消光起伏频谱法颗粒测量技术

消光起伏法也称为光脉动法，采用一束窄光束照射流动的颗粒群，接收透射光信号，测量区中颗粒浓度的起伏导致了透射光信号起伏，由此得到颗粒的粒径和浓度信息。最早用消光起伏法来对颗粒测量的是Grogery，他得到了颗粒的平均粒径和浓度。然而，该模型无法合理地解释宽分布颗粒的消光起伏信号，因此无法得到颗粒的粒径分布。     

光干涉法测量微机械零件变形的研究

介绍了用光干涉法测量微加速度计零件变形的研究。将准直单色光投射入由一玻璃片和被测件之间形成的空气楔中，被测件表面和玻璃片底面反射的光发生干涉，由面阵CCD接收。用快速傅立叶变换（FFT）图像处理方法得到被测微悬臂梁的三维形变图。该方法可对微小器件的微位移作分辨办为10nm的测量，并直观的显示测量结果。     

振动条件下的尼龙拉链厚度尺寸视觉在线测量算法

针对尼龙拉链厚度尺寸的视觉在线测量过程中,振动对测量结果影响较大的问题,通过对拉链振动的机理分析,建立并求解出被测拉链横向振动模型的运动方程,再结合LK(Lucas Kanade)光流法测量原理,求取出某一时刻的拉链全局振动信息。在此基础上,提出了一种振动条件下的尼龙拉链厚度尺寸的视觉在线测量算法。首先提取出待补偿图像中被测拉链的边缘点坐标,其次根据运动补偿算法修正边缘点坐标,接着利用最小二乘法将边缘点坐标拟合成平行直线并求出其间距,最后根据像素当量转换为拉链厚度的实际尺寸。实验结果表明:该算法测量结果的不确定度为0.00051mm,远优于无运动补偿的视觉测量方法测量结果,能有效地抑制拉链振动对测量结果的影响。     

应用弹性光散射技术检测中高浓度颗粒系的可行性初探

实现中高浓度颗粒系检测具有重大现实意义.本文中首先初步考察了基于弹性光散射技术的颗粒检测仪器工作于中高浓度颗粒系的一般限制,接着阐述了目前应用弹性光散射技术实现中高浓度颗粒系检测的主要思路,简略列举了产业界和学术界内相关技术发展概况,最后在总结关于一种微米级颗粒检测技术--透射光脉动法的前期研究结果的基础上,进而提出了研究建立复合脉动法实现粒径量程较宽、成本较低的中高浓度颗粒系检测的设想.     

遗传算法用于颗粒粒度分布重建的研究

消光法是一种基于消光定律的非接触式颗粒浓度和颗粒粒度测量的有效方法。由于它原理简单、易操作、易实现，因而得到了广泛的应用与研究。粒度谱重建算法是消光法粒度谱测量的核心内容，为了克服以往粒度谱重建算法需要先验知识的局限性，提出了采用改进的遗传算法来重建颗粒的粒度分布函数，并给出了算法的实现步骤。从数值模拟和实验研究的结果来看，该算法具有较高的精度和稳定性，它不受颗粒粒度分布影响，对噪声不敏感，同时还可以用于未知光学常数颗粒的测量。     

微粒直径对气－固两相流固体微粒浓度的光－电测量法的影响

光－电检测法应用于气－固两相流微粒浓度的测量时，被测固体颗粒直径的变化对测量结果将产生明显影响．以致使测量结果与实际状态相反．本文分析了固体颗粒粒径对测量的影响，并提出了有效的修正方法．     

压电参数的光反馈干涉测量方法

研究了光反馈自混合干涉现象,建立了干涉法测量形变的原理,从而提出了一种基于光反馈干涉效应测量压电应变常数的方法.设计了梯度迭代算法,由实验数据提取被测压电器件的应变量.用一种已知参数的压电器件对此方法进行了验证,测试结果与参照值误差不超过5%.光反馈干涉测试系统所需光学元器件少、结构紧凑,既能用于实验室也能用于工厂车间.     

