[發(fā)明專利]基于連續(xù)激光多角度散射測量的球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的反演方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710441106.9
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107271336B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀振宗;毛軍逵;韓省思;劉方圓
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發(fā)明提供一種基于連續(xù)激光多角度散射測量的球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的反演方法，旨在獲得一種測量懸浮球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)中用連續(xù)激光照射顆粒系一側(cè)表面，用探測器測量顆粒系另一側(cè)多角度散射測量信號，同時(shí)用粒度分析儀測量得到球形顆粒的粒徑分布，利用傅里葉光譜分析儀、Mie散射理論、Kramers?Kranigs關(guān)系式及人工蜂群優(yōu)化算法獲得球形顆粒光學(xué)常數(shù)，最后基于多角度散射測量信號結(jié)合逆問題求解技術(shù)間接得到球形顆粒分形聚集特征參數(shù)。本發(fā)明通過建立測量球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的正、逆問題模型，在已知顆粒其他物性參數(shù)的前提下，提出了運(yùn)用多體T矩陣?yán)碚撃Ｐ徒Y(jié)合人工蜂群優(yōu)化算法反演獲得球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于連續(xù)激光多角度散射測量的球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的反演方法，屬于顆粒聚集特征測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

顆粒態(tài)物質(zhì)廣泛存在于能源、大氣、航空、航天等領(lǐng)域，如燃燒室碳黑顆粒、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴射的Al₃O₂顆粒、大氣氣溶膠顆粒、微藻顆粒等，且多呈現(xiàn)出分形聚集狀態(tài)。顆粒分形聚集對顆粒吸收散射特性有著重要的影響，因此開展顆粒分形聚集特征參數(shù)研究對分析燃燒產(chǎn)物生成機(jī)理、微藻生長動(dòng)力學(xué)、大氣輻射傳輸及全球氣候變化等均有重要的指導(dǎo)意義。

現(xiàn)有顆粒分形聚集特征參數(shù)測量方法可分為接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量即從顆粒系中取得樣本，再利用掃描電鏡或傳輸電鏡直接測量獲得顆粒分形聚集特征參數(shù)。非接觸式測量通常僅借助光學(xué)測量手段獲取顆粒系外部輻射信息，并結(jié)合逆問題求解技術(shù)間接重構(gòu)碳黑顆粒輻射特性，又稱為反演法。相比于接觸式測量，非接觸式測量方法能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，能獲得具有時(shí)間和空間分辨能力的測量結(jié)果，且不會干擾測量對象，因此更受青睞。

常見的非接觸式測量方法有光譜消光法、紅外發(fā)射CT法、雙色法等。與以往非接觸式方法不同，本項(xiàng)發(fā)明用連續(xù)激光輻照球形顆粒系的一側(cè)，然后用探測器獲得另一側(cè)的多角度散射信號，再用粒度分析儀測量顆粒系的粒徑分布情況，并用傅里葉光譜分析儀、K-K關(guān)系式、Mie散射理論及人工蜂群優(yōu)化算法等反演獲得顆粒的光學(xué)常數(shù)，最后基于測量獲得的多角度散射信號結(jié)合逆問題求解技術(shù)間接得到球形顆粒分形聚集特征參數(shù)。本項(xiàng)發(fā)明運(yùn)用多體T矩陣?yán)碚撃Ｐ徒Y(jié)合人工蜂群算法反演得到顆粒分形聚集特征參數(shù)，反演結(jié)果準(zhǔn)確，精度高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于：提供一種實(shí)驗(yàn)結(jié)合反演算法求解球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的方法，基本思路是通過實(shí)驗(yàn)測得顆粒系的多角度散射強(qiáng)度信號，然后結(jié)合多體T矩陣?yán)碚撃Ｐ秃腿斯し淙核惴ǚ囱莸玫筋w粒分形聚集特征參數(shù)。

本發(fā)明的方法是：首先將要測量的球形顆粒聚集體做成懸浮顆粒系樣本，然后用連續(xù)激光照射顆粒系一側(cè)，用探測器測量顆粒系另一側(cè)的多角度散射強(qiáng)度信號，再用粒徑分析儀測量得到顆粒粒徑分布情況，用傅里葉光譜分析儀結(jié)合K-K關(guān)系式、Mie散射理論及人工蜂群算法獲得顆粒光學(xué)常數(shù)。將探測器所測得多角度散射強(qiáng)度信號作為反問題的初始條件，結(jié)合多體T矩陣?yán)碚撃Ｐ秃腿斯し淙簝?yōu)化算法反演得到顆粒分形聚集特征參數(shù)。

本發(fā)明的具體步驟如下：

一種基于連續(xù)激光多角度散射測量信號的球形顆粒分形聚集特征參數(shù)的反演方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將待測顆粒裝在樣本容器中，使樣本容器中的樣本顆粒系處于懸浮流動(dòng)狀態(tài)；

步驟2：利用連續(xù)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0＜θ_c＜π/2，激光波長為λ；用探測器在樣本容器右側(cè)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(cè)表面角度散射強(qiáng)度S_λ(L，θ_j)_exp，j＝1，2，...，n，L為樣本容器厚度；