上海理工大学上海市介入医疗器械工程研究中心，上海 200093
提出一种基于连续透射消光光谱的粒径测量方法。基于Mie散射理论和人工蜂群算法对颗粒粒径进行反演，结果表明，单峰分布时颗粒的体积频率分布曲线相对均方根误差（RRMSE）低至0.08%，双峰分布时颗粒的体积频率分布曲线RRMSE低至3.49%。用编号为GBW120134、GBW120024和GBW120041的聚苯乙烯乳胶标准颗粒进行了对比实验。结果表明，单峰分布时D50粒径的相对误差在10%以内，双峰分布时D50粒径的相对误差在20%以内。
散射 消光法 光谱 粒径测量 人工蜂群算法 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2129002
1 上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093
2 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093
针对双相机成像系统所获取的颗粒离焦图像，搭建了基于Faster-RCNN和VGG16卷积神经网络（CNN）的颗粒粒径与位置同步预测模型。在75~95 mm（约9~10倍的成像系统景深）深度范围内，拍摄直径为50~350 μm的9种不同圆点用于所提模型的训练，并将所提模型与基于离焦测距（DFD）理论模型的处理方法进行了比较分析。测量结果表明，与基于DFD理论模型的处理方法相比，CNN模型的颗粒深度测量范围有所提高，直径测量误差有所降低，但深度测量误差有所增大。进一步采用双相机系统拍摄在循环样品池内流动的粒径为120 μm的标准颗粒，应用所提CNN模型对相应图片进行处理，粒径预测结果的相对误差范围为-8%~8%。
测量 卷积神经网络 双相机离焦成像系统 位置测量 粒径测量 光学学报
2022, 42(19): 1912006
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
粒径测量技术广泛应用于能源、材料、医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑等诸多领域, 对于改善产品质量、提高生产效率、降低能源消耗、实现精准医疗、监测环境污染等具有十分重要的意义。基于光学原理的粒径测量方法具有响应速度快、粒径测量范围可达纳米级等优势, 但也存在一些问题, 需要不断完善。总结了基于光学原理的3类粒径测量方法, 即显微镜法、光散射法、激光成像法; 介绍了各种方法的测量原理和应用领域, 对比分析了不同粒径测量方法的测量范围和优缺点。在此基础上对粒径测量方法的发展方向进行了展望。
激光技术 粒径测量 显微镜 光散射 激光成像 laser technique particle size measurement microscope light scattering laser imaging
1 上海理工大学能源与动力工程学院/上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093
2 上海航天动力技术研究所, 上海 201109
光谱消光法广泛应用于颗粒粒径测量领域, 在利用光谱消光法对颗粒粒径进行反演的过程中, 由于颗粒的消光系数存在理论复杂、 计算繁琐、 收敛速度慢以及求解不稳定等问题, 很大程度上影响了整个反演过程的快速性和准确性。 且在众多波长的消光数据中, 存在较多重复冗余的信息, 也很大程度上增加了反演算法的时间。 针对光谱消光法粒径反演算法计算繁琐、 反演效率低的问题, 提出了基于主成分分析(PCA)和BP神经网络的光谱消光颗粒粒径分析方法。 基于Mie散射理论对不同粒径、 不同波长下的光谱消光值进行了仿真计算, 通过对光谱消光数据集的主成分分析及各个波长综合载荷系数的计算, 实现了最优特征波长的选取, 利用降维后的光谱消光数据训练了PCA-BP神经网络模型, 并利用该网络模型计算了粒径颗粒分布。 通过仿真计算, 比较了PCA-BP神经网络模型与传统的BP神经网络模型的预测精度, 并分析了波长数目对两种神经网络模型预测结果的影响。 针对训练得到的PCA-BP神经网络模型开展光谱消光法粒径参数反演算法的验证实验, 搭建了光谱消光法颗粒粒径参数测量实验系统, 测量了粒径范围在0.5~9.7 μm内的6种不同粒径参数的聚苯乙烯标准颗粒。 仿真和实验结果表明: 基于主成分分析方法可确定各个波长向量之间的相关性, 利用综合载荷系数选取最优特征波长对应的消光值对整体的光谱数据具有较好的代表性, 可实现光谱数据的降维。 相比传统的BP神经网络模型, 基于PCA-BP神经网络模型的颗粒粒径分布的分析方法预测精度更高, 对于较分散颗粒系的分布参数的预测有更加明显的优势。 而且, 被选取的波长数较少时, PCA-BP神经网络模型依然有较高的预测精度。 利用训练好的PCA-BP神经网络模型对颗粒粒径参数进行实验验证, 预测结果可瞬时输出, 颗粒粒径分布误差在5%以内, 验证了该算法的可行性。
粒径测量 光谱消光法 最优特征波长 PCA-BP神经网络 Particle size measurement Spectral extinction method Optimal characteristic wavelength PCA-BP neural network 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3639