结合平滑时窗-最小二乘法的光泵磁力仪快速高精度频率测量方法北大核心CSCD

为了提高光泵磁力仪频率测量的精度和速度,提出了一种结合平滑时窗-最小二乘法的光泵磁力仪快速高精度频率测量方法。首先,根据光泵磁力仪频率信号的特点,分析了该方法的测量原理和实现方法。然后,推导了频率测量的公式,分析了影响频率测量精度的因素。最后,设计频率测量实验和室外磁场测量实验对提出的方法进行验证。实验结果证明,该方法明显优于多周期同步测频法,在80~350 kHz频率段内均方差均小于2.2×10^(-3)Hz,在磁场测量实验中,采样频率为200 Hz时,噪声功率谱密度为0.001 nT√Hz@1Hz。     

不透明薄膜厚度的光干涉法测量以及台阶的影响

提出使用数字CCD拍摄光干涉条纹,使用图像处理软件进行灰度值扫描分析光干涉条纹的方法,对不透明薄膜进行光干涉法测厚.数字CCD和图像处理软件的结合使用能够最大限度的降低目测带来的误差,并且也避免了使用复杂的干涉条纹提取算法,可以方便、准确地对不透明薄膜进行光干涉法测厚.同时我们使用光干涉法和轮廓仪法对不同高度遮挡物形成的台阶进行了对比测量,分析了不同台阶边缘斜坡对于光干涉法测量结果的影响,指出在制备台阶时遮挡物的高度必须满足一定的条件,并且根据这个条件推导出在我们的磁控溅射设备中,遮挡物高度小于50 μm可以得到满足光干涉法测厚条件的台阶.     

TSM型全散射式细微颗粒测量仪

提出了一种新的、基于光散射原理的全散射测量法，并相应地发展了ＴＳＭ微粒测量仪，可用于亚微米或更小颗粒的测量。理论分析和实验研究指出，其测量下限可达０．０５μｍ或更小一些，而上限约为１０～２０μｍ。     

消光法乳剂颗粒粒径测量中浓度影响分析

为了研究消光法颗粒粒径测量过程中浓度对测量结果的影响,根据Lambert-Beer定律,对不同浓度下的乳剂采用多波长消光法进行测量分析,同时采用蒙特卡罗法进行数值模拟分析。实验和数值结果均表明:浓度对消光法测试结果的影响效果存在一个临界浓度范围。对于脂肪乳剂,该临界浓度出现在质量分数1.8‰左右;对于橄榄油乳剂,临界浓度则出现在0.5‰～0.6‰之间。超过该范围后,测量的粒径将受浓度变化剧烈影响。     

多角度动态光散射法的纳米颗粒精确测量

基于动态光散射原理,采用自主研发的多角度动态光散射装置,对纳米及亚微米颗粒粒径准确测量方法进行了探究。自研装置采用带有光阑组的精密入射光路设计,以及匹配液池及Beam-stop设计,极大提高了信噪比;同时避免了测量角度的互补方向上,由于样品池与空气界面折射率不同导致的反射光信号对有效信号的干扰。在此基础上,对不同浓度、粒径的聚苯乙烯(PS)颗粒溶液进行了测定及不确定度分析。结果表明,对同一粒径的PS颗粒,增加颗粒浓度时,多重散射首先发生于大、小测量角度,越接近90°,发生多重散射的浓度越高;随着粒径增大,受不可忽略的颗粒间相互作用的影响,粒径测量结果表现出了强烈的角度依赖性,甚至波动性。     

Effects of momentum transfer on particle dispersions of dense gas–particle two-phase turbulent flows

A modified momentum transfer coefficient of dense gas–particle two-phase turbulent flows is developed and its effect on particle dispersion characteristics in high particle concentration turbulent downer flows has been numerically simulated incorporating into a second-order moment (USM) two-phase turbulent model and the kinetic theory of granular flow (KTGF) to consider particle–particle collisions. The particle fractions, the time-averaged axial particle velocity, the particle velocities fluctuation, and their correlations between gas and particle phases based on the anisotropic behaviors and the particle collision frequency are obtained and compared using traditional momentum transfer coefficients proposed by Wen (1966), Difelice (1985), Lu (2003) and Beetstra (2007). Predicted results of presented model are in good agreement with experimental measurement by Wang et al. (1992). The particle fluctuation velocity and its fluctuation velocity correlations along axial–axial and radial–radial directions have stronger anisotropic behaviors. Furthermore, the presented model is in a better accordance with Lu’s model in light of particle axial velocity fluctuation, particle temperature, particle kinetic energy and correlations of particle–gas axial–axial velocity fluctuation. Also, they are larger than those of other models. Beetstra’s model is not suitable for this downer simulation due to the relative lower particle volume fraction, particle collision and particle kinetic energy.     

改进的遗传算法在粒径测量中的应用

在光全散射法粒径测量中,基于改进的遗传算法反演颗粒系的粒径分布.在独立模式下,粒径反演为求解约束优化问题,将改进的遗传算法与模拟退火算法相结合,克服了罚函数遗传算法反演时罚系数难以确定以致极易产生不可行收敛解的不足.在非独立模式下,采用改进的遗传算法能够在3个波长下较准确地反演粒径分布.在光全散射法中采用改进的遗传算法反演粒径分布是可行的,反演结果稳定可靠,避免了基本遗传算法容易过早收敛而使反演结果陷入局部解的缺陷.     

