基于Mie散射理论的微粒粒径分布检测研究.pdf

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1、学校代码：学号：基于Mie散射理论的微粒粒径分布检测研究102552101362THERESEARCHoFPARTICLESIZEDISTRIBUTIoNDETECTIONBASEDoNMIESCATTERINGTHEORY作者导师专业答辩名：题但名：詹垩亟称：笠直王佳堑翌期：2Q兰兰生曼且兰Q且姓姓名日l帅帅m叭哪㈣㈣帅帅Y2279159东华大学学位论文原创性声明一本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他

2、个人或集体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：磁铅日期：2Jj3年／月／乡日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密口，在——年解密后适用本版权书。不保密西学位论文作

3、者签名：。顾记日期：少f3年／月膨日指导教师签名：貅日期：加l弓年7月膨日基于Mie散射理论的微粒粒径分布检测研究摘要微粒检测是一项多学科、多领域的技术。固体微粒如粉尘、煤粉、催化剂，气态微粒如气泡等，分别是空气污染检测、生产废气排放、石油炼化、纺织纤维强度检测等领域的重要参数指标。微粒粒径的检测是微粒检测中最基本也是最重要的一个方面。目前微粒粒径检测方法有许多，其中光学散射法以干扰小、检测范围广、检测速度快、易于实现自动化等技术优势，成为微粒粒径检测的重要方法。同时图像处理技术的进步也促进了微粒检测技术的发展。目前国内微粒检测技

4、术落后于国外相关微粒检测技术。原因在于国内对固体微粒检测技术研究不够深入，而对气态微粒(气泡)检测的研究更少。因此，对于微粒粒径分布检测技术尤其是气态微粒检测技术的研究具有重要意义。本论文结合光学散射法和图像处理技术对微粒尤其是气态微粒的粒径分布检测进行了研究。本论文的研究工作主要围绕固体微粒检测技术进行研究，并将固体微粒检测技术研究中相关的一些理论和数据处理方法用于气态微粒检测技术进行研究。论文的主要内容有：(一)介绍了微粒检测技术现状，提出可以将固体微粒检测技术中的相关理论、技术和数据处理方法用于气态微粒的检测，从而可以改进目

5、前国内纺织和材料行业中原料溶液气泡粒径分布(影响后续纤维强度)检测流程，优化工艺流程，节约生产成本。(二)介绍了光散射基本理论，简单介绍了一般微粒检测技术理论基础，如消光法、Mie散射理论、夫琅禾费衍射、激光全息法等，并根据实验条件确定选用Mie散射理论作为本论文中所阐述实验的理论基础。本论文另外详细介绍了Mie散射理论，并推导并得出Mie散射理论的数值解公式，使其能够被Matlab求解，从而可以利用Matlab进行实验模拟。在假定的实验条件下，模拟得出接收器理论上应当接收到的光强信号，为后续实验提供了理论依据及实验准确性判断依据

6、。(三)研究了光强信号反演推导理论依据。介绍了反演算法基础理论，即依据接收器所接收的光强分布信息推算微粒粒径分布规律的反演推算过程及理论依据。介绍了反演算法中的约束算法与非约束算法，并且根据实验条件与实验目的确定采用非约束算法。详细介绍了非约束算法推导过程和Chahine算法，并对光能系数矩阵进行了模拟计算，为后续实验数据处理提供理论依据与算法基础。(四)理论分析了微粒在液体中的分布状况与运动状态。分析了光学散射的相关性问题，确定实验样品所产生的散射光为非相关性散射。分析了微粒在液体中的运动状态，建立了微粒群数学模型，为实验数据提

7、供理论基础。(五)研究了基于Mie散射理论的微粒粒径分布检测技术。本论文根据Mie散射理论搭建了一台用以检测微粒粒径分布的实验装置，介绍了该装置的光学结构，并论述了实验流程，同时解决了透射光对散射信号的影响。本论文通过5组不同实验对象的实验，验证了微粒检测系统检测固体微粒与气态微粒(气泡)粒径分布的有效性和准确性。实验结果表明，该检测系统可以有效的进行微粒粒径分布检测工作。结合实验结果，验证了本文提出的改进纺丝液强度检测流程方案的可行性和有效性，并根据本论文的研究工作，成功研制了一台纺丝液气泡检测仪。关键字：微粒检测技术，Mie散

8、射理论，微粒粒径ⅡTHERESEARCHOFPARTICLESIZEDISTRIBUTIONDETECTIONBASEDONMIESCATTERINGTHEORYABSTRACTParticledetectionisamultidisciplina