[發(fā)明專利]一種利用單頻調(diào)制激光輻照技術測量球形顆粒光譜復折射率的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310467043.6
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103471968A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 齊宏;賀振宗;任亞濤;孫雙成;阮立明;談和平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種利用單頻調(diào)制激光輻照技術測量球形顆粒光譜復折射率的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為：

步驟一、將待測顆粒裝在有機玻璃樣本容器中，將待測顆粒溶于溶液中，并攪拌均勻，使顆粒系處于懸浮流動狀態(tài)；

步驟二、利用脈沖寬度為t_p的波長為λ的角頻率為ω的單頻調(diào)制激光沿著與樣本容器表面法線成θ_c角的方向入射到樣本容器左側(cè)表面；其中，10^-12≤t_p≤10^-9s，0<θ_c<π/2，400MHz<ω<800MHz，0.3μm<λ<2.5μm；

步驟三、采用光電接收器在樣本顆粒容器的左側(cè)表面測量頻域半球反射信號，在樣本顆粒容器的右側(cè)表面測量頻域半球透射信號，并記錄樣本顆粒的左側(cè)邊界處的時頻域半球反射信號和右側(cè)邊界處的頻域半球透射信號

步驟四、利用粒徑分析儀測量樣本顆粒系的粒徑，并根據(jù)粒徑的分布規(guī)律獲得粒徑分布函數(shù)P(D)；

步驟五、利用待測顆粒光譜復折射率方程m(λ)=n(λ)+ik(λ)，通過待測顆粒的折射率范圍對該待測物質(zhì)的折射率n進行取值，通過待測顆粒的吸收因子的取值范圍對該待測顆粒的吸收因子k進行取值，獲得該種待測顆粒單個顆粒的光譜復折射率m(λ)；其中i為虛數(shù)單位；

步驟六、通過現(xiàn)有Mie理論，利用步驟五獲得的該種待測顆粒的光譜復折射率m(λ)，獲得單個顆粒的光譜吸收截面C_abs,pred(D,λ)和光譜散射截面C_sca,pred(D,λ)；

步驟七、利用步驟六獲得的單個顆粒的光譜吸收截面C_abs,pred(D,λ)和光譜散射截面C_sca,pred(D,λ)，獲得顆粒系的吸收系數(shù)κ_a(λ)和散射系數(shù)κ_s(λ)；

步驟八、利用步驟七獲得顆粒系的吸收系數(shù)κ_a(λ)和散射系數(shù)κ_s(λ)，通過對輻射傳輸方程求解，獲得計算域內(nèi)的輻射強度場I_c(ω,λ)；

步驟九、通過公式：

R^pred,λ(ω)=2πI0∫π/2πI^d,λ(0,θ,ω)cosθsinθdθ---(1)]]>

τ^pred,λ(ω)=1I0[2π∫0π/2I^d,λ(L,θ,ω)cosθsinθdθ+I^c,λ(L,θc,ω)]---(2)]]>

獲得左側(cè)邊界的頻域半球反射信號的估計值和右側(cè)邊界的頻域半球透射信號的估計值

式中I₀是頻域激光的輻射強度峰值；

為波長為λ角頻率為ω的激光，在θ方向上x=0處的左側(cè)邊界上散射光的輻射強度，θ為輻射方向角；

為波長為λ角頻率為ω的激光，θ方向上x=L處的右側(cè)邊界上散射光的輻射強度，θ為輻射方向角；

為波長為λ角頻率為ω的激光，頻域激光沿著入射方向θ_c衰減到樣本右側(cè)壁面時的輻射強度，θ_c為時頻域激光入射方向角，L為樣本厚度；

步驟十、利用步驟三中光電接收器測量獲得的左側(cè)邊界處的頻域半球反射信號和右側(cè)邊界處的頻域半球透射信號與步驟九中獲得左側(cè)邊界的頻域半球反射信號的估計值和右側(cè)邊界的頻域半球透射信號的估計值獲得目標函數(shù)F_obj；

步驟十一、判斷步驟十中的獲得目標函數(shù)F_obj是否小于設定閾值ξ，若是，則將步驟五中對待測物質(zhì)的折射率n的取值和對待測顆粒的吸收因子k取值，作為結果，完成利用單頻調(diào)制激光輻照技術對球形顆粒光譜復折射率的測量，否則返回步驟五。