基于粒子色散特性的光谱消光法粒度测量

摘要

随着科学技术和生产工艺过程的日益发展和完善，颗粒的粒度有不断减小的趋势。在科学研究和工农业生产中，快速、准确地监测颗粒的浓度及其分布，对提高产品质量、降低能源消耗、控制环境污染、保护人类健康等具有很重要意义。
　　论文首先介绍小粒子光谱消光法测量原理及方法。在可见光范围内，理论上系统地分析粒子折射率、尺寸参量以及照射波长对粒子消光特性的影响。基于粒子折射率色散关系，分析一定尺寸分布粒子的光谱消光特性。结果表明，色散关系变化较小的粒子（水、玻璃微珠），粒子色散特性对其光谱消光特性的影响可忽略;而色散明显的粒子其色散特性对其光谱消光特性影响较大。
　　针对部分小粒子材料光学特性不同于其块状材料特性，本论文提出一种粒子折射率色散关系测量方法，基于小粒子激光彩虹Airy理论，测量三个波长下的催泪弹烟雾粒子折射率，利用Sellmeier方程获得其色散关系，结果表明该催泪弹烟雾粒子材料具有强色散特性。基于烟雾粒子的色散关系，利用光谱消光法测量系统测量实验室生成的催泪弹烟雾粒子的粒子浓度和粒径分布。
　　理论分析和实验测量结果表明，基于粒子色散特性的光谱消光法可提高强色散材料粒子的粒度测量精度，为快速、准确地测量粒子浓度和粒径分布提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 粒子粒度测量方法简介

1．2 消光法原理及现状

1．2．1 消光法的基本原理

1．2．2 消光法的国外研究现状

1．3 小粒子折射率测量方法

1．4 论文研究内容及工作安排

第二章 光谱消光法原理及理论分析

2．1 引言

2．2 Mie散射理论

2．3 非色散粒子消光特性分析

2．3．1 消光因子与粒子尺寸的关系

2．3．2 消光因子与粒子折射率的关系

2．3．3 消光因子与波长的关系

2．4 色散粒子消光特性分析

2．4．1 材料色散关系

2．4．2 消光因子与粒子折射率关系

2．5 粒子尺寸分布对光谱消光特性的影响

2．6 光谱消光法粒径分布测量方法

2．6．1 消光法粒径分布反演方法

2．6．2 消光法的适用范围

2．7 本章小结

第三章 烟雾粒子光学特性测量

3．1 烟雾粒子的实验室收集

3．2 显微镜法测量烟雾粒子粒径分布

3．3 烟雾粒子色散特性测量

3．3．1 小粒子折射率测量原理

3．3．2 小粒子折射率测量装置

3．3．3 折射率测量结果与分析

3．3．4 烟雾粒子色散方程拟合

3．4 本章小结

第四章 基于粒子色散特性的光谱消光法测量

4．1 光谱消光法实验测量系统简介

4．1．1 测试系统简介

4．1．2 测量步骤及过程

4．2 标准粒子的光谱消光法实验测量

4．2．1 标准颗粒介绍

4．2．2 标准粒子样品配置及测量

4．2．3 测量结果及分析

4．3 烟雾粒子的光谱消光法实验测量

4．3．1 烟雾粒子透过率谱测量

4．3．2 烟雾粒子粒度测量

4．4 基于粒子色散特性的光谱消光法理论计算

4．5 误差分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果