CN105203437B - 基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法 - Google Patents
基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105203437B CN105203437B CN201510603970.5A CN201510603970A CN105203437B CN 105203437 B CN105203437 B CN 105203437B CN 201510603970 A CN201510603970 A CN 201510603970A CN 105203437 B CN105203437 B CN 105203437B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- sample
- particle
- msup
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，属于球形颗粒的物性参数测量技术领域。本发明是为了解决现有常规的测量球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布方法中，不能同时获得二者的测量结果，并且测量结果不准确的问题。它在测量过程中使用两种不同波长的连续激光照射球形粒子系样本表面，借助探测器测量粒子系不同角度内的透射信号，最后通过逆问题求解技术间接得到粒子系的光学常数以及粒径分布情况；它通过建立球形颗粒系不同角度内透射信号测量的正问题和逆问题求解模型，在粒子系的其他参数已知的前提下，提出光学常数与颗粒系粒径分布的同时重建技术。本发明用于球形颗粒光学常数与粒径分布的同时重构。
Description
技术领域
本发明涉及基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，属于球形颗粒的物性参数测量技术领域。
背景技术
颗粒系统在自然界以及工业生产中普遍存在。涉及石油化工、生物制药、建材生产、红外探测、卫星遥感等诸多领域。颗粒的辐射物性如光学常数、散射系数和吸收系数等，都直接影响着辐射传输的基本过程。因此对颗粒的光学常数的求解就显得尤为重要。颗粒系统的粒径分布也是其重要的参数和技术指标之一，与能源的高效利用、环境污染防治等领域密切相关。如何快速准确获得粒子系物性参数，对于改善人居环境、提高工业产品质量、增强国防武器装备性能和促进清洁能源利用等方面，都具有很高的价值和重大的意义。
对于粒子系光学常数的反演手段主要有反射法、散射法、投射法等，这些方法大都是通过某些实验测得的参数结合相关的反演理论模型对颗粒系统的光学常数进行计算。但是，此过程中颗粒系统的粒径分布是未知的，因此必须事先通过其他测量方法确定颗粒系统的粒径分布，这就增大了实验设备的复杂程度，同时使整个实验过程变得相对繁琐，且测量结果不准确。
发明内容
本发明目的是为了解决现有常规的测量球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布方法中，不能同时获得二者的测量结果，并且测量结果不准确的问题，提供了一种基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法。
本发明所述基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，它包括以下步骤：
步骤一：将待测颗粒以相同浓度装入厚度为L1的第一样本容器内和厚度为L2的第二样本容器内，使两个样本容器内的待测样本颗粒系呈悬浮状态；
步骤二：利用波长为λ1的连续激光沿第一样本容器的厚度方向垂直照射第一样本容器的左侧表面，并入射至第一样本容器内的待测样本颗粒系，再沿第一样本容器的右侧表面透射输出；调节第一样本容器右侧设置的光阑，获得待测样本颗粒系在第一样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L1,λ1)、Tmea(θ2,L1,λ1)和Tmea(θ3,L1,λ1)，其中θ1＜θ2，并且θ1＜θ3；
再利用波长为λ2的连续激光沿第一样本容器的厚度方向垂直照射第一样本容器的左侧表面，并入射至第一样本容器内的待测样本颗粒系，再沿第一样本容器的右侧表面透射输出；调节第一样本容器右侧设置的光阑，获得待测样本颗粒系在第一样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L1,λ2)、Tmea(θ2,L1,λ2)和Tmea(θ3,L1,λ2)；
步骤三：将步骤二中的第一样本容器替换为第二样本容器，重复步骤二，分别获得待测样本颗粒系在第二样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L2,λ1)、Tmea(θ2,L2,λ1)和Tmea(θ3,L2,λ1)，及待测样本颗粒系在第二样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L2,λ2)、Tmea(θ2,L2,λ2)和Tmea(θ3,L2,λ2)；
步骤四：利用逆问题求解方法设定待测样本颗粒系在对应波长的光学常数为m(λ)为：
m(λ)＝n(λ)+ik(λ)，式中λ＝λ1或λ2；
n(λ)为粒子折射指数，k(λ)为粒子吸收指数，i为虚数单位；
通过Mie理论计算待测样本颗粒系中单个颗粒的吸收截面和散射截面，结合待测样本颗粒系的颗粒总数和设定的粒径分布值，计算获得待测样本颗粒系的吸收系数κa和散射系数κs；
步骤五：针对步骤二中波长为λ1的连续激光与波长为λ2的连续激光分别照射第一样本容器及步骤三中波长为λ1的连续激光与波长为λ2的连续激光分别照射第二样本容器四种情况求解辐射传输方程，获得计算域内的辐射强度场；
步骤六：根据步骤四中获得的待测样本颗粒系的吸收系数κa和散射系数κs以及步骤五中获得的辐射强度场，计算获得样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)：
式中θ0为探测器接收到的透射信号的天顶角，L表示样本容器的厚度，L＝L1或L2；I0,λ是波长为λ的连续激光的强度；Iλ(L,θ)为样本容器右侧边界上散射光的辐射强度；Ic,λ(L,λ)为连续激光沿着入射方向衰减到待测样本颗粒系右边缘时的辐射强度；
步骤七：利用透射信号Tmea(θ1,L,λ)和Tmea(θ2,L,λ)以及步骤六中的样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)，计算获得逆问题算法中的目标函数F1,obj：
