[发明专利]一种基于连续激光的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布的获得方法有效

专利信息
申请号: 201510104613.4 申请日: 2015-03-11
公开(公告)号: CN104634705B 公开(公告)日: 2017-06-23
发明(设计)人: 任亚涛;齐宏;黄兴;阮立明;谈和平 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: G01N15/00 分类号: G01N15/00;G01N15/02
代理公司: 哈尔滨市松花江专利商标事务所23109 代理人: 岳昕
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 连续 激光 球形 颗粒 光谱 折射率 粒径 分布 获得 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种基于连续激光技术的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布同时反演方法,属于颗粒光学特性测量技术领域。

背景技术

颗粒系统涉及冶金、动力、建筑、医药、生物、航空航天、军事以及大气科学等众多领域。颗粒的吸收散射以及发射等性质在许多工程及环境系统内扮演着重要的角色,因此对颗粒的光谱复折射率的求解就显得尤为重要。颗粒系统的粒径分布也是其重要的参数和技术指标之一,与能源的高效利用、环境污染防治等领域密切相关。

颗粒光学特性的实验研究方法有反射法、透射法和散射法等,这些方法大都是通过某些实验测得的参数结合相关的反演理论模型对颗粒系统的光谱复折射率进行计算。但是,此过程中颗粒系统的粒径分布是未知的,因此必须事先通过其他测量方法确定颗粒系统的粒径分布,这就增大了实验设备的复杂程度,同时使整个实验过程变得相对繁琐,且测量结果不准确。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布的获得方法不能直接测量以及测量结果不准确的问题,提供一种基于连续激光的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布的获得方法。

本发明所述的一种基于连续激光的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布的获得方法包括以下步骤:

步骤一,制作厚度分别为L1和L2的样本容器,将待测颗粒以相同浓度装入两个样本容器内,并保证两个样本容器内的样本颗粒系始终处于悬浮状态;

步骤二,利用波长为λ1的连续激光沿着与厚度为L1的样本容器表面垂直的方向入射到该样本容器内的样本颗粒系,所述表面为该样本颗粒系的左侧表面,用探测器在该样本颗粒系的左侧表面测量半球反射信号,在该样本颗粒系的右侧表面测量半球透射信号以及准直透射信号,分别获得该样本颗粒系的半球反射信号Rmea(L11)、半球透射信号Tmea(L11)和准直透射信号Tc,mea(L11);同理,使用另一波长λ2的连续激光重复上述操作,获得该样本颗粒系的半球反射信号Rmea(L12)、半球透射信号Tmea(L12)和准直透射信号Tc,mea(L12);

步骤三,将厚度为L1的样本容器替换为厚度为L2的容器,重复步骤二的操作;

步骤四,利用逆问题求解思路假设出样本颗粒系对应波长的光谱复折射率为m(λ)=n(λ)+ik(λ),λ=λ1或λ2,通过Mie理论计算出单个颗粒的吸收截面和散射截面,然后结合已知的该样本颗粒系的颗粒总数和假设的粒径分布情况,计算得出该样本颗粒系的吸收系数κa和散射系数κs

步骤五,利用Rmea(L11)、Tmea(L11)、Tc,mea(L11)、Rmea(L12)、Tmea(L12)和Tc,mea(L12)对辐射传输方程进行求解,获得计算域内的辐射强度场;

步骤六,利用步骤四获得的吸收系数和散射系数以及步骤五获得的辐射强度场,结合公式:

Tc,est(L,λ)=Ic,λ(L,θc)/I0,λ

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