1 上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093
2 上海航天动力技术研究所发动机技术发展研究室, 上海 201109
基于多波长消光法和图像法颗粒测量原理,提出了跨微米尺度混合颗粒粒径同步测量方法,建立了亚微米-十微米尺度颗粒粒径消光光谱反演算法及十微米以上尺度颗粒粒径图像处理算法;采用分光棱镜,搭建了消光光谱与背光图像同步测量装置,利用500 nm~76.9 μm粒径范围内的10种标准颗粒配成跨微米尺度混合颗粒样品并开展实验研究。结果表明:利用所提方法开展跨微米尺度混合颗粒粒径同步测量时,亚微米-十微米尺度颗粒消光光谱与十微米以上尺度颗粒背光图像的相互影响可忽略,可同步测量得到跨微米尺度混合颗粒粒径;利用消光法和图像法分别开展亚微米-十微米、十微米以上尺度颗粒粒径测量,与标准颗粒粒径相比,相对误差均小于8%,且测量重复性较好,这为跨微米尺度混合颗粒提供了一种有效的粒径测量手段。
测量 多波长消光法 图像法 跨微米尺度 混合颗粒 粒径测量
航天工程大学 宇航科学与技术系, 北京 100048
雾化场粒径测量对于测试和评价喷雾性能意义重大, 总结分析光学粒径测量技术手段十分重要。介绍了喷雾的基本原理及粒径数学表征; 论述了喷雾场测试中主流及新兴的粒径光学测试方法如光散射、平面结构光照明、相位多普勒分析仪、激光全息技术、双光谱成像等方法的原理及特点, 列举了这些测试方法的典型应用场合。针对喷雾场测试中存在的问题分别进行总结评述并进行对比分析, 对喷雾场粒径测量中如何恰当选取测试方法给出具体的参考建议。
激光技术 喷雾粒径测量 光学测试方法 光散射 laser technique spray particle size measurement optical testing technology light scattering
陕西理工学院物理与电信工程学院,汉中 723003
本文利用CS与TPP的交联作用包覆QT制备CS-QT-TPP纳米颗粒,并以动态光散射研究QT浓度、CS分子量及CS/TPP重量比对所得纳米颗粒粒径与Zeta电位的影响。结果表明,QT浓度由0.15 mg/mL升至0.45 mg/mL时粒径增大,而继续升至0.75 mg/mL时粒径稍微减小;CS分子量越高,粒径越小;而CS/TPP重量比对粒径则无明显影响。CS-QT-TPP纳米颗粒粒径介于711~759 nm之间。CS分子量较低时表面电位较小,而QT浓度与CS/TPP重量比则对Zeta电位无明显影响,CS-QT-TPP纳米颗粒表面均带正电,介于25.7~39.8 mV之间。因此,QT浓度为0.75 mg/mL、CS高分子量为380 kDa及CS/TPP重量比为3/1时制备CS-QT-TPP纳米颗粒最佳。
动态光散射 纳米颗粒 粒径测量 Zeta电位 dynamic light scattering nano-particle CS-QT-TPP CS-QT-TPP particle sizing Zeta potential
针对测量粒径的传统傅里叶测量系统（FS）的缺点，提出了一种改进的逆傅里叶激光测量系统（RFS）。通过实验测量，结果表明通过增加散射体与透镜的距离可以增加粒径测量的下限，扩大粒径测量的范围。另外，还对不同粒径的测量结果和理论计算结果进行了对比。结果表明，该方法特别适合于在小颗粒的测量。
测量 逆傅里叶光学 激光测量 粒径测量 Mie 散射 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 021202
1 曲阜师范大学物理工程学院, 山东 曲阜 273165
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气物理化学研究室, 安徽 合肥 230031
使用粒径测量的方法,对气溶胶颗粒密度进行探索研究。利用静电分级器(DMA)选出不同迁 移粒径的单分散气溶胶颗粒;将所得的颗粒通入气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS), 根据双光束粒径测量区的 飞行时间测定单颗粒对应的空气动力学粒径；由迁移粒径和空气动力学粒径间的定量关系得到球形 颗粒密度或者非球形颗粒的有效密度。在对已知化学成分和密度的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)气溶胶颗 粒进行标定实验后,运用该方法对非球形的硫酸铵、氯化钠、硝酸铵颗粒进行测量,有效密度测量结果分别为1.211 g/cm3、 1.333 g/cm3、1.039 g/cm3; 球形的橄榄油颗粒密度测量结果为0.914 g/cm3。
激光技术 颗粒密度 粒径测量 空气动力学粒径 迁移粒径 气溶胶飞行时间质谱仪 laser techniques particle density particle size measurement aerodynamic diameter mobility diameter aerosol time-of-flight mass spectrometer