Mass-measurement-type optical particle counting method for determination of number concentration of liquid-borne particles

We have developed a measurement method that enables accurate determination of the number concentration of liquid-borne particles by adopting simultaneous particle counting and mass measurement. The new measurement method consists of an optical particle counter (OPC) for particle counting, an electronic balance for mass measurement, a syringe pump for sampling, and a pulse height analyzer for signal processing. We refer to this method as the mass-measurement-type optical particle counting (M-OPC) method. The M-OPC method facilitates both metrological traceability of the mass of measured suspensions and evaluation of the counting efficiency of OPCs. Using the M-OPC method, we evaluated the measurement accuracy of two different types of OPCs: a light-scattering type and a light-extinction type. The validity of the measurement results obtained with the M-OPC method was examined by comparison with the results of an independent microscopic method using a scanning electron microscope (SEM). The M-OPC method also offers the possibility of calibrating the number concentration of particles in suspensions with diameters from the sub-micrometer to micrometer range by combining multiple OPCs. This method is expected to be used as the national primary standard at the National Metrology Institute of Japan of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.     

Determination of particle size distribution by light extinction method using improved pattern search algorithm with Tikhonov smoothing functional

An inversion technique which combines the pattern search algorithm with the Tikhonov smoothing functional for retrieval of particle size distribution (PSD) by light extinction method is proposed. In the unparameterized shape-independent model, we first transform the PSD inversion problem into an optimization problem, with the Tikhonov smoothing functional employed to model the objective function. The optimization problem is then solved by the pattern search algorithm. To ensure good convergence rate and accuracy of the whole retrieval, a competitive strategy for determining the initial point of the pattern search algorithm is also designed. The accuracy and limitations of the proposed technique are tested by the inversion results of synthetic and real standard polystyrene particles immersed in water. In addition, the issues about the objective function and computation time are further discussed. Both simulation and experimental results show that the technique can be successfully applied to retrieve the PSD with high reliability and stability in the presence of random noise. Compared with the Phillips–Twomey method and genetic algorithm, the proposed technique has certain advantages in terms of reaching a more accurate and steady optimal solution with less computational effort, thus making this technique more suitable for quick and accurate measurement of PSD.     

基于图像光散射颗粒粒度测量方法研究

研究了基于图像的光散射颗粒粒度测量系统。结合图像处理技术,提出一种最小二乘原理圆拟合光环定中方法,设计CCD探测器光环尺寸与颗粒粒级划分数目。搭建了颗粒光散射图像测量硬件系统,利用非独立模式差分进化算法反演出颗粒粒度。通过8种聚苯乙烯乳胶球标准颗粒实验对测量系统准确性进行验证,测量误差在3%之内;对2种不同体积分数的大豆蛋白乳液进行了测量,与图像粒度仪对比偏差在5%之内。实验结果表明:采用最小二乘原理圆拟合方法定中提取到的散射光能与理论分布更加吻合,35环的光环划分方式有利于获得相对良态特性的光能系数矩阵,该测量方法为颗粒粒度测量提供了一种光散射法有效改进方式。     

基于主成分分析的消光法波长选择算法

在消光法颗粒粒径测量中,被测颗粒系的消光光谱包含有颗粒粒径、折射率等信息.在可见及可见-红外波段内,对单峰R-R分布的消光光谱,一阶微分以及二阶微分消光光谱进行主成分变换.通过分析比较,提出一种基于主成分分析的特征波长的选择算法.该算法首先对一阶微分消光光谱进行主成分变换,然后将每个波长下的一阶微分消光谱对主成分贡献率的大小作为特征波长选择的主要依据,同时将光谱范围的边界波长也作为特征波长,这样的波长选择方法保证了选出的光谱消光值具有较高的信息量.文中分别对单峰及双峰R-R分布的颗粒系采用独立模式反演算法进行仿真实验验证,仿真实验证实了所提方法的有效性和实用性.     

测试激光Raman分光计中超低杂散光的一种新方法

本文提出了一种利用高灵敏度的光子计数技术及中性滤光片分段减光方法去测试激光Raman分光计中超低杂散光的新方法。它不仅省去了大量级范围内光电检测系统线性检测与中性滤光片透过率标定的麻烦,提高了测试精度,而且实现了光强变化任意量级的杂散光测试,其测量限最终仪受激光功率大小的限制,获得了10~(-14)量级的杂散光测量限。