[發明專利]基于連續激光多角度散射測量的球形顆粒分形聚集特征參數的反演方法

有效

• 申請號: 201710441106.9
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107271336B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 賀振宗;毛軍逵;韓省思;劉方圓
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N15/00;G06N3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于連續激光多角度散射測量的球形顆粒分形聚集特征參數的反演方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將待測顆粒裝在有機玻璃樣本容器中，使樣本容器中的樣本顆粒系處于懸浮流動狀態；

步驟2：利用連續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表面，其中0＜θ_c＜π/2，激光波長為λ；用探測器在樣本容器右側表面測量與樣本容器表面法線成θ_j的散射信號，獲得樣本容器右側表面角度散射強度S_λ(L,θ_j)_exp，j＝1,2,…,n，L為樣本容器厚度，θ_j為擴散光與樣本容器表面法線之間的夾角；

步驟3：測量樣本顆粒系中顆粒聚集體總數N、球形顆粒總數N₀及分形聚集體中顆粒數N_s，同時測量樣本顆粒系顆粒粒徑分布情況，得到粒徑分布函數F(D)，D為顆粒聚集體中單個顆粒直徑；

步驟4：制作球形顆粒與溴化鉀混合壓片，測量壓片的光譜透射率τ_λ,meas，結合Kramers-Kranigs關系式、Mie散射理論及逆問題求解方法反演得到球形顆粒光學常數m_λ＝n_λ+ik_λ，i為虛數單位，n_λ為折射指數，k_λ為吸收指數；

步驟5：計算顆粒分形聚集體的光譜吸收截面C_abs,λ,pred和光譜散射截面C_sca,λ,pred；具體步驟如下：

步驟5.1：采用逆問題求解方法在顆粒聚集體特征參數可能的取值范圍內隨機假設一組顆粒聚集體特征參數值，即分形維數D_f、回轉半徑R_g、前向因子k_f；

步驟5.2：根據假設的顆粒聚集體特征參數值重構顆粒聚集體的微觀幾何結構；

步驟5.3：結合光學常數m_λ＝n_λ+ik_λ和多體T矩陣模型，求得顆粒分形聚集體的光譜吸收截面C_abs,λ,pred和光譜散射截面C_sca,λ,pred；

步驟6：根據光譜吸收截面C_abs,λ,pred和光譜散射截面C_sca,λ,pred，計算得出樣本顆粒系的光譜吸收系數κ_a,λ和光譜散射系數κ_s,λ；

步驟7：求解輻射傳輸方程，獲得計算域內的任意位置x在θ方向上的散射信號強度I_λ(x,θ)；

步驟8：利用步驟7獲得的計算域內的散射信號強度，結合公式：

S_λ(L,θ_j)_pred＝I_d,λ(L,θ_j)+I_c,λ(L,θ_j) (1)

獲得樣本容器右側表面角度θ_j上散射信號強度估計值S_λ(L,θ_j)_pred；式中，I_d,λ(L,θ_j)為估計的樣本容器右側表面角度θ_j上擴散光信號強度；I_c,λ(L,θ_j)為估計的樣本容器右側表面角度θ_j上平行光信號強度；

步驟9：利用步驟2中探測器獲得的測量樣本容器右側表面角度散射信號強度S_λ(L,θ_j)_exp，j＝1,2,…,n，與步驟8中的樣本容器右側表面角度散射信號強度估計值S_λ(L,θ_j)_pred，j＝1,2,…,n，再結合公式：

獲得適應度函數Fit；n為測量角度個數；

步驟10：判斷步驟9中適應度函數值Fit是否小于設定閾值ξ，若是，則將步驟5中假設的顆粒聚集體特征參數值作為結果，完成基于連續激光多角度散射測量的球形顆粒分形聚集特征參數的反演求解，否則重復步驟5至步驟10。