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基于Mie散射的微粒濃度和粒度測試的理論與實驗研究

2015-11-30 15:42:34 來源：閱讀數：958

微粒測試是一項涉及多學科、多領域的技術。由于自然界多數固體物質都是以微粒的形式存在：天然物質如土壤、泥沙、大氣粉塵、谷物面粉、蔗糖等；人工物料如煤粉、催化劑、水泥、化肥、顏料、藥品等，故與微粒測試和應用有關的技術在環保、石化、醫藥、化工、煤炭、海洋、水利、冶金、建材、地質、食品等多個工業領域中都有著廣泛的應用。微粒濃度、粒度檢測的原理很多，采用光學方法是利用微粒與光的相互作用時所表現的現象和特性，手段眾多，各種手段中應用了不同的測試原理和光學系統。論文的主要工作如下：本文第二章通過分析微粒與光相互作用時所表現的典... 微粒測試是一項涉及多學科、多領域的技術。由于自然界多數固體物質都是以微粒的形式存在：天然物質如土壤、泥沙、大氣粉塵、谷物面粉、蔗糖等；人工物料如煤粉、催化劑、水泥、化肥、顏料、藥品等，故與微粒測試和應用有關的技術在環保、石化、醫藥、化工、煤炭、海洋、水利、冶金、建材、地質、食品等多個工業領域中都有著廣泛的應用。微粒濃度、粒度檢測的原理很多，采用光學方法是利用微粒與光的相互作用時所表現的現象和特性，手段眾多，各種手段中應用了不同的測試原理和光學系統。論文的主要工作如下：本文第二章通過分析微粒與光相互作用時所表現的典型特性，比較了常用和典型的測試技術手段及方法，介紹了基于Mie散射理論的激光微粒測試方法。第三章中總結、闡述了Mie散射理論中所提出的物理概念、公式及意義，為進一步計算奠定基礎。通過散射光強的測定而要想獲得微粒粒度必須有微粒散射的理論依據，即通過實驗數據與理論計算結果和散射圖形進行分析比較；為此第四章根據Mie散射理論的兩個強度分布函數，計算了微粒散射系數，描繪了微粒的散射圖像。本文第五章討論了以激光后向散射測量微粒濃度的方法和測量理論依據，應用光纖傳感器及自制的模擬煙囪進行了實驗室測試，實驗結果表明微粒粒度小于10微米，在一定濃度范圍測試的技術手段、方法是可行的。第六章給出了微粒粒度測試的技術方案及散射系數與粒度的計算曲線與擬采用的標定方案；微粒粒度的實驗室測試數據以及首次提出以斜率標定粒度的方法，將在某大型國有企業的現場實驗及測試。論文的創新性如下： 1理論上分析計算了微粒散射光強與粒度的關系，確定了實驗技術方案，設計了測試系統，實驗結果證實了理論計算的正確性，并首次提出以前向散射光強與微粒濃度線性關系的斜率來標定粒度。 2設計了在實際煙道中測試的技術方案，采用角隅棱鏡增大光程、降低了接收器的瞄準困難。 3采用光纖傳感器，根據理論計算及模擬，確定了后向散射對微粒濃度測試方案，實驗結果驗證了理論計算的正確性和實踐應用的可行性。 4全面研究了Mie散射理論，并對散射系數、效率因子進行了計算模擬。