多角度動態(tài)光散射顆粒粒度反演方法研究.pdf

1、動態(tài)光散射技術(shù)是測量亞微米及納米顆粒的有效方法，它通過散射光強(qiáng)的自相關(guān)函數(shù)獲得顆粒粒度及其分布。但是單一角度的動態(tài)光散射技術(shù)，實(shí)驗(yàn)獲得的測量信息少，反演獲取的顆粒粒度分布的準(zhǔn)確性不高，為了獲得更準(zhǔn)確的顆粒粒度分布，需要獲得更多的先驗(yàn)信息。多角度動態(tài)光散射技術(shù)是從多個不同的散射角度測量光強(qiáng)自相關(guān)函數(shù)并將其結(jié)合到一個數(shù)據(jù)分析中，避免了對一個未知樣品的散射角度選擇的不恰當(dāng)性，可獲取不同粒度的顆粒在不同散射角度的散射特性，獲取更多的測量信息，進(jìn)

2、而獲取更準(zhǔn)確的顆粒粒度分布。雖然多角度動態(tài)光散射技術(shù)可以給出比單一角度動態(tài)光散射技術(shù)更準(zhǔn)確的顆粒粒度分布，但是多角度動態(tài)光散射的實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜且顆粒粒度反演難度高。本文主要對動態(tài)光散射技術(shù)的角度依賴性、角度校準(zhǔn)噪聲對顆粒粒度分布的影響、權(quán)重系數(shù)的選取及顆粒粒度反演算法進(jìn)行了深入的研究。主要內(nèi)容包括：
　　1.分析了多角度動態(tài)光散射的基本理論。多角度動態(tài)光散射技術(shù)需要通過恰當(dāng)?shù)臋?quán)重系數(shù)將各個散射角度獲取的光強(qiáng)相關(guān)函數(shù)結(jié)合到一個數(shù)據(jù)分析

3、中，含噪聲的權(quán)重系數(shù)會嚴(yán)重影響顆粒粒度分布的準(zhǔn)確性。權(quán)重系數(shù)可通過各散射角度獲取的散射光強(qiáng)均值或其他方法獲取。
　　2.研究了動態(tài)光散射技術(shù)的角度依賴性。與單峰分布的顆粒體系相比，雙峰分布顆粒體系的測量結(jié)果受散射角度個數(shù)的影響更為顯著。顆粒粒度分布的準(zhǔn)確性并不一定隨著選取的散射角數(shù)量的增加而絕對地提高，而是存在一個最佳的散射角數(shù)量值，超過這一數(shù)量值，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性可能會降低。
　　3.研究了散射角度的校準(zhǔn)噪聲對顆粒粒度分布

4、的影響。多角度動態(tài)光散射實(shí)驗(yàn)需要在每一個散射角度進(jìn)行光強(qiáng)相關(guān)函數(shù)的測量，散射角度的校準(zhǔn)噪聲會影響到顆粒粒度分布的準(zhǔn)確性。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明小粒度顆粒的單峰分布比大粒度顆粒的單峰分布受散射角度噪聲的影響偏大，并且含小粒度顆粒的雙峰分布比不含小粒度顆粒的雙峰分布受散射角度噪聲的影響偏大。
　　4.研究了基于迭代遞歸算法求取權(quán)重系數(shù)的顆粒粒度反演。在多角度動態(tài)光散射技術(shù)顆粒粒度反演中，權(quán)重系數(shù)的選取關(guān)系到粒度分布的準(zhǔn)確性。迭代遞歸算法可給

5、出更準(zhǔn)確的權(quán)重系數(shù)，經(jīng)過反演運(yùn)算能夠獲得更準(zhǔn)確的顆粒粒度分布，不同粒度的單峰和雙峰模擬結(jié)果和雙峰實(shí)測結(jié)果均證明了迭代遞歸算法求取權(quán)重系數(shù)的有效性。
　　5.研究了基于改進(jìn)Chahine算法的顆粒粒度反演。改進(jìn)的Chahine算法對含噪聲的權(quán)重系數(shù)不敏感，當(dāng)權(quán)重系數(shù)的噪聲高達(dá)10％時，改進(jìn)的Chahine算法仍然可以給出準(zhǔn)確的粒度值。不同粒度的單峰和雙峰模擬結(jié)果和雙峰實(shí)測結(jié)果均證明改進(jìn)的Chahine算法可以給出比正則化算法更準(zhǔn)確的

6、顆粒粒度分布。
　　6.研究了基于迭代算法的顆粒粒度反演。模擬和實(shí)測結(jié)果表明，在單峰分布中，小粒度顆粒比大粒度顆粒受權(quán)重系數(shù)的影響小使其顆粒粒度分布優(yōu)于大顆粒粒度分布。在雙峰分布中，大粒度顆粒能夠比小粒度顆粒獲取更多的測量信息，使其顆粒粒度分布稍好于小顆粒粒度的分布。
　　多角度動態(tài)光散射技術(shù)可以提供比單一角度動態(tài)光散射技術(shù)更準(zhǔn)確的顆粒粒度分布，然而，顆粒粒度反演仍然是多角度動態(tài)光散射技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過對多角度動態(tài)光