步骤八：判断目标函数F1,obj是否小于设定阈值ε1，若是，将步骤四中获得的两组光学常数m(λ)作为真实的球形颗粒光学常数输出，然后执行步骤九；否则返回执行步骤四，并修正设定的待测样本颗粒系在对应波长的光学常数和设定的粒径分布值；
步骤九：利用步骤八中输出的两组真实的球形颗粒光学常数，返回执行步骤四至步骤六，然后执行步骤十；
步骤十：利用透射信号Tmea(θ3,L,λ)以及步骤六中获得的样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)，计算获得逆问题算法中的目标函数F2,obj：
步骤十一，判断步骤十中的目标函数F2,obj是否小于设定阈值ε2，若是，则将步骤九中重新设定的两组粒径分布值作为真实的颗粒系粒径分布值输出，完成球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构；否则返回执行步骤九。
步骤四和步骤七中的逆问题采用蛙跳算法实现。
步骤五中获得计算域内的辐射强度场的具体方法为：
利用下述辐射传输方程计算获得：
式中I(x,θ)为天顶角θ方向x处的辐射强度，x为待求辐射场中位置，I(x,θ′)为θ′方向x处的辐射强度；θ′为待测样本颗粒系内部任意点接收到的辐射入射方向，Φ(θ′,θ)是从θ′方向入射并从θ方向散射出去的待测样本颗粒系的散射相函数。
设定的粒径分布值的计算公式为：
式中a表示待测环形颗粒半径；σ表示待测颗粒粒径的平均几何偏差；表示粒子系的特征尺寸参数，式中R-R表示待测样本颗粒系为Rosin-Rammler分布，N-N表示待测样本颗粒系为正态分布，L-N表示待测样本颗粒系为对数正态分布。
本发明的优点：本发明为一种同时重建球形颗粒系统的光学常数与粒径分布的方法。在测量过程中使用两种不同波长的连续激光照射球形粒子系样本表面，借助探测器测量粒子系不同角度内的透射信号，最后通过逆问题求解技术间接得到粒子系的光学常数以及粒径分布情况。本发明通过建立球形颗粒系不同角度内透射信号测量的正问题和逆问题求解模型，在粒子系的其他参数已知的前提下，提出了运用Mie理论模型结合蛙跳算法基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重建技术。
本发明能够同时反演得到球形颗粒的光学常数以及颗粒系粒径分布情况。其采用连续激光，激光器廉价购买方便，且模型简单，便于理论求解；采用Mie理论模型，该模型是非偏振平面电磁波透射均质球形颗粒时得到的Maxwell方程远场解，能很精确的反映出颗粒的电磁散射特性；采用蛙跳算法，该算法求解优化问题时有简单、高效和灵敏度高等优点。本发明方法为研究球形颗粒的光学常数和粒径分布提供一种快速准确的方法，对航天、国防和民用工业具有十分重要的意义。
附图说明
图1是本发明所述基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法的原理示意图；图中标记1为样本容器，2为光阑，3为透镜，4为探测器。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，它包括以下步骤：
步骤一：将待测颗粒以相同浓度装入厚度为L1的第一样本容器内和厚度为L2的第二样本容器内，使两个样本容器内的待测样本颗粒系呈悬浮状态；
步骤二：利用波长为λ1的连续激光沿第一样本容器的厚度方向垂直照射第一样本容器的左侧表面，并入射至第一样本容器内的待测样本颗粒系，再沿第一样本容器的右侧表面透射输出；调节第一样本容器右侧设置的光阑，获得待测样本颗粒系在第一样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L1,λ1)、Tmea(θ2,L1,λ1)和Tmea(θ3,L1,λ1)，其中θ1＜θ2，并且θ1＜θ3；
再利用波长为λ2的连续激光沿第一样本容器的厚度方向垂直照射第一样本容器的左侧表面，并入射至第一样本容器内的待测样本颗粒系，再沿第一样本容器的右侧表面透射输出；调节第一样本容器右侧设置的光阑，获得待测样本颗粒系在第一样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L1,λ2)、Tmea(θ2,L1,λ2)和Tmea(θ3,L1,λ2)；
步骤三：将步骤二中的第一样本容器替换为第二样本容器，重复步骤二，分别获得待测样本颗粒系在第二样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L2,λ1)、Tmea(θ2,L2,λ1)和Tmea(θ3,L2,λ1)，及待测样本颗粒系在第二样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L2,λ2)、Tmea(θ2,L2,λ2)和Tmea(θ3,L2,λ2)；
步骤四：利用逆问题求解方法设定待测样本颗粒系在对应波长的光学常数为m(λ)为：
m(λ)＝n(λ)+ik(λ)，式中λ＝λ1或λ2；
n(λ)为粒子折射指数，k(λ)为粒子吸收指数，i为虚数单位；
通过Mie理论计算待测样本颗粒系中单个颗粒的吸收截面和散射截面，结合待测样本颗粒系的颗粒总数和设定的粒径分布值，计算获得待测样本颗粒系的吸收系数κa和散射系数κs；
步骤五：针对步骤二中波长为λ1的连续激光与波长为λ2的连续激光分别照射第一样本容器及步骤三中波长为λ1的连续激光与波长为λ2的连续激光分别照射第二样本容器四种情况求解辐射传输方程，获得计算域内的辐射强度场；
步骤六：根据步骤四中获得的待测样本颗粒系的吸收系数κa和散射系数κs以及步骤五中获得的辐射强度场，计算获得样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)：
式中θ0为探测器接收到的透射信号的天顶角，L表示样本容器的厚度，L＝L1或L2；I0,λ是波长为λ的连续激光的强度；Iλ(L,θ)为样本容器右侧边界上散射光的辐射强度；Ic,λ(L,λ)为连续激光沿着入射方向衰减到待测样本颗粒系右边缘时的辐射强度；
步骤七：利用透射信号Tmea(θ1,L,λ)和Tmea(θ2,L,λ)以及步骤六中的样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)，计算获得逆问题算法中的目标函数F1,obj：
步骤八：判断目标函数F1,obj是否小于设定阈值ε1，若是，将步骤四中获得的两组光学常数m(λ)作为真实的球形颗粒光学常数输出，然后执行步骤九；否则返回执行步骤四，并修正设定的待测样本颗粒系在对应波长的光学常数和设定的粒径分布值；
步骤九：利用步骤八中输出的两组真实的球形颗粒光学常数，返回执行步骤四至步骤六，然后执行步骤十；
步骤十：利用透射信号Tmea(θ3,L,λ)以及步骤六中获得的样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)，计算获得逆问题算法中的目标函数F2,obj：
