[發(fā)明專利]一種用于含雜液滴物理參數(shù)測(cè)量的消光彩虹測(cè)量方法及裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011269678.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN112345421A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳學(xué)成;吳迎春;陳玲紅;李燦;鄭成航;高翔;邱坤贊;岑可法
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/02
• 分類號(hào): G01N15/02;G01N15/06;G01N21/45
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭;胡紅娟

1.一種用于含雜液滴物理參數(shù)測(cè)量的消光彩虹測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)使用標(biāo)定激光器對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行彩虹信號(hào)散射角度的標(biāo)定，得到相機(jī)像素與散射角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

(2)用線性偏振的三波長(zhǎng)激光合束點(diǎn)光源照射含雜液滴，含雜液滴散射的彩虹信號(hào)經(jīng)傅里葉光學(xué)成像系統(tǒng)后成像在彩色面陣相機(jī)的傳感器芯片上，得到低曝光時(shí)間的彩色彩虹圖像；

(3)根據(jù)相機(jī)傳感器芯片對(duì)三種波長(zhǎng)光的響應(yīng)特性，從步驟(2)得到的彩色彩虹圖像的RGB通道中分離出三種波長(zhǎng)光對(duì)應(yīng)的彩虹圖像；

(4)分別從步驟(3)得到的三種波長(zhǎng)光對(duì)應(yīng)的彩虹圖像提取待測(cè)彩虹信號(hào)，并使用快速傅里葉變換和逆變換，分離提取出低頻艾里結(jié)構(gòu)和高頻紋波結(jié)構(gòu)；

(5)對(duì)步驟(4)得到的低頻艾里結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬合反演，得到宿主液滴的粒徑和折射率，并進(jìn)一步計(jì)算出二階折射光在幾何彩虹角附近的光程長(zhǎng)；

(6)根據(jù)步驟(4)得到的低頻艾里結(jié)構(gòu)和高頻紋波結(jié)構(gòu)，分別提取其最大振幅，基于振幅的強(qiáng)度比公式計(jì)算三種波長(zhǎng)光下二階折射信號(hào)與直接反射信號(hào)的強(qiáng)度比；

(7)分別計(jì)算三種波長(zhǎng)光的待測(cè)濃度下含雜液滴強(qiáng)度比與相同粒徑的純液滴強(qiáng)度比的比值，獲得待測(cè)濃度下三種波長(zhǎng)光的衰減比；

(8)根據(jù)步驟(7)得到的衰減比和光程長(zhǎng)，計(jì)算出三種波長(zhǎng)光下的內(nèi)含物消光系數(shù)，根據(jù)不同波長(zhǎng)之間消光因子比值與內(nèi)含物尺寸對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定內(nèi)含物的體積濃度和尺寸信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含雜液滴物理參數(shù)測(cè)量的消光彩虹測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(5)中擬合反演的步驟為：采用復(fù)角動(dòng)量理論計(jì)算彩虹低頻艾里結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算信號(hào)與實(shí)驗(yàn)分離信號(hào)的二范數(shù)建立優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，并采用有效集方法進(jìn)行迭代計(jì)算，直到符合迭代停止條件，得到宿主液滴的折射率和直徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含雜液滴物理參數(shù)測(cè)量的消光彩虹測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(6)中二階折射信號(hào)與直接反射信號(hào)的強(qiáng)度比R表達(dá)為：

其中，低頻艾里結(jié)構(gòu)的最大振幅表示為A_airy＝I_p＝2，高頻紋波結(jié)構(gòu)的的最大振幅表示為I_p＝0為待測(cè)含雜液滴的直接反射光(p＝0)的光強(qiáng)，I_p＝2為待測(cè)含雜液滴的二階折射光(p＝2)的光強(qiáng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含雜液滴物理參數(shù)測(cè)量的消光彩虹測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(7)中的衰減比表示為：

其中，I_p＝0為直接反射光(p＝0)的光強(qiáng)，I_p＝2為待測(cè)含雜液滴的二階折射光(p＝2)的光強(qiáng)，I_p＝2,CV＝0為純液滴的二階折射光(p＝2)的光強(qiáng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含雜液滴物理參數(shù)測(cè)量的消光彩虹測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(8)中的內(nèi)含物消光系數(shù)μ_ext，根據(jù)Beer-Larmbert定律，計(jì)算為：

其中L為二階折射光的光程長(zhǎng)度，在幾何彩虹角附近其值為D為宿主液滴的直徑，n為液滴液相折射率；

所述的內(nèi)含物消光系數(shù)μ_ext又是內(nèi)含物體積濃度C_V和內(nèi)含物尺寸D_c的函數(shù)：

其中Q_ext(D_c,n,λ)是內(nèi)含物在入射波長(zhǎng)為λ，尺寸為D_c條件下的消光因子；對(duì)于已知的內(nèi)含物種類，消光因子Q_ext(D_c,n,λ)的函數(shù)關(guān)系是確定的；當(dāng)內(nèi)含物尺寸服從多分散分布時(shí)，式(4)中的尺寸D_c為索特爾平均粒徑D₃₂；

不同波長(zhǎng)之間消光因子比值為：