[發(fā)明專利]一種在線測定水中顆粒物孔隙復(fù)雜程度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010425346.1
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111537420B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王毅力;張達(dá)鑫;李俊儀;樊曉陽;高詩卉;李恩銳;韓志博
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N27/02;G01N27/26
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1.一種在線測定水中顆粒物孔隙復(fù)雜程度的方法，包括用連接有電導(dǎo)電極的商業(yè)電化學(xué)阻抗儀對顆粒物懸濁液進(jìn)行測試，其特征在于，利用電學(xué)頻率掃描過程中阻抗反饋信號形成的顆粒物譜維數(shù)d_s表征顆粒物孔隙復(fù)雜程度，假設(shè)掃描過程中電子在顆粒物的孔隙中是隨機(jī)行走的，同一個電子在同一個位置上出現(xiàn)的概率與d_s直接關(guān)聯(lián)，d_s越大意味著電子在孔隙中運(yùn)動軌跡越無序，運(yùn)動路徑越復(fù)雜，出現(xiàn)在孔隙同一位置的概率越小，對應(yīng)著顆粒物的孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其中譜維數(shù)d_s的測試包括如下步驟：

(1)在測試時無需對樣品進(jìn)行特殊處理，僅將電極探頭插入待測顆粒懸浮液進(jìn)行頻率掃描以獲取懸浮液的阻抗實(shí)部、虛部及復(fù)阻抗模量，對復(fù)阻抗模量進(jìn)行校正，并計算出校正后復(fù)阻抗模量突變的臨界頻率f_c；

(2)以臨界頻率f_c及其所對應(yīng)的校正后的復(fù)阻抗模量為起始端點(diǎn)，對頻率-校正后的復(fù)阻抗模量曲線做傅里葉變換，得到變換后的時間域及阻抗信號的振幅；

(3)對所得時間域-阻抗信號振幅曲線做逆傅里葉變換，得到頻率域f及阻抗信號振幅的平方P；

(4)根據(jù)頻率f與阻抗信號振幅平方P的無標(biāo)度模型計算出顆粒物的譜維數(shù)ds。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線測定水中顆粒物孔隙復(fù)雜程度的方法，其特征在于，所述顆粒物懸濁液樣品的濃度范圍為1mg/L-100g/L，測定時溫度保持恒定，電化學(xué)阻抗儀施加的正弦電壓范圍為1-1000mV，掃描頻率范圍為0.1Hz-10?MHz。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線測定水中顆粒物孔隙復(fù)雜程度的方法，其特征在于，所述復(fù)阻抗模量的校正方法為，校正后的復(fù)阻抗模量等于每個掃描頻率下對應(yīng)的復(fù)阻抗模量減去最高頻率下的復(fù)阻抗模量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線測定水中顆粒物孔隙復(fù)雜程度的方法，其特征在于，所述臨界頻率為校正后的復(fù)阻抗模量的對數(shù)值由近似恒定轉(zhuǎn)變?yōu)殡S頻率的對數(shù)值增加而下降的相關(guān)頻率點(diǎn)，其計算式為：

式中，f_c為復(fù)阻抗模量突變的臨界頻率，R_t和C_p分別為懸濁液雙電層界面的電荷轉(zhuǎn)移電阻及雙電層電容，其數(shù)值通過用R_t和C_p的并聯(lián)電路串聯(lián)上懸濁液的電荷移動電阻R_c的等效電路擬合阻抗實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)獲取。

5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線測定水中顆粒物孔隙復(fù)雜程度的方法，其特征在于，所述頻率與阻抗信號振幅平方的無標(biāo)度模型為：

式中，P為阻抗信號振幅的平方，f為經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換和逆傅里葉轉(zhuǎn)換后的掃描頻率。

6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線測定水中顆粒物孔隙復(fù)雜程度的方法，其特征在于，所述顆粒物譜維數(shù)的計算方法為，以阻抗信號振幅的平方P的對數(shù)值為Y軸，以經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換和逆傅里葉轉(zhuǎn)換后的掃描頻率f的對數(shù)值為X軸作圖，并用線性回歸分析對圖進(jìn)行擬合，將所得斜率代入P與f間的無標(biāo)度模型，即可求得顆粒物譜維數(shù)。