激光散射法微粒检测技术研究

摘要

空气中的悬浮颗粒对生产和生活的影响越来越大，因此微粒粒度测量具有非常现实的意义;基于Mie散射理论的激光散射法具有测量速度快，测量粒径范围广，自动化程度高等特点，本文设计一个实时、在线的微粒粒度检测系统，其测量范围为0.1μm～10μm，本文工作如下:
　　首先，对微粒检测技术的背景和意义进行阐述，比较现有微粒检测方法的优缺点，并对国内外发展状况进行分析。
　　其次，分析Mie散射理论中强度函数、振幅函数及散射系数的关系;通过MATLAB平台和LabVIEW平台混合编程，设计并实现Mie散射参数分析系统;并以粒径为0.65μm的标准聚苯乙烯粒子作为实验对象，利用参数分析系统对单颗粒散射实验进行模拟。
　　第三，硬件平台搭建，首先对硬件总体结构进行设计，明确所需实验设备;然后通过对设备相关性能参数进行分析，选择合适的激光器、光电倍增管、采集卡;最后设计低噪声滤波电路，并进行性能分析。
　　第四，软件设计和实现，选用瀑布模型和快速模型相结合，对软件进行需求分析、总体设计、详细设计;利用LabVIEW平台实现软件编程，软件功能包括:采集卡编程、数据显示、脉冲个数统计、数据存储，直方图显示，曲线控制、文件转换。
　　最后，对测量结果进行分析，通过与尘埃粒子计数器测量结果进行比对，标定电压档对应的粒径档，并进行误差分析。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 微粒检测背景和意义

1．2 微粒测量方法

1．2．1 筛分法

1．2．2 沉降法

1．2．3 光学测量法

1．2．4 库尔特法

1．2．5 图像法

1．2．6 超声波法

1．2．7 透气法

1．2．8 电镜法

1．2．9 粒度测试方法的比较

1．3 研究现状

1．3．1 国外现状

1．3．2 国内现状

1．3．3 发展趋势

1．4 本文内容安排

2 光散射理论

2．1 散射

2．2 Mie散射理论

2．2．1 重要参数

2．2．2 Mie散射公式

2．3 Mie散射参数分析系统

2．4 单颗粒散射实验模拟

2．5 本章小结

3 硬件平台设计与实现

3．1 系统总体设计

3．2 激光器

3．3 扩束器

3．4 测量室

3．5 光电倍增管

3．6 数据采集设备与指标分析

3．7 低噪声电路

3．7．1 放大器

3．7．2 低通滤波器

3．7．3 单端信号转差分信号电路

3．8 本章小结

4 软件系统设计与实现

4．1 软件需求分析

4．2 虚拟仪器和采集卡

4．2．1 LabVIEW平台介绍

4．2．2 采集卡参数结构

4．3 软件系统结构设计

4．3．1 总体结构设计

4．3．2 详细设计

4．3．3 模块算法

4．4 软件实现及性能优化

4．4．1 关键技术

4．4．2 采集卡编程

4．4．3 数据采集

4．4．4 数据处理

4．4．5 数据存储

4．4．6 数据回读

4．4．7 数据曲线控制

4．4．8 文件转换

4．5 系统优化

4．5．1 影响运行速度的因素分析

4．5．2 程序优化

4．5．3 生成应用程序

4．6 本章小结

5 系统测试结果与误差分析

5．1 系统数学模型

5．2 标定方法

5．3 曲线拟合

5．4 性能评价

5．5 误差来源分析

5．6 本章小结

结论

1．论文主要工作总结

2．后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果