微型化雾粒粒径测量仪的研究

【摘要】： 由于目前工农业生产中对颗粒粒径测量的需求相当活跃，研究各种粒径测量技术和开发各种粒径测量仪的重要性很突出，国内的研究水平和仪器制造技术的成熟度与国外的发展水平相当。现阶段，基于各种测量原理的颗粒测量技术比较多。其中，光学法测量粒径具有诸多优点，在颗粒粒径测量仪上获得了广泛的应用。重庆大学成功研制的针对喷雾场雾粒粒径分布的WL型测量仪，其技术水平走在了国内前列，但该测量仪的体积较大，现场使用和操作不便。因此，在该测量仪的基础上，研制微型化的雾粒粒径测量仪十分迫切。论文就是围绕着这个问题来展开的。 微型化雾粒粒径分布测量仪的测量原理是米氏光散射理论，当不同粒径的颗粒被平行激光束照射后，发生光散射现象，散射光的参数包含有被测颗粒粒径的信息，但其数值计算量大且复杂。当颗粒粒径满足一定条件时，米氏光散射可以用夫琅和费衍射来近似。因此，只要测量出不同角度的衍射光能量，在理论上就可反演出颗粒的粒径分布。针对不同的颗粒群，可以使用不同的分布函数去逼近被测颗粒的粒径分布，其中，比较常用的是双R-R分布函数。或者，使用独立模式算法反演数据。测量仪器采用的光路直接影响仪器的结构尺寸，接收透镜和采样区位置的关系具有不同的配置方案，由于雾粒粒径测量仪应用背景的限制，所采用的光路配置方案是被测颗粒位于透镜前方，光能接收器件位于透镜后焦面上。 微型化雾粒粒径测量仪基于激光衍射法原理测量雾粒粒径的分布，应用分离式模块设计理念，优化设计过程，将测量仪在功能上划分为独立的三个部分，即起数据采集作用的探测器，数据处理、显示并存贮的PC机软件系统和连接探测器与PC机的转接头。探测器的设计是论文的重点和难点，是实现测量仪微型化的关键问题，其正确的功能划分和优化设计是实现微型化的保证。探测器的设计有：光学器件的设计和选取、电路的设计、采样区大小控制装置和防污染装置的设计。PC机软件系统的设计有：与探测器通讯、数据反演、数据库的设计等。在PC机和探测器之间巧妙地加入一个转接头，负责不同通讯协议的电气转换和为探测器提供电源。整个仪器结构紧凑、智能化程度较高，可在线、动态测量，能够适应各种恶劣环境的现场测量要求。