果.     

颗粒系的可见消光光谱分析及最佳波长的选择

在光全散射法颗粒粒径测量中,被测颗粒系的消光光谱包含有颗粒粒径、折射率等信息。对常用的单峰及双峰R-R分布的可见消光光谱进行模拟,分析了可见消光光谱随粒径和相对折射率变化的规律。选取二阶微分可见消光光谱不连续点对应的波长作为测量波长,并将可见光边界波长同时作为测量波长,在非独立模式下,采用遗传优化算法反演粒径分布。仿真计算与实验验证结果表明,通过消光光谱分析,可以预先确定被测颗粒系的分布状况,缩小优化算法中反演参数的搜索范围。结合最佳波长选择方法,使测量的精度和可靠性明显提高。对测量光谱加入1%随机噪声时,单峰及多峰分布粒径反演均能得到满意的结果。     

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%。     

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.     

Inversion of visible optical extinction data for spheroid particle size distribution based on PCA

The problem of light scattering properties of spheroid particles is studied, and a general approach is presented for calculating the single particle light scattering of spheroids. In this approach, the extinction efficiency of spheroid particles can be calculated by combining the spline interpolation of T matrix method and ADA (anomalous diffraction approximation) theory. Furthermore, the retrieval of spheroid particle size distribution is performed in the dependent mode and a selection method about the optical extinction data is proposed based on PCA (principle component analysis) of first derivative corresponding to the raw optical extinction. By calculating the contribution rate of first derivative corresponding to the raw optical extinction, the optical extinction with more significant features can be selected as the inversion optical extinction data. In this way, the selected optical extinction has less information redundancy and higher capacity of resisting noise disturbance. Simulation experiments indicate that the spheroid particle size distributions obtained with the proposed method coincide fairly well with the given distributions, which provides a simple, reliable and efficient method to retrieve the spheroid particle size distribution using the optical extinction data.     

双光路DOAS系统获取大气颗粒物粒谱分布方法研究

当前大气复合污染日趋严重,造成大气氧化性增强,气体向颗粒物的转化加快。大气颗粒物粒径大小及谱分布决定其在大气中的行为,以差分吸收光谱法（DOAS）为基础,结合双光路设计技术,开展实时、在线、获取近地面大气气溶胶颗粒物的粒谱分布的光谱方法研究。首先构建低噪声性能稳定的宽带氙弧灯为光源的双光路差分吸收光谱系统,基于干净天气条件下大气的能见度数据对系统进行校准,通过两个不同光路获得的光谱信号强度之比获取近地面紫外-近红外波段的大气总宽波段消光系数。基于宽波段消光系数,在去除瑞利散射以及气体吸收对消光系数的影响后,解析出气溶胶颗粒物的消光系数。基于核函数准则,利用均匀球型粒子的电磁场Mie理论来反演气溶胶物理特性,获得气溶胶粒子在该测量谱段的体积谱分布,利用体积谱与数密度谱的关系,反演出气溶胶粒子的数密度谱分布。开展利用直方图方法来表现颗粒物的粒谱分布方法研究,首先将DOAS测量波段近似等分为若干谱段,利用谱段处平均值,获取气溶胶粒谱直方分布图。最后把该系统和方法应用于外场实验,获得了气溶胶颗粒物在300～650 nm范围内的消光系数,将测量波段等分为11个谱段,反演了颗粒物的在0.1～1.25 μm粒径范围的数密度谱分布。该研究为整治我国灰霾天气,研究大气气相/粒子非均相化学反应提供科学依据。同时将推动DOAS技术的进一步发展和应用。     

可见／红外光谱区烟尘浓度测量问题的研究

在透射法烟尘浓度测量中,采用非独立模式算法分别在可见、红外、可见/红外三个光谱区计算了烟尘浓度.通过对三个光谱区烟尘浓度反演结果的准确度,线性度以及灵敏度进行分析比较,确定了透射法烟尘浓度测量的最佳光谱区为可见/红外区.同时模拟了不同粒径分布,不同体积浓度的水滴分散系对烟尘浓度测量结果的影响.仿真计算结果表明,在可见/红外光谱区,烟尘浓度的反演结果与真值基本吻合.采用限定的消光比方法能够最大限度地克服水滴的影响,使测量的精度和可靠性明显提高.对测量的消光值加入2%随机噪声时,烟尘浓度的反演仍能得到满意的结果.     

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。