步骤十一，判断步骤十中的目标函数F2,obj是否小于设定阈值ε2，若是，则将步骤九中重新设定的两组粒径分布值作为真实的颗粒系粒径分布值输出，完成球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构；否则返回执行步骤九。
本实施方式的步骤九中，获得的光学常数已作为真实值，不需要再重新假设。
本实施方式首先设计悬浮颗粒系的稳态辐射传输物理模型，然后建立相应的数学模型和求解方法，通过测量得到颗粒系的不同角度内的透射信号，利用逆问题理论模型重建出颗粒系的光学常数以及粒径分布。忽略入射激光对颗粒系的加热作用，被测颗粒系的透射信号测量过程可以被考虑成一个一维稳态纯辐射传输问题。
图1中左侧箭头为连续激光入射方向，右侧箭头方向为透射信号方向，其中实线为探测器可接收到的透射信号方向，虚线为探测器无法接收到的透射信号方向。光阑2为半径大小可调节的透光圆孔。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤四和步骤七中的逆问题采用蛙跳算法实现。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，步骤五中获得计算域内的辐射强度场的具体方法为：
利用下述辐射传输方程计算获得：
式中I(x,θ)为天顶角θ方向x处的辐射强度，x为待求辐射场中位置，I(x,θ′)为θ′方向x处的辐射强度；θ′为待测样本颗粒系内部任意点接收到的辐射入射方向，Φ(θ′,θ)是从θ′方向入射并从θ方向散射出去的待测样本颗粒系的散射相函数。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式三作进一步说明，设定的粒径分布值的计算公式为：
式中a表示待测环形颗粒半径；σ表示待测颗粒粒径的平均几何偏差；表示粒子系的特征尺寸参数，式中R-R表示待测样本颗粒系为Rosin-Rammler分布，N-N表示待测样本颗粒系为正态分布，L-N表示待测样本颗粒系为对数正态分布。
本实施方式中可近似的表示粒子系的峰值粒径。
Claims (4)
1.一种基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一：将待测颗粒以相同浓度装入厚度为L1的第一样本容器内和厚度为L2的第二样本容器内，使两个样本容器内的待测样本颗粒系呈悬浮状态；
步骤二：利用波长为λ1的连续激光沿第一样本容器的厚度方向垂直照射第一样本容器的左侧表面，并入射至第一样本容器内的待测样本颗粒系，再沿第一样本容器的右侧表面透射输出；调节第一样本容器右侧设置的光阑，获得待测样本颗粒系在第一样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L1,λ1)、Tmea(θ2,L1,λ1)和Tmea(θ3,L1,λ1)，其中θ1<θ2，并且θ1<θ3；
再利用波长为λ2的连续激光沿第一样本容器的厚度方向垂直照射第一样本容器的左侧表面，并入射至第一样本容器内的待测样本颗粒系，再沿第一样本容器的右侧表面透射输出；调节第一样本容器右侧设置的光阑，获得待测样本颗粒系在第一样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L1,λ2)、Tmea(θ2,L1,λ2)和Tmea(θ3,L1,λ2)；
步骤三：将步骤二中的第一样本容器替换为第二样本容器，重复步骤二，分别获得待测样本颗粒系在第二样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L2,λ1)、Tmea(θ2,L2,λ1)和Tmea(θ3,L2,λ1)，及待测样本颗粒系在第二样本容器右侧表面透射输出的三个不同角度的透射信号Tmea(θ1,L2,λ2)、Tmea(θ2,L2,λ2)和Tmea(θ3,L2,λ2)；
步骤四：利用逆问题求解方法设定待测样本颗粒系在对应波长的光学常数为m(λ)为：
m(λ)＝n(λ)+ik(λ)，式中λ＝λ1或λ2；
n(λ)为粒子折射指数，k(λ)为粒子吸收指数，i为虚数单位；
通过Mie理论计算待测样本颗粒系中单个颗粒的吸收截面和散射截面，结合待测样本颗粒系的颗粒总数和设定的粒径分布值，计算获得待测样本颗粒系的吸收系数κa和散射系数κs；
步骤五：针对步骤二中波长为λ1的连续激光与波长为λ2的连续激光分别照射第一样本容器及步骤三中波长为λ1的连续激光与波长为λ2的连续激光分别照射第二样本容器四种情况求解辐射传输方程，获得计算域内的辐射强度场；
步骤六：根据步骤四中获得的待测样本颗粒系的吸收系数κa和散射系数κs以及步骤五中获得的辐射强度场，计算获得样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)：
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>e</mi>
<mi>s</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>,</mo>
<mi>L</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mn>0</mn>
<mo>,</mo>
<mi>&lambda;</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>&lsqb;</mo>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<msubsup>
<mo>&Integral;</mo>
<mn>0</mn>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</msubsup>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>&lambda;</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>L</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&theta;</mi>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mi>&theta;</mi>
<mi>d</mi>
