[發(fā)明專利]渾濁介質(zhì)微粒尺寸、濃度變化的動(dòng)態(tài)散斑測(cè)量方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010109924.7
• 申請(qǐng)日: 2010-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101788448A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李新忠;陳慶東;臺(tái)玉萍;杜凱;甄志強(qiáng);李立本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/02
• 分類號(hào): G01N15/02;G01N15/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用動(dòng)態(tài)散斑測(cè)量渾濁介質(zhì)中微粒尺寸、濃度變化的方法。具體的說(shuō)是涉及一種利用動(dòng)態(tài)散斑測(cè)量溶液發(fā)生變化時(shí)微粒尺寸、濃度的變化監(jiān)測(cè)；該方法易于操作和推廣，對(duì)醫(yī)學(xué)生物學(xué)、大氣污染檢測(cè)及海底探測(cè)等都具有非常重要的意義。

背景技術(shù)

渾濁介質(zhì)是指能導(dǎo)致光散射現(xiàn)象的折射率非均勻性介質(zhì)，生物組織、大氣、海水中含有大量微粒，是典型的渾濁介質(zhì)；光在這些介質(zhì)中傳輸時(shí)將產(chǎn)生散射和吸收。研究渾濁介質(zhì)的光學(xué)特性對(duì)于醫(yī)學(xué)生物學(xué)、大氣污染及水下目標(biāo)探測(cè)等領(lǐng)域具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，是光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，(授權(quán)公告號(hào)為CN?1234000C，授權(quán)公告日為2005.12.28)的專利“溶液中納米微粒含量的測(cè)定方法”，提供了一種溶液中納米微粒含量的測(cè)定方法，該方法適用于普通納米漿料、含納米微粒的鍍液、納米復(fù)合鍍層等溶液中納米微粒含量的測(cè)定，缺點(diǎn)是需要配制標(biāo)準(zhǔn)溶液、制作工作曲線，配制溶液和測(cè)量過(guò)程比較繁瑣；專利“一種流動(dòng)溶液濃度的實(shí)時(shí)測(cè)量裝置”(授權(quán)公告號(hào)為CN?1130560C，公告日為2003.12.10)，能實(shí)時(shí)測(cè)量流動(dòng)溶液的濃度，但需要將光學(xué)棱鏡侵入液面以下，這是一種侵入式測(cè)量，破壞了被測(cè)樣品環(huán)境并限制了其應(yīng)用范圍；專利，“一種非接觸測(cè)量溶液濃度的裝置及方法”(公開(kāi)號(hào)為CN101430275A，公開(kāi)日為2009.05.13)，其適用對(duì)象是無(wú)散射的眼睛房水，應(yīng)用范圍很窄，不具有普適性。

分析可知，在對(duì)渾濁介質(zhì)中微粒尺寸、濃度變化的檢測(cè)技術(shù)中，存在的主要問(wèn)題是：不能同時(shí)對(duì)渾濁介質(zhì)溶液中的微粒尺寸及濃度變化進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量裝置復(fù)雜、不能實(shí)現(xiàn)非接觸實(shí)時(shí)測(cè)量，應(yīng)用范圍過(guò)窄、方法不具有普適性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：對(duì)渾濁介質(zhì)溶液中的微粒尺寸、濃度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，簡(jiǎn)化測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)非接觸式實(shí)時(shí)測(cè)量，提出一種適用范圍廣的檢測(cè)方法。

若被測(cè)樣品的微結(jié)構(gòu)或微粒隨時(shí)間不停的運(yùn)動(dòng)變化，則激光照射后形成的散斑也隨之不斷變化，稱之為動(dòng)態(tài)散斑。當(dāng)激光照射在渾濁介質(zhì)溶液被測(cè)樣品上時(shí)，由于介質(zhì)中微粒對(duì)光的散射作用，在反射場(chǎng)或透射場(chǎng)將形成散斑圖案，通過(guò)分析散斑圖的特征值(包括散斑微粒尺寸、對(duì)比度值等)信息，能解析出渾濁介質(zhì)溶液中微粒尺寸及濃度的信息；而當(dāng)渾濁介質(zhì)溶液中的微粒尺寸、溶液濃度發(fā)生變化時(shí)，生成的散斑圖案也隨之變化，通過(guò)分析散斑圖的特征值的變化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)渾濁介質(zhì)溶液中微粒尺寸、濃度變化的實(shí)時(shí)監(jiān)視和測(cè)量。

該發(fā)明是一種非接觸、無(wú)損傷的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生物學(xué)、大氣污染及水下目標(biāo)探測(cè)等領(lǐng)域。

本發(fā)明的方法，主要包括如下步驟：

(1)配制待測(cè)渾濁介質(zhì)溶液：利用分析天平稱取一定質(zhì)量的優(yōu)級(jí)純待測(cè)樣品，量取一定體積、密度已知的優(yōu)級(jí)純?nèi)軇┮后w，配制成非飽和溶液，計(jì)算出溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)量和濃度；

(2)選擇合適的激光波長(zhǎng)、入射角度及偏振方法：激光光源的工作波長(zhǎng)在400nm～700nm的范圍內(nèi)選擇，激光器發(fā)射的激光束經(jīng)過(guò)一起偏元件后變?yōu)榫€偏振光，然后垂直射入渾濁介質(zhì)溶液中；

(3)控制渾濁介質(zhì)溶液中微粒尺寸及濃度變化的條件，以此改變渾濁介質(zhì)溶液中微粒數(shù)量及濃度；

(4)在樣品的前向散射場(chǎng)與光軸成一定角度，放置一臺(tái)CCD相機(jī)，記錄前向散射散斑場(chǎng)信息；同時(shí)，在樣品的后向散射場(chǎng)空間也以偏離光軸一定角度放置另一臺(tái)CCD相機(jī)，記錄后向散射散斑場(chǎng)的信息；

(5)同時(shí)，利用(4)中的兩臺(tái)CCD相機(jī)以不低于25fps的速率記錄散斑圖像，經(jīng)圖像采集卡采集后存儲(chǔ)進(jìn)計(jì)算機(jī)；

(6)根據(jù)微粒光散射理論，選擇前向散射或后向散射散斑圖序列進(jìn)行分析，利用散斑圖光強(qiáng)分布的規(guī)范化自協(xié)方差函數(shù)來(lái)計(jì)算散斑微粒尺寸隨渾濁介質(zhì)溶液的變化，其中，I(x，y)為在坐標(biāo)點(diǎn)(x，y)處的光強(qiáng)，|…|表示取絕對(duì)值，<…>表示空間平均，F(xiàn)T、FT¹分別表示傅里葉變換與傅里葉反變換；當(dāng)y＝0時(shí)，通過(guò)C_I(x，y)＝0.5計(jì)算在x方向散斑大小的變化；

(7)利用散斑統(tǒng)計(jì)學(xué)中的對(duì)比度值公式：計(jì)算散斑圖序列對(duì)比度值隨渾濁介質(zhì)溶液的動(dòng)態(tài)變化；其中，V表示對(duì)比度值，I表示散斑圖的光強(qiáng)分布，<…>表示空間平均，σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差；

(8)對(duì)同一種渾濁介質(zhì)溶液進(jìn)行標(biāo)定：結(jié)合微粒光散射的Mie理論、RTF理論及RTF擴(kuò)散近似理論，計(jì)算在同一條件下渾濁介質(zhì)中微粒尺寸及濃度的變化規(guī)律，驗(yàn)證渾濁介質(zhì)溶液微粒尺寸和濃度變化的動(dòng)態(tài)散斑方法的可靠性。