[发明专利]浑浊介质多参数光谱测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种浑浊介质多参数光谱测量方法，其特征在于，是测量吸收系数μ_a、散射系数μ_s和各向异性参数g的光谱数据，包括如下步骤：

1)制备样品，获取系统测量参数，并输入至基于辐射传输理论中汉尼－格林斯坦散射相函数的信号计算子程序；其中，

所述的系统测量参数包括：样品和样品皿的形状、尺寸和折射率，探测器的形状、尺寸、位置和相对于样品皿的取向；

所述的信号计算子程序，是采用蒙特卡罗计算方法进行计算，对代表入射光束的N₀个入射光子逐个进行跟踪计算，直至每个被跟踪的入射光子都被样品吸收或溢出样品皿后被探测器接受或逃逸为止，包括：

(1)对第N个入射光子根据由样品的材料吸收系数初始预设值μ_a0或更新后的预设值μ_a’以及随机数计算该光子的总路程长度；

(2)根据由样品的材料散射系数初始预设值μ_s0或更新后的预设值μ_s’以及随机数计算第N个入射光子的下一段行进路程长度；

(3)设第N个入射光子在沿初始行进方向至下一段行进路程的终点被散射，根据该光子的行进路程计算该光子的终点位置；

(4)根据第N个入射光子的终点位置对该入射光子是否溢出样品皿进行判断：是则进入第(10)步，否则进入第(5)步；

(5)计算第N个入射光子的累积行进路程总长度，如累积行进路程总长度大于总路程长度，则判断被样品吸收，进入第(11)步，否则进入第(6)步；

(6)根据由样品的材料散射系数初始预设值μ_s0或更新后的预设值μ_s’以及随机数计算第N个入射光子的下一段行进路程长度；

(7)根据样品的材料散射相函数和各向异性系数初始预设值g₀或更新后的预设值g’以及随机数计算第N个入射光子的下一段行进方向；

(8)设第N个入射光子在沿下一段行进方向至下一段行进路程的终点被散射，根据该光子的行进路程计算该光子的终点位置；

(9)返回第(4)步；

(10)如溢出样品皿则判断第N个入射光子是否被用于接收所述样品的漫反射光的光电探测器、用于接收所述样品的漫投射光的光电探测器以及用于接收所述样品的前向散射光的光电探测器接受，是则对相应光电探测器光子累计数加1，否则进入第(11)步；

(11)将被追踪入射光子的累计数N与N₀进行比较，如N小于N₀，则对N加1，返回第(1)步，开始下一个入射光子的跟踪计算，否则进入第(12)步；

(12)如N大于等于N₀，则将三个光电探测器的累加光子数分别与N₀之比作为散射光信号计算值进行输出，即为漫反射率计算值R_dc、漫透射率计算值T_dc和前向透射率计算值T_fc，信号计算子程序结束；

2)获得设定的测量波长中心值λ的入射光束，测量入射光束的光强信号，将入射光束入射至样品；

3)在相对于样品皿的多个角度上测量自样品和样品皿出射的散射光强信号，获得测量波长中心值λ处的散射光信号测量值，包括漫反射率测量值R_d、漫透射率测量值T_d和前向透射率测量值T_f；

4)设定样品光学参数初始预设值为：材料吸收系数μ_a0、材料散射系数μ_s0和材料各向异性系数g₀，求解基于辐射传输方程的边界值问题，获得散射光信号计算值R_dc、T_dc与T_fc：

5)将散射光信号测量值与散射光信号计算值带入差值目标函数δ的公式；包括：

通过逆计算子程序，计算散射光信号测量值与散射光信号计算值的差值目标函数δ，所述的差值目标函数δ定义为散射光信号测量值与散射光信号计算值相对差值的平方和：

或者，所述的差值目标函数δ定义为散射光信号测量值与散射光信号计算值的其他差值，所述的其他差值是指每类散射光信号测量值与计算值差别的均方根值，或是指每类散射光信号测量值与计算值差别的绝对值的和

6)在逆计算子程序内，如差值目标函数δ值大于差值目标函数阈值δ_min，则进入步骤7)，重新获得散射光信号计算值，如差值目标函数δ值等于或小于差值目标函数阈值δ_min，即满足逆计算收敛条件，则进入步骤8)；

7)根据逆计算算法，在逆计算子程序内更新样品光学参数预设值为材料吸收系数μ_a’、材料散射系数μ_s’和材料各向异性系数g’；输入至信号计算子程序，求解基于辐射传输方程的边界值问题，获得新的散射光信号计算值，返回步骤5)；

8)将获得散射光信号计算值所使用的样品光学参数预设值μ_a’、μ_s’和g’作为浑浊介质材料在测量波长λ值处的样品光学参数值μ_a、μ_s和g储存，完成测量波长中心值为λ的逆问题求解；

9)返回步骤2)，直至完成测量波长范围内的所有波长中心值的样品光学参数μ_a、μ_s和g的光谱数据。