基于近场散射的颗粒粒径分布测量.pdf

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1、2017年2月第43卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43No．2http：／／bhxb．buaa．edu．cnjhuaa@buaa．edu．erlDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0110基于近场散射的颗粒粒径分布测量谭浩，许传龙+，张彪，王式民(东南大学能源与环境学院能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，南京210096)摘要：针

2、对传统的前向小角散射粒径测量系统中心光过强、杂散光干扰、散射角过小等缺点，本文采用一种新型的近场散射(NFS)方法测量前向小角散射光，研究并搭建了基于近场散射的颗粒粒径测量系统，将最大散射角提高到40．5。；在无需空白测量的情况下采用差分方法对透射光和散射光干涉成的散斑图像进行处理，有效去除中心光和杂散光的影响；对差分散斑图像进行快速傅里叶变换(FFT)频谱处理得到散射光强分布，利用Chahine算法对颗粒粒径进行了反演。最后，利用已知粒径(39．2Ixm和67．3Ixm)的标准颗粒对测量系统的准确

3、性进行了单峰分布的验证，测量误差在5％之内；对于粒径为39．2斗m和67．3斗m的混合颗粒进行了双峰分布验证，在43．3¨m和74．1txm处出现峰值，测量误差在10％左右。关键词：粒径测量；近场散射(NFC)；差分散斑；快速傅里叶变换(FFT)；Chahine算法中图分类号：0436．2文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)02．0381—07颗粒粒径及分布是目前颗粒测量的主要内容之一‘1。。颗粒粒径的测量方法发展至今已有很多，早在20世纪80年代，各种颗粒测量仪器已达400多种。

4、就其测量原理，可分为筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法及光散射法等。在颗粒粒径的众多测量方法中，光散射法以其特有的优势——适用性强、粒径测量范围宽、测量重复性好、快速实时、自动化和智能化程度高、干扰因素少及在线测量等得到充分重视，是目前应用最广泛和最有发展前景的颗粒测量技术。21。近年来，电荷耦合器件(ChargeCoupledDe—vice，CCD)图像传感器技术飞速发展，因其像素尺寸小，空间分辨率高，光电灵敏度高，易与计算机相结合，数字扫描能力强，体积小重量轻，安装方便等优点使得使用CCD代替传

5、统的光电探测器采集散射信号具有较大的应用前景。但随着散射角越来越小，获取纯净的散射信号也会变得越来越困难，主要原因是中心光过强和小角度下杂散光的严重干扰，造成信噪比不高¨⋯，这在基于CCD的前向小角散射颗粒测量技术最为明显。而大多数采用的解决方法主要是在保证光路绝对对准的情况下，用针尖等装置去除中心光强；或进行空白测试获取背景光强，采用直接做差的方法去除背景杂散光。前者方法会使测量装置复杂化，而且存在针尖衍射，会影响实际的散射信号；后者方法中因中心光、散射光和背景杂散光这三者之间并不是简单的数值相加

6、，直接做差容易使散射信号丢失，从而导致反演精度较低。近场散射(NearFiledScattering，NFS)技术克服了基于CCD的前向小角散射系统中的一些缺陷”1：在无需添加去除中心光的复杂装置的情况下，使系统设备简单紧凑，可以实现被测颗粒粒径及分布的测量；不需要任何角分辨检测，扩展了散射角范围，并且克服了光学系统中杂散光对散射收稿日期：20164)1—28；录用15t期：20164)4—29；网络出版时间：2016-06—1414：20网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detai

7、l／11．2625．V．20160614．1420．003．htnd基金项目：国家自然科学基金(51376049)；江苏省杰出青年基金(BK20150023)}通讯作者：E—mail：chuanlongxu@sea．edu．cn引用格式：谭浩，许传龙，张彪，等基于近场敖射的颗粒粒径分布测量ⅣJ．北京航空航天大学学报，2017，43(2)：381．387．TANH，XUCL，ZHANGB，eta1．Particlesizedistributionmeasurementbasedonnestfields

8、cattering口J．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43f2)：381-387(inChinese)．382北京航空航天大学学报2017年光强的影响，提高测量精度；在图像处理算法中可去除近场散斑中杂散光成分，因此对使用环境的要求低。本文研究了近场散射原理，搭建了近场散射粒径测量系统，通过对散斑图像的傅里叶频谱分析得到颗粒的散射光强分布，再利用Chahine循环算法对颗粒粒径进行