水中二氧化硅颗粒粒径分布的光学测量研究

作     者：周欢 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖韶荣

授予年度：2017年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：二氧化硅悬浮颗粒 光学测量 小波去噪 散射系数 粒径分布反演 

摘      要：为了控制环境污染,提高居民饮用水质量,悬浮颗粒物种类和含量日益受到关注,悬浮颗粒物粒径分布的光学测量及反演成为国内外潜心研究的重要课题。二氧化硅悬浮颗粒物是大气和水质中悬浮物的主要成分,高精度的测量并反演其粒径分布对解决空气污染和净化水质都至关重要。本文基于Mie散射理论,对不同粒径大小的二氧化硅悬浮颗粒进行了深入的光学测量研究,主要研究工作如下:(1)通过选择准确度和灵敏度较高的角散射法分析折射率对散射光强的影响,研究表明当散射角度θ=0～0.25rad时可以基本忽略折射率不同带来的影响;光谱仪探测到的原始信号受噪声影响较大,采用小波变换方法进行去噪,并选取去噪因子为200时,去噪效果显著。(2)对比几种非独立模式算法和独立模式算法的复杂度和优缺点,选择平滑Chahine迭代算法作为本文悬浮颗粒物粒径反演的主要计算方法。测量粒径大小为2 μm和5 μm、以及二者1:1比例混合的二氧化硅悬浮液在不同散射角度、不同波长下散射系数随浓度的变化关系,分析得出散射角度为15°,波长范围为450.03～625.16 nm时,散射系数随着浓度的变化分辨率最高。(3)根据实验结果,比较单粒径直接相加与二者1:1比例混合的二氧化硅悬浮液在不同浓度下散射系数随波长的变化关系,拟合二者曲线,得出同种浓度下二者拟合方程中相同项系数基本为同倍数关系,其线性相关性较强,反演误差较小。通过对实验结果与理论值进行比较,由此可以判定该反演方法在一定波长范围(450.03nm, 475.03 nm,500.01 nm)内对粒径分布的实时反演精度较高。