多角度动态光散射颗粒粒度反演方法研究

摘要

动态光散射技术是测量亚微米及纳米颗粒的有效方法，它通过散射光强的自相关函数获得颗粒粒度及其分布。但是单一角度的动态光散射技术，实验获得的测量信息少，反演获取的颗粒粒度分布的准确性不高，为了获得更准确的颗粒粒度分布，需要获得更多的先验信息。多角度动态光散射技术是从多个不同的散射角度测量光强自相关函数并将其结合到一个数据分析中，避免了对一个未知样品的散射角度选择的不恰当性，可获取不同粒度的颗粒在不同散射角度的散射特性，获取更多的测量信息，进而获取更准确的颗粒粒度分布。虽然多角度动态光散射技术可以给出比单一角度动态光散射技术更准确的颗粒粒度分布，但是多角度动态光散射的实验装置复杂且颗粒粒度反演难度高。本文主要对动态光散射技术的角度依赖性、角度校准噪声对颗粒粒度分布的影响、权重系数的选取及颗粒粒度反演算法进行了深入的研究。主要内容包括：
　　1.分析了多角度动态光散射的基本理论。多角度动态光散射技术需要通过恰当的权重系数将各个散射角度获取的光强相关函数结合到一个数据分析中，含噪声的权重系数会严重影响颗粒粒度分布的准确性。权重系数可通过各散射角度获取的散射光强均值或其他方法获取。
　　2.研究了动态光散射技术的角度依赖性。与单峰分布的颗粒体系相比，双峰分布颗粒体系的测量结果受散射角度个数的影响更为显著。颗粒粒度分布的准确性并不一定随着选取的散射角数量的增加而绝对地提高，而是存在一个最佳的散射角数量值，超过这一数量值，测量结果的准确性可能会降低。
　　3.研究了散射角度的校准噪声对颗粒粒度分布的影响。多角度动态光散射实验需要在每一个散射角度进行光强相关函数的测量，散射角度的校准噪声会影响到颗粒粒度分布的准确性。模拟实验结果表明小粒度颗粒的单峰分布比大粒度颗粒的单峰分布受散射角度噪声的影响偏大，并且含小粒度颗粒的双峰分布比不含小粒度颗粒的双峰分布受散射角度噪声的影响偏大。
　　4.研究了基于迭代递归算法求取权重系数的颗粒粒度反演。在多角度动态光散射技术颗粒粒度反演中，权重系数的选取关系到粒度分布的准确性。迭代递归算法可给出更准确的权重系数，经过反演运算能够获得更准确的颗粒粒度分布，不同粒度的单峰和双峰模拟结果和双峰实测结果均证明了迭代递归算法求取权重系数的有效性。
　　5.研究了基于改进Chahine算法的颗粒粒度反演。改进的Chahine算法对含噪声的权重系数不敏感，当权重系数的噪声高达10％时，改进的Chahine算法仍然可以给出准确的粒度值。不同粒度的单峰和双峰模拟结果和双峰实测结果均证明改进的Chahine算法可以给出比正则化算法更准确的颗粒粒度分布。
　　6.研究了基于迭代算法的颗粒粒度反演。模拟和实测结果表明，在单峰分布中，小粒度颗粒比大粒度颗粒受权重系数的影响小使其颗粒粒度分布优于大颗粒粒度分布。在双峰分布中，大粒度颗粒能够比小粒度颗粒获取更多的测量信息，使其颗粒粒度分布稍好于小颗粒粒度的分布。
　　多角度动态光散射技术可以提供比单一角度动态光散射技术更准确的颗粒粒度分布，然而，颗粒粒度反演仍然是多角度动态光散射技术的重点和难点。本文通过对多角度动态光散射颗粒粒度分布反演的探索和研究，力求提高颗粒粒度分布测量的准确性，从而满足日益增长的对复杂分布颗粒体系测量的社会需求。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2动态光散射颗粒粒度反演算法发展状况

1.3 本文研究的主要内容

1.4 本章小结

第二章 多角度动态光散射基本理论

2.1 动态光散射基本原理

2.2 多角度动态光散射基本理论

2.3 本章小结

第三章 动态光散射技术的角度依赖性

3.1正则化算法

3.2数值模拟

3.3实验分析

3.4本章小结

第四章 动态光散射技术的角度校准噪声

4.1数值模拟

4.2角度校准噪声对粒度分布影响结果的分析

4.3 本章小结

第五章 基于迭代递归算法求取权重系数的颗粒粒度反演

5.1 迭代的递归算法

5.2 模拟数据对迭代递归算法的验证

5.3 实验分析

5.4 本章小结

第六章 基于改进Chahine算法的颗粒粒度反演

6.1改进的Chahine算法

6.2 改进Chahine算法的验证

6.3实验分析

6.4 结果讨论

6.5 本章小结

第七章 基于迭代算法的颗粒粒度反演

7.1 迭代算法

7.2 模拟实验对迭代算法的验证

7.3 实验分析

7.4 本章小结

第八章 结论与建议

8.1 结论

8.2 建议

参考文献

在学期间公开发表论文及著作情况

致谢