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mie散射理论测量粒子系复折射率的透射方法

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红外与激光工程 2009年第5期38卷 820-824页

作者：刘晓东戴景民哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所黑龙江哈尔滨150001

粒子的光学常数并不等同于构成粒子材料的光学常数,而通过粒子光谱复折射率数据,研究粒子及聚集粒子系的辐射特性,不仅对辐射物性的研究具有较高的理论意义,而且具有广泛的实际应用价值。粒子的复折射率不能直接通过实验测量(没有直接... 详细信息

粒子的光学常数并不等同于构成粒子材料的光学常数,而通过粒子光谱复折射率数据,研究粒子及聚集粒子系的辐射特性,不仅对辐射物性的研究具有较高的理论意义,而且具有广泛的实际应用价值。粒子的复折射率不能直接通过实验测量(没有直接测量的仪器),须由实验测定其他量,然后结合相应的理论模型反求,属反问题研究。用简化的mie散射理论及Kramers-Kronig关系式,利用傅里叶红外光谱仪对Al2O3粒子及煤灰粒子进行透射率实验测量,结合相应的理论模型,反演Al2O3粒子及煤灰粒子的复折射率。并对透射率实验误差对反演结果的影响进行了分析。

关键词： mie散射理论粒子透射率测量复折射率

基于mie散射理论的C@H_2O复合粒子散射特性研究

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发光学报 2019年第3期40卷 298-303页

作者：吕依颖高珊徐庆君枣庄学院光电工程学院山东枣庄277160 南京大学电子科学与工程学院江苏省光电功能材料重点实验室江苏南京210023

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高,以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用mie散射理论对C@H_2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计... 详细信息

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高,以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用mie散射理论对C@H_2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计算,首先给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下散射强度分布变化曲线;其次给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下偏振变化情况;最后讨论了光学截面与粒子半径之间的关系。结果表明各参数对前向散射强度影响较大,入射波长越大散射强度越弱,C核半径增大粒子的前向散射增强,水膜厚度增大粒子的前向散射增强,而后向散射无明显影响;入射波长较大时,粒子在多个角度出现线偏振光,入射波长增大、碳核半径变大、水膜厚度增大,偏振度峰值都会增多;随着入射波长的增大,散射截面最大峰值位置向着半径增大的方向移动,并伴随一定的振荡现象,散射和消光截面在碳核半径为0.1μm左右达到最大值。

关键词：光传输 mie散射理论 C@H2O复合粒子散射特性

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基于mie散射理论的水滴平均直径测量

北京航空航天大学学报 2013年第9期39卷 1163-1167,1191页

作者：常士楠管章杰王超庄伟亮北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

冰风洞实验时,为了更精确地模拟实验环境,需要精确测量喷头喷出水滴的直径,为此,开发了一套激光束发射装置并基于mie散射理论编制了水滴直径计算程序.在水滴流场的环境中,激光束发生散射,间隔Δt的时间反复实验获得多个时刻的散射光强... 详细信息

冰风洞实验时,为了更精确地模拟实验环境,需要精确测量喷头喷出水滴的直径,为此,开发了一套激光束发射装置并基于mie散射理论编制了水滴直径计算程序.在水滴流场的环境中,激光束发生散射,间隔Δt的时间反复实验获得多个时刻的散射光强分布图.应用自行开发的计算程序对已获得的多组散射光强分布图进行计算处理,得到同一截面不同时刻的多组水滴平均直径.利用Newton插值法对上述多组水滴平均直径进行插值,拟合出不同时刻水滴直径的连续变化曲线,对该曲线求积分平均值,获得该截面水滴的平均直径.为检验实验装置和计算程序的准确性,对某加湿器喷水系统进行实验测量,测量结果与产品说明中提供的数据吻合良好,表明该测量装置和计算程序可行.

