火災(zāi)煙霧顆粒散射矩陣模擬測(cè)量與粒徑折射率反演研究.pdf

1、煙霧顆粒是火災(zāi)中的主要標(biāo)志性產(chǎn)物之一，光散射矩陣是描述顆粒散射特性的一個(gè)重要物理參量，通過對(duì)火災(zāi)煙霧顆粒光散射矩陣的研究，可以獲得火災(zāi)煙霧顆粒的一切光散射強(qiáng)度和偏振信息以及微觀形貌結(jié)構(gòu)和成分等性質(zhì)。深入研究火災(zāi)煙霧顆粒光散射性質(zhì)對(duì)火災(zāi)光電感煙探測(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演、雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別等具有重要的意義。
　　 本文利用SEM 對(duì)五種試驗(yàn)火煙霧顆粒的微觀形貌觀察分析，發(fā)現(xiàn)三種明火煙霧顆粒均具有分形凝聚體結(jié)構(gòu)，獲得聚氨酯煙霧顆

2、粒的分形維數(shù)等形貌參數(shù)。
　　 兩種陰燃煙霧顆粒的形貌則無分形凝聚體特征，并提出基于SEM/AFM分析的陰燃煙霧顆粒粒徑統(tǒng)計(jì)分析方法。對(duì)五種試驗(yàn)火煙霧顆粒的化學(xué)元素組成進(jìn)行了分析，表明明火煙霧和陰燃煙霧在碳元素含量上存在顯著差別。基于SEM/AFM和元素分析結(jié)果，提出分別利用分形凝聚體模型和球形模型來描述明火煙霧顆粒和陰燃煙霧顆粒的形貌特征。并利用DDA 方法，對(duì)采用不同形貌模型的顆粒的光散射矩陣進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，由此分析采用

3、不同形貌模型時(shí)對(duì)光散射矩陣的影響。
　　 在深入研究光電調(diào)制原理的基礎(chǔ)上，通過更換關(guān)鍵器件、改進(jìn)測(cè)量裝置及方法等手段改進(jìn)基于偏振調(diào)制和鎖相檢測(cè)技術(shù)的光散射矩陣測(cè)量系統(tǒng)，并利用水滴顆粒對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校準(zhǔn)測(cè)試。測(cè)量獲得了木材陰燃、棉繩陰燃、木材明火、聚氨酯明火、正庚烷明火等五種試驗(yàn)火煙霧顆粒532nm 各歸一化光散射矩陣元素隨散射角的分布，得到了各試驗(yàn)火煙霧顆粒光散射矩陣典型特征。發(fā)現(xiàn)陰燃煙霧和明火煙霧在光散射偏振特征上存在明顯差異，

4、并結(jié)合形貌成分分析結(jié)果對(duì)造成差異的原因進(jìn)行了分析。
　　 基于Lorenz-Mie 散射理論，發(fā)展了利用模擬退火算法對(duì)多個(gè)光散射矩陣元素同時(shí)進(jìn)行反演以獲得球形顆粒的粒徑分布和折射率的方法。利用此方法，對(duì)兩種陰燃火煙霧顆粒的光散射矩陣測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了反演，獲得了粒徑分布和折射率參數(shù)，發(fā)現(xiàn)該兩種陰燃煙霧顆粒的光散射可以用Lorenz-Mie 理論很好地描述，也表明該兩種陰燃煙霧顆粒的形貌為球形。同時(shí)，針對(duì)三種明火煙霧顆粒也進(jìn)行了反演的