基于颗粒粒度信息分布特征的动态光散射加权反演

宽分布和双峰分布颗粒的准确反演是动态光散射技术至今未能有效解决的难题,尤其峰值位置比小于2:1且含有大粒径颗粒(350 nm)的双峰分布.造成这一难题的主要原因包括:1)单角度测量数据的粒度信息含量不足;2)常规反演方法对测量数据的噪声抑制以及粒度信息利用缺乏针对性.对测量数据(即光强自相关函数)的研究发现,数据噪声主要分布在长延迟时段,而粒度信息集中分布在衰减延迟时段.基于此,本文提出了采用粒度信息分布为底数、调节参数为指数的权重系数对自相关函数进行加权反演的约束正则化方法.由于采用了与粒度信息分布一致的权重系数,该方法既充分利用了衰减延迟时段的粒度信息,又有效地抑制了长延迟时段的数据噪声.不同噪声水平下,宽分布和双峰分布颗粒体系的反演结果表明,与常规反演方法相比,这一方法可以获得更为准确的宽分布和近双峰分布的反演结果.     

初始模型对含噪动态光散射数据正则化反演结果的影响

分别采用最小模型矩阵、最平坦模型矩阵、最光滑模型矩阵作为初始化模型,对加入5种不同水平随机噪声的90 nm窄单峰、90 nm宽单峰和250 nm窄单峰、250 nm宽单峰颗粒体系的模拟分布进行了正则化反演,并对反演结果进行比较。结果表明：当噪声水平为0时,正则化初始模型的选择对反演结果没有明显影响。随着噪声水平的增加,采用三种初始化模型反演得到的峰值误差和粒度分布误差都随之变大,但采用最平坦模型和最光滑模型反演得到的峰值和粒度分布误差明显小于采用最小初始模型的反演误差。当噪声水平大于0.01时,选择最平坦初始模型获得的粒度分布结果优于采用最光滑初始模型和最小初始模型获得的结果,而采用最光滑初始模型反演得到的峰值优于最平坦初始模型和最小初始模型的反演峰值。因此,采用正则化算法处理含噪动态光散射数据时,为得到最优的粒度分布信息,宜采用最平坦初始模型,若需要获取最准确的峰值信息,则应选择最光滑初始模型。     

光散射法测量微粒粒径分布的一种反演遗传算法

本文提出一种基于改进遗传算法的随机及演方法,该方法具有更强的全局收敛性,同时也具有对粒径分布形状不敏感、抗噪声能力强等优点,适合于工业现场应用．     

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。     

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（100/600nm,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.     

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.     

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.     

动态光散射测量核壳双层纳米颗粒的研究

采用去除和保留非高斯项方法,分别反演了不同分布宽度颗粒的模拟动态光散射数据,并通过相应的光强自相关函数(autocorrelation function, ACF)与平均粒径对应的光强ACF间的差值,计算出不同分布宽度颗粒的粒度信息在光强ACF中的分布。结果表明,对于窄分布颗粒,在较低噪声水平下,去除与保留非高斯项对颗粒粒度分布反演无明显影响。随着噪声水平的增高,去除非高斯项反演的性能指标优于保留非高斯项。对于宽分布颗粒（变异系数一般大于3%）,保留非高斯项则可得到更为准确的反演结果。产生上述结果的原因在于,不同分布宽度颗粒对应的非高斯项中的粒度信息含量不同。与窄粒度分布相比,宽分布颗粒对应的非高斯项包含更多的粒度信息,去除非高斯项会导致粒度信息丢失,从而降低反演结果的准确性。由于光强ACF的长延迟时段含有较多噪声,窄分布颗粒的反演不仅不能通过保留非高斯项获益,而且还会因噪声增加使反演结果的准确性降低。

     

基于CCD传感的激光粒度测试技术研究

颗粒测试在工业生产和科学研究中涉及的领域非常广泛,常用的颗粒粒度及其分布的测试方法是激光粒度测试法,其具有测试精度高、测量速度快、重复性好和可测粒径范围宽等突出优点。CCD传感器有灵敏度高、分辨率高、噪声小和较大的动态范围等优点,其作为激光粒度仪的探测器提高光强分辨率的应用已经很普遍了。为提高测量精度,通过对CCD传感技术的研究,应用图像处理的方法来设计光电探测器,搭建了基于米氏散射原理的激光粒度测试系统。实验结果表明,用CCD传感器采集光散射图像,再对图像进行处理,D50与D10误差在6%之内,D90误差在1%之内,降低了测量的重复误差。     

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。     

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。     

细菌觅食优化算法在光散射法颗粒粒度反演中的应用

针对函数约束算法中传统的智能算法反演时存在鲁棒性差和易陷入局部最优的缺点,提出了将正则化理论与细菌觅食优化算法相结合应用在颗粒粒度的测量中。引入Tikhonov平滑泛函来构建算法的目标函数,采用L曲线法确定正则化参数;再利用细菌觅食优化算法通过趋向、聚群、复制和迁徙等四种智能行为,迭代计算来搜寻函数的最优解。实验仿真结果表明:利用细菌觅食优化算法实现了在不同程度的随机噪声下的服从J-SB分布的单峰分布的均匀球形颗粒粒度分布反演,其反演结果更稳定,反演精度高,对于实现稳定、快速、准确的颗粒粒度在线测量具有重要的意义。     

生物组织的可见光与近红外光散射模型

对生物组织光学模型尤其是光散射特性进行了研究, 发现可以利用等效粒子数密度的粒度分布更精确地了解生物组织的光散射性质。在夫琅和费衍射近似下, 散射系数和散射相函数可以由等效粒子数密度的粒度分布得到。基于粒子粒度光散射测量技术, 所得结果可给出一种新的可行的测量生物组织光学性质参数的方法。     

多角度动态光散射角度误差影响测量的途径分析

在分析角度误差对测量结果作用机制的基础上,采用不同的角度误差,通过对六组单峰（82nm、104nm、350nm、431nm、816nm和865nm）和三组双峰（137/601nm、242/750nm和470/895nm）颗粒体系的模拟数据及306nm/974nm双峰颗粒体系实测动态光散射数据的反演,研究了权重估计和基线计算两种途径中角度误差对反演结果的作用.结果表明,角度误差对颗粒粒度分布反演结果的影响是由基线计算和权重系数估计的双重作用途径产生的;权重因素对峰值和性能误差的影响明显大于基线因素,仅在小颗粒窄峰测量时,基线因素对峰值误差的影响略超权重因素,但权重因素对性能误差的影响仍然大于基线因素.     

New Receiving Mode of Extinction for Determining Particle Size and Density without Convex Lens

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｆａｌｉｇｈｔｂｅａｍ ｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｍｅｄｉｕｍ ,ｉｔｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗｉｌｌｂｅｗｅａｋｅｎｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓ[1] .Ｔｈｉｓｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇａｎｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ.Ｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｓａｒｅｄｉｆｆｕｓｅｄｉｎｓｐａｃｅａｌ…     

New Receiving Mode of Extinction for Determining Particle Size and Density without Convex Lens

In this article a new receiving mode for scattering light by particle is theoretically discussed. Using this receiving mode the convex lens can be omitted during determining the extinction of particle. Therefore the extinction coefficient of sphere particles is redefined by extrapolating the conventional one. In terms of the calculation results of light scattering the definition of near-field extinction coefficient of a swarm particle is depicted. Through the error analysis it is proved that the error coming from the new definition of extinction coefficient is acceptable for engineering application. In addition, a technique for determining the particle size and density is presented in this article and the advantage using this receiving mode is described.