激光散射法对细微颗粒物浓度的在线测量研究开题报告
2020-04-23 19:56:09
1. 研究目的与意义（文献综述）
测量细微颗粒物的方法有光散射法、沉降法、β射线吸收法等，而测量细微颗粒物时存在着颗粒系分布不均匀[1]、流场分布不可控[2]、颗粒物理化性质复杂[3]、接触式影响测量等难点。而激光散射测量法拥有着适用性光、测量范围宽、非接触式测量、实时在线测量和多参数同时测量等优点[4][5]，这使其相比于其他的测量方式而言光散射法拥有着极大的优势。
十九世纪开始，人们开始对光散射现象进行研究，经过国内外众多科学家为之努力探索，时至今日，光散射技术已经发展得较为成熟。
国外众多学者对光散射法的研究历史与现状：1869年，光散射现象最早由英国物理学家发现；1871年，通过深入分析丁达尔现象产生的原因，英国物理学家瑞利[6]根据推理计算，给出了自己针对于光散射现象的观点，也就是瑞利散射；1908年，德国物理学家gustav mie[7] [8]通过研究各向同性球型微粒的光散射规律，指出了瑞利散射的适用范围并且给出了关于球型微粒适用性最广泛的光散射理论，也就是mie理论；1922年和1928年，布里渊和拉曼[9]通过研究非弹性光散射理论，光散射理论得到了进一步的扩展；1969年，kerker[10]通过研究多层球模型，引入了电磁散射概念，经过理论推理计算，给出了电磁散射理论的相关公式；1983年，bohren[11]研究了针对于大尺寸球形颗粒的光散射现象，建立了相关数值计算模型；1988年，gouesbet和grehan等人在前人的研究基础之上提出了广义lorenz-mie理论[12]，更进一步的推动了光散射理论的发展；2003年，vega,gugliottaamp;elicabe等人[16]将散射光强与浊度相结合来测量颗粒粒径分布。为了应对新时代的新挑战，光散射理论至今仍旧在不断地被延续与发展。
2. 研究的基本内容与方案
| 2、研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 2．1研究内容 本文主要针对细微颗粒物Mie散射理论模型进行学习与研究，并且利用Matlab模拟计算不同粒径大小和折射率的颗粒散射光强度分布、利用颗粒物光学综合测量平台研究颗粒浓度与颗粒散射光能分布的关系，建立颗粒物浓度反演模型、研究影响颗粒物浓度实际测量的影响要素等。 2．2研究目标 通过对比Matlab模拟实验结果与在光学综合测量平台上实验得到的结果，揭示出影响激光散射法测量细微颗粒物浓度的影响要素，为以后提升激光散射法的测量精度提供理论上的指导。 2．3技术方案及措施 （1）搜集并研究细微颗粒物Mie散射理论的相关文献，完成对Mie散射理论的学习与深入理解。 （2）利用Matlab对不同粒径大小和折射率的颗粒进行模拟计算，得到颗粒物散射光强度的分布。 （3）实际利用颗粒物光学综合测量平台实验得到散射光强的数据，并且对数据进行分析，研究颗粒浓度与颗粒物散射光强分布的关系。 （4）依据实验和模拟的数据建立起颗粒物浓度反演模型，并且深入研究和分析影响颗粒物浓度测量的影响要素等。
图1.技术路线 |
3. 研究计划与安排
（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告。 （第1周—第3周）
（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外细微颗粒物光学测量的发展现状及应用调研、有关细颗粒物mie散射理论模型的研究。 （第4周—第5周）
（3）matlab模拟不同粒径大小和折射率的颗粒散射光强度分布。
4. 参考文献（12篇以上）
| [1] WANGMeng, GAO Ming Bao. Generalized multiparticle Mie modeling of lightscattering by cells[J]. Chinese Science Bulletin, 2013, 21:2663-2666. [2] XURen Liang, HE Jin Ni. Light scattering:A review of particle characterizationapplications[J].Particuology, 2015, 01:11-21. [3] 王凯. 交流电压/电流智能传感器信号处理技术的研究[D]. 成都:西华大学, 2010. [4] 叶超, 孟睿, 葛宝臻. 基于光散射的粒子测量方法综述[J]. 激光与红外,2015, 45(4):343-348. [5] 李韵谱,李娜,李宁,等. 公共场所空气PM2.5的光散射测定法影响因素研究[J]. 环境与健康杂志, 2017, 34(3):206-209. [6] CHENHong, WANG Hao. Measurement of particle size based on digital imagingtechnique[J].Journal of Hydrodynamics, 2013, 02:242-248. [7] 王乃宁等. 颗粒粒径的光学测量技术及应用[M]. 北京:原子能出版社, 2000. [8] JohnW. Absorption and Scattering of Light by Small Particles[M]. New York: Wiley,1983. [9] 程光煦. 拉曼-布里渊散射. 北京:科学出版社,2007. [10] MKerker. The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation[M]. NewYork: Academic Press, 1969. [11] C FBohern,D R Huffman. Absorption and Scattering of Light by Small Particles[M].New York: Wiley, 1983. [12] GouesbetG, Maheu B, Grehan G. Light Scattering from a Sphere Arbitrarily Located in aGaussian Beam, using a Bromwich Formulation[J]. Journal of theOptical Society of America A, 1988, 5(9):1427-1443. [13] 刘延龙. 反演算法在光全散射法测量颗粒粒径分布中的应用[D]. 哈尔滨:哈尔滨理工大学,2013. [14] 王杰. 超声波传感器网络目标跟踪系统设计与算法[D]. 杭州:浙江大学, 2013. [15] 钟妮, 罗逸龙, 黄美霞,等. 光散射粉尘测试仪的发展现状与趋势[J]. 仪器仪表用户,2013(6):25-26. [16] XuR. Light scattering: A review of particle characterization applications[J]. 颗粒学报(PARTICUOLOGY), 2015, 18(1):11-21. [17] 王少清, 任中京, 张希明,等.Mie散射系数的新算法[J]. 激光杂志,1997(3):9-12. [18] 刘铁英, 郑刚, 虞先煌,等. 三波长消光法测定微粒的粒径及其分布[J]. 仪器仪表学报,2000, 21(2):208-210. [19] 赵建华. 基于多波长激光散射的火灾烟雾识别研究[D]. 中国科学技术大学,2001. [20] 苏明旭, 任宽芳,Grehan G,等. 光复散射对消光法粒径测量的影响:复散射模型与数值模拟[J]. 光学学报,2004, 24(5):696-699.
|
