悬浮颗粒物粒径分布光学测量及反演方法研究

摘要

国内外已研究出各种测量悬浮颗粒物粒径分布的方法，基于光学检测悬浮颗粒物的主要方法有:透射法、散射法、透射光-散射光比较测定法等。由于散射法具有灵敏度高、受外界噪声影响较小等优点，因此被确认为悬浮颗粒物粒径分布的规范测量方法。此方法在血细胞分析、大气浓度测量、水质悬浮颗粒物的测量等方面也有着较广泛的应用。
　　在悬浮颗粒物浓度的光学测量过程中，为了实时监测粗悬浮颗粒物的粒径分布，提高粗颗粒物散射系数的测量精度，本文基于Mie散射理论，分析研究了颗粒物折射率对光强的影响，研究表明在小角范围内折射率对其影响不大;通过对悬浮颗粒物的光强及波长的假设，利用平滑Chahine迭代算法与最小二乘法分别反演悬浮颗粒物的粒径分布，得出平滑Chahine迭代算法反演出的粒径分布与原始分布更加吻合;利用小波方法对信号进行去噪处理，确定去噪因子为200;对三种不同粒径大小的聚苯乙烯溶液，在不同浓度、不同散射角、不同光波长下测量得出散射系数随浓度的变化关系，分析比较得出在散射角为15°，波段范围为450.03nm-700.03nm时散射系数与浓度具有很好的单调递增性;按1∶1∶1比例混合三种粒径聚苯乙烯溶液，比较散射系数与同种浓度下三种单粒径的散射系数之和，两者拟合曲线中相同项系数基本为同一倍数关系，具有很强的线性相关性，可知该反演方法的适用性;通过对悬浮颗粒物光散射系数测量，利用平滑Chahine迭代算法反演粒径分布，并与实验中粒径分布比较，得出在适合波段内，反演误差小，实时测量精度高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 粒径分布测量技术的发展状况

1．3 悬浮颗粒物粒径分布的测量意义

1．4 论文主要内容

第二章 悬浮颗粒物粒径分布的测量方法

2．1 粒径分布测量方法原理

2．1．1 沉降法

2．1．2 筛分法

2．1．3 库尔特法

2．1．4 光散射法

2．2 测量法的选择

2．2．1 光全散射法(透射法)

2．2．2 前向小角散射法

2．2．3 垂直散射法

2．2．4 后向小角散射法

2．3 本章小结

第三章 粒径分布反演的数值计算

3．1 Mie散射数值计算

3．1．1 Mie散射理论及计算公式

3．1．2 Mie散射的数值模拟

3．2 反演粒径分布的数值计算

3．2．1 反演理论

3．2．2 平滑Chahine迭代算法

3．2．3 最小均方算法

3．2．4 非负最小二乘法(NNLS)

3．2．5 反演算法的对比

3．2．6 悬浮颗粒物粒径分布的数值模拟

3．3 本章小结

第四章 悬浮颗粒物粒径测量实验

4．1 实验准备

4．1．1 光源的选择

4．1．2 光谱仪的选择

4．2 实验测量过程

4．3 散射光信号的探测

4．4 小波去噪处理

4．4．1 小波去噪理论

4．4．2 数据处理分析

4．5 本章小结

第五章 实验结果与分析

5．1 实验数据分析

5．2 粒径分布反演实验分析

5．3 实验与理论比较

5．4 结论

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的研究论文

致谢