关键词：冰风洞水滴直径 mie散射理论测量

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基于mie散射理论的微球体颗粒半径分析

红外与激光工程 2005年第4期34卷 495-498页

作者：孙国正孙强任智斌南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 长春理工大学研究生部吉林长春130022

为高效、经济、准确地对微球体颗粒的半径进行测量,基于mie散射理论设计了一种测量装置。本文应用mie散射理论对微球体颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得出了散射光分布与入射光波长、微球体颗粒半径以及微球体相对折射率之... 详细信息

为高效、经济、准确地对微球体颗粒的半径进行测量,基于mie散射理论设计了一种测量装置。本文应用mie散射理论对微球体颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得出了散射光分布与入射光波长、微球体颗粒半径以及微球体相对折射率之间的关系。结果表明:入射光波长越小,散射光能量越集中分布在散射角较小的范围内;相对折射率的变化对散射光分布的影响不大;不同半径颗粒的散射光强的分布差异较大,因此通过测量散射光的分布可以确定微球体颗粒的半径,从理论上证明了该设计方案的可行性。结合理论分析与计算结果设计了一种用于测量微球体颗粒半径的装置,该装置具有结构简单、成本低、效率高等优点,可以用于实际测量,具有一定的实用性。

关键词： mie散射理论半径测量装置微球体颗粒

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基于mie散射理论的微粒粒径分布检测研究

基于Mie散射理论的微粒粒径分布检测研究

作者：顾侃东华大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。(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。

关键词：微粒检测技术 mie散射理论微粒粒径

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小粒子mie散射理论及应用(Ⅰ)

通化师范学院学报 2001年第2期22卷 30-33页

作者：关丽田贵才通化师范学院物理系通化134002

本文详细综述了近几年小粒子mie散射的理论基础及其发展。

关键词：光学截面小粒子 mie散射理论红外电磁波球Bessel函数光散射

基于mie散射理论的微球体颗粒数值模拟计算和实验研究

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上海计量测试 2009年第4期36卷 5-9页

作者：李建立袁景和霍丙忠孟春宁尚英烟台大学光电信息科学技术学院

应用mie散射理论,在散射角0～π范围内,模拟微球体颗粒的散射光强度与粒径大小的变化关系,分析了相对折射率的大小对散射光强度的影响;在实验装置条件下,分别模拟了散射光强度与粒径大小的变化关系及2μm、5μm、10μm三种粒子的散射光... 详细信息

应用mie散射理论,在散射角0～π范围内,模拟微球体颗粒的散射光强度与粒径大小的变化关系,分析了相对折射率的大小对散射光强度的影响;在实验装置条件下,分别模拟了散射光强度与粒径大小的变化关系及2μm、5μm、10μm三种粒子的散射光强度与波长的变化关系。实验验证了数值模拟与实验结果基本一致,也证明实验中粒子散射遵从mie散射理论模型。

关键词： mie散射理论数值计算散射强度聚苯乙烯微球

基于mie理论和实测数据的我国黄东海水体悬浮颗粒物质量比后向散射特性研究

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基于Mie理论和实测数据的我国黄东海水体悬浮颗粒物质量比后向散...

作者：曹爽国家海洋技术中心

学位级别：硕士

自然水体中悬浮颗粒物的质量比后向散射系数(后向散射系数与颗粒物质量浓度的比值,b)是重要的固有光学量,反映了颗粒物成分、粒径等信息。本文基于mie散射理论模拟和实测数据,系统地分析了黄东海近海水域b(λ)的变化特征及其影响因素,... 详细信息

