[发明专利]一种基于闭环控制原理的粒径分布测量方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于闭环控制原理的粒径分布测量方法，采用的测量装置由可见光激光器、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组成，其特征在于：利用基于闭环控制原理的反演方法，获得颗粒粒径分布，包括以下步骤：步骤一，可见光激光器发出波长为λ的激光，经扩束镜、光阑后形成一束光强为I₀的平行单色光，该入射光与样品池内的待测颗粒悬浊液接触并发生散射，于傅里叶透镜的后焦平面上形成衍射图样；步骤二，采用m环的环形光电探测器获得透镜焦平面上的光能分布，并根据公式(1)将光能信号e_i变换为衍射光强分布I_mea(θ_i)，其中，e_i是环形光电探测器中第i环的测量值，i＝1,2,…,m，θ_i是第i环对应的衍射角，θ₀＝0，F是透镜焦距；然后令θ_max＝θ_m，并通过插值获得θ∈[0,θ_max]区间内连续的衍射光强分布曲线I_mea(θ)；步骤三，以f_k(x)表示粒径数量频度分布第k次重建结果，获取粒径分布的初值f₀(x)以及f₁(x)，令f₀(x)＝1/(b‑a)，并利用公式(2)获得f₁(x)；其中，x＝πD/λ是颗粒的光学尺寸参数，D是颗粒直径，x∈[a,b]，J₂是二阶第一类Bessel函数，β是预设的负实数；步骤四，在获得f_k‑2(x)和f_k‑1(x)的基础上，利用公式(3)依次计算反馈信息I_inv,k(θ)、反演误差ΔI_k(θ)以及粒径分布的修正量Δf_k(x)，从而更新重建的粒径分布f_k(x)；其中，J₁是一阶第一类Bessel函数；步骤五，判断重建次数k是否大于预设最大迭代次数p，如果是，则执行步骤六，如果否，则令k＝k+1并返回步骤四；步骤六，将重建的颗粒粒径数量频度分布结果f_p(x)转换为最常用的颗粒体积频度分布v(D)，并作图显示；