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光散射法测量超细颗粒粒度的研究

张敏  
【摘要】:颗粒问题涉及到国民经济的各行各业,颗粒粒度的大小和分布广泛影响着工业生产、环境保护、人身健康的方方面面,所以颗粒的粒度测量技术日益受到国内外研究学者的关注。在测量颗粒粒度的众多方法中,光散射法以其特有的优势——适用性强、粒度测量范围宽、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、在线测量等——而得到充分重视,是目前应用最广泛和最有发展前景的颗粒测量技术。 随着科学技术和工业生产的日益进步,颗粒的粒度有不断减小的趋势,对于粒径小于1μm的超细颗粒粒度测量提出了迫切要求。 本文研究的题目是超细颗粒粒度的光散射测量方法,主要内容和创新点包括: 1、光散射法的Mie散射理论及计算方法:介绍了经典的Mie散射理论公式,分析了颗粒散射光强的数值计算方法及其在不同粒径范围的近似算法。 2、基于光散射法的尘埃粒子计数器装置的研制:以光散射理论为基础,研制了便携式尘埃粒子计数器实验装置,其测量范围是0.3~5.0μm,可用于洁净环境10级到100000级的检测。装置包括直角散射光学传感器、电路控制系统和气流控制系统。在气流控制系统中提出并采用了先进的微桥气流质量传感器,能精确控制气体的采样量。 3、微纳颗粒综合分析及测试平台的构建:Mie散射理论的复杂性导致实际应用中,对不同尺度的颗粒采用不同近似方法进行测量,从而单一基于光散射的各种仪器都有一定的测量范围和适用条件。因此,我们构建了微纳颗粒综合分析及测试平台,为研究宽范围粒度测量技术提供综合的测量分析手段和实验基础。在光散射理论的基础上,融合显微精密成像测量方法、微流场和光流场分析技术、以及激光光纤阵列散射测量方法,探讨多种传感方式相融合的颗粒分析及测量方法,并设计了实验系统。


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