自然水体中悬浮颗粒物的质量比后向散射系数(后向散射系数与颗粒物质量浓度的比值,b)是重要的固有光学量,反映了颗粒物成分、粒径等信息。本文基于mie散射理论模拟和实测数据,系统地分析了黄东海近海水域b(λ)的变化特征及其影响因素,这对于深入认识水体后向散射特性和提高海洋水色遥感定量化精度等具有重要意义。在mie散射模拟过程中,充分考虑了多种有机藻类和无机矿物颗粒物的不同物理化学特性,对比分析了不同类型颗粒物的b在量值和光谱形状上的差异。模拟研究发现,一方面,b(λ)随波长的增大呈乘幂形式衰减,其光谱斜率η与Junge-type粒径分布谱斜率ξ呈显著的正相关,当ξ大于4时,η约为ξ减3。颗粒物对不同波长光的选择性吸收使得b光谱出现起伏,一定程度上使得η减小,而且这种影响在粒子谱较平坦时更为显著,从而使得当ξ小于4时,η小于ξ减3。另一方面,研究发现随着ξ的增大,b量值呈指数形式增大。当ξ相同时,矿物颗粒的b平均值约为藻类颗粒的b平均值的2倍,其中当ξ为4时,矿物和藻类颗粒群的平均b(532)分别为0.00912±3.2*10 m·g和0.00409±0.48*10m·g,分析发现藻类颗粒具有较低b的主要原因是其相对折射率实部较低。此外,研究还发现粒径谱分布下限的增大会导致b量值减小和光谱斜率减小,上限的减小则主要导致b量值增大。利用黄东海近海水体的实测数据分析表明,b的空间变异性低于后向散射系数,说明b削弱了自身对颗粒物含量的依赖,能更大程度上反映颗粒群在成分以及粒径分布等方面的差异。在光谱形状上,实测b光谱斜率η随悬浮颗粒物质量浓度的增大呈现出先减小后趋于稳定的趋势,近岸水体的光谱斜率低于远岸。当有机颗粒质量浓度(POM)在总颗粒物质量浓度(SPM)中占主导时(POM/SPM>0.7),平均质量比后向散射b(532)为0.00363 m·g,而无机颗粒物占主导(POM/SPM散射系数是多种因素综合作用的结果,无机矿物颗粒含量的增多、小颗粒数量占比的增大等均会使得b量值增大,而颗粒物的粒径分布、吸收性质是导致光谱形状产生差异的主要原因。

关键词：质量比后向散射系数悬浮颗粒物 mie散射理论黄东海粒径分布相对折射率

基于气载微流控芯片的作物病害孢子流式动态检测方法

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农业机械学报 2022年第10期53卷 318-325页

作者：杨宁张素亮王亚飞袁寿其毛罕平张晓东江苏大学电气信息工程学院镇江212013 江苏大学农业工程学院镇江212013 江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

为解决微流控芯片孢子检测复用率低的问题,提出一种基于气载微流控芯片的作物病害孢子流式动态检测方法。根据微尺度下作物病害孢子气体动力学特征设计平行双鞘流聚焦的微流控芯片,实现孢子的聚焦流动;利用光路聚焦原理和双向mie散射原... 详细信息

为解决微流控芯片孢子检测复用率低的问题,提出一种基于气载微流控芯片的作物病害孢子流式动态检测方法。根据微尺度下作物病害孢子气体动力学特征设计平行双鞘流聚焦的微流控芯片,实现孢子的聚焦流动;利用光路聚焦原理和双向mie散射原理设计光电检测结构;将微流控芯片和光电检测结构组合搭建光电检测系统,根据前向散射光强信息建立粒径与光强的检测模型,并融合前向和侧向散射光强信息,实现稻曲病孢子和聚苯乙烯微球的有效分类。仿真和实验结果表明:样品在芯片入口流速为2.5 mL/min、鞘流流速为12 mL/min时,粒子聚焦宽度为8μm,粒子富集率可达96.7%;稻曲病孢子和聚苯乙烯微球粒径与光强检测模型的决定系数为0.9666,平均检测误差为7.04%,芯片复用率提高约9倍。研究结果为作物病害检测传感器的研发提供了理论基础。

关键词：稻曲病孢子聚苯乙烯微球微流控芯片 mie散射理论光电检测