光学学报, 2011, 31 (12): 1212006, 网络出版: 2011-11-15   

基于德拜理论的液柱参数彩虹反演算法研究

Reversion Algorithm for Liquid Column Parameters with Rainbow Refractometry Based on Debye Theory
作者单位
东南大学热能工程研究所, 江苏 南京 210096
摘要
彩虹技术是一种可同时测量液柱折射率和粒径的实时、非接触方法。建立了定量描述彩虹信号的低频分量与德拜理论(p=2)模拟信号重合程度的目标函数,在此基础上提出一种基于德拜理论(p=2)的液柱参数彩虹技术反演算法。反演算法以经验公式的计算值为初始值,根据目标函数不断寻优获得优化结果,并通过米氏散射理论进一步优化得到反演结果。在折射率变化范围为1.32~1.56、半径变化范围为50~500 μm时,进行数值模拟和实验研究。结果表明,半径的相对误差在8%以内,折射率误差绝对值小于5×10-4,半径的测量下限为60 μm。
Abstract
Rainbow refractometry is a non-intrusive technology for determining the refractive index and diameter of liquid column simultaneously. An objective function is designed to quantify the deviation between the low frequency component of the captured rainbow and the simulated rainbow with Debye theory (p=2). Further, a novel inversion algorithm for liquid column based on Debye theory (p=2) and the objective function is proposed. Experiments are carried out to evaluate the performance of the algorithm. Results show that the relative error of the radius is less than 8%, the absolute error of the refractive index is less than 5×10-4 and the detection limit of the radius is as low as 60 μm with in the radius range of 50~500 μm and the refractive index range of 1.32~1.56.

宋飞虎, 许传龙, 王式民. 基于德拜理论的液柱参数彩虹反演算法研究[J]. 光学学报, 2011, 31(12): 1212006. Song Feihu, Xu Chuanlong, Wang Shimin. Reversion Algorithm for Liquid Column Parameters with Rainbow Refractometry Based on Debye Theory[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(12): 1212006.

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