<mi>&theta;</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&lambda;</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>L</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>,</mo>
</mrow>
式中θ0为探测器接收到的透射信号的天顶角，L表示样本容器的厚度，L＝L1或L2；I0,λ是波长为λ的连续激光的强度；Iλ(L,θ)为样本容器右侧边界上散射光的辐射强度；Ic,λ(L,λ)为连续激光沿着入射方向衰减到待测样本颗粒系右边缘时的辐射强度；
步骤七：利用透射信号Tmea(θ1,L,λ)和Tmea(θ2,L,λ)以及步骤六中的样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)，计算获得逆问题算法中的目标函数F1,obj：
<mrow>
<msub>
<mi>F</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>b</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>k</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</munderover>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</munderover>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</munderover>
<msup>
<mrow>
<mo>&lsqb;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>e</mi>
<mi>s</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>e</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>e</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>;</mo>
</mrow>
1
步骤八：判断目标函数F1,obj是否小于设定阈值ε1，若是，将步骤四中获得的两组光学常数m(λ)作为真实的球形颗粒光学常数输出，然后执行步骤九；否则返回执行步骤四，并修正设定的待测样本颗粒系在对应波长的光学常数和设定的粒径分布值；
步骤九：利用步骤八中输出的两组真实的球形颗粒光学常数，返回执行步骤四至步骤六，然后执行步骤十；
步骤十：利用透射信号Tmea(θ3,L,λ)以及步骤六中获得的样本容器右侧边界透射信号预测值Test(θ0,L,λ)，计算获得逆问题算法中的目标函数F2,obj：
<mrow>
<msub>
<mi>F</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>b</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</munderover>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</munderover>
<msup>
<mrow>
<mo>&lsqb;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>e</mi>
<mi>s</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>e</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>e</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>;</mo>
</mrow>
步骤十一，判断步骤十中的目标函数F2,obj是否小于设定阈值ε2，若是，则将步骤九中重新设定的两组粒径分布值作为真实的颗粒系粒径分布值输出，完成球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构；否则返回执行步骤九。
2.根据权利要求1所述的基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，其特征在于，步骤四和步骤七中的逆问题采用蛙跳算法实现。
3.根据权利要求1或2所述的基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，其特征在于，
步骤五中获得计算域内的辐射强度场的具体方法为：
利用下述辐射传输方程计算获得：
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>x</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&kappa;</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&kappa;</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>&kappa;</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<msubsup>
<mo>&Integral;</mo>
<mn>0</mn>
<mi>&pi;</mi>
</msubsup>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<msup>
<mi>&theta;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>&Phi;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msup>
<mi>&theta;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mo>,</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>sin&theta;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<msup>
<mi>d&theta;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mo>,</mo>
</mrow>
