[发明专利]一种基于闭环控制原理的粒径分布测量方法

说明书

本发明涉及一种基于闭环控制原理的粒径分布测量方法，所用元件包括：可见光激光器、扩束镜、光阑、样品池、傅里叶透镜、环形光电探测器、数据采集卡和上位机。该方法包括以下步骤，首先，通过衍射式测量装置获得小角度衍射光分布；然后，以f_k(x)表示第k次粒径分布重建结果，获取初值f₀(x)和f₁(x)；接着，基于闭环控制原理，以重建误差为控制对象，利用迭代公式重建粒径分布；最后，判断是否达到迭代终止条件，如果是，则停止迭代并输出重建结果，否则返回上一步的迭代公式。上述装置及方法可以抑制实际应用中获得的衍射光信息的有限性的影响，提高对粒径分布的分辨能力和重建精度，在粒径分布测量领域具有重要的实用价值和很好的应用前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于闭环控制原理的粒径分布测量方法，属于基于光散射测量原理的颗粒粒径分布测量领域。

(二)背景技术

颗粒粒径在火力发电厂、制药、化工和食品加工等领域中都是一个重要的参数，在这些领域中，通过测量、控制颗粒粒径可以有效地提高生产力、产品质量和过程效率。因此，人们在过去的数十年间研究并发展出多种测量方法，比如显微镜、筛分、沉淀、光散射、气体吸附等。其中，光散射法以其快速、非侵入、宽动态范围和较高的准确性，在实际应用中占主要地位。光散射法粒径分布测量的基本原理是：由激光器产生一束入射光，入射光接触样品池内的待测颗粒系并发生散射，散射光被位于样品池另一端的光电探测器阵列接收。根据测得的散射光的光强分布情况，通过求解逆散射问题来获得待测颗粒系的粒径分布情况。

其中，Mie散射理论是研究散射问题的基本理论，由它可以得到平行光束被球形颗粒散射后在光场中分布的精确解(Riefler N,Wriedt T.Intercomparison of InversionAlgorithms for Particle-Sizing Using Mie Scattering[J].Particle&ParticleSystems Characterization,2008,25(3):216-230.)。然而，其计算非常复杂，在实际应用中受到较多限制，通常适用于实验室内、亚微米级颗粒的测量。在一些工业场合中，颗粒粒径远大于入射光波长，就可以忽略前向散射光中的散射和反射，只考虑颗粒带来的衍射效应，将Mie散射理论简化为Fraunhofer衍射来近似刻画小角度内的前向散射光分布。当入射光为可见光时，这种近似对于粒径大于5μm的颗粒是完全适用的。根据衍射光强分布来重建粒径分布属于逆问题求解的范畴，求解该逆问题时往往伴随着求解病态方程组、数值解不稳定等问题，因此，如何根据衍射光强分布准确地重建粒径分布是粒径分布测量的关键。