式中I(x,θ)为天顶角θ方向x处的辐射强度，x为待求辐射场中位置，I(x,θ′)为θ′方向x处的辐射强度；θ′为待测样本颗粒系内部任意点接收到的辐射入射方向，Φ(θ′,θ)是从θ′方向入射并从θ方向散射出去的待测样本颗粒系的散射相函数。
4.根据权利要求3所述的基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法，其特征在于，设定的粒径分布值的计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mi>R</mi>
<mo>-</mo>
<mi>R</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>a</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>&sigma;</mi>
<mover>
<mi>a</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mi>a</mi>
<mover>
<mi>a</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>&sigma;</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msup>
<mo>&times;</mo>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mo>-</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mi>a</mi>
<mover>
<mi>a</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>&sigma;</mi>
</msup>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>,</mo>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mi>N</mi>
<mo>-</mo>
<mi>N</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>a</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<msqrt>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
</mrow>
</msqrt>
<mi>&sigma;</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>a</mi>
<mo>-</mo>
<mover>
<mi>a</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msup>
<mi>&sigma;</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>,</mo>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mo>-</mo>
<mi>N</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>a</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<msqrt>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
</mrow>
</msqrt>
<mi>a</mi>
<mi> </mi>
<mi>l</mi>
<mi>n</mi>
<mi>&sigma;</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>ln</mi>
<mi> </mi>
<mi>a</mi>
<mo>-</mo>
<mi>l</mi>
<mi>n</mi>
<mover>
<mi>a</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>ln</mi>
<mi>&sigma;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>,</mo>
</mrow>
式中a表示待测环形颗粒半径；σ表示待测颗粒粒径的平均几何偏差；表示粒子系的特征尺寸参数，式中R-R表示待测样本颗粒系为Rosin-Rammler分布，N-N表示待测样本颗粒系为正态分布，L-N表示待测样本颗粒系为对数正态分布。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510603970.5A CN105203437B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510603970.5A CN105203437B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105203437A CN105203437A (zh) | 2015-12-30 |
| CN105203437B true CN105203437B (zh) | 2017-11-17 |
Family
ID=54951234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510603970.5A Active CN105203437B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105203437B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106383072B (zh) * | 2016-10-17 | 2019-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 基于多角度光散射-透射法的球形颗粒光学常数与粒径分布同时测量方法 |
| CN106644852B (zh) * | 2016-10-17 | 2019-03-29 | 哈尔滨工业大学 | 基于超短脉冲激光辐照同时获取球形颗粒光学常数与粒径分布的测量方法 |
| CN107271336B (zh) * | 2017-06-13 | 2019-07-09 | 南京航空航天大学 | 基于连续激光多角度散射测量的球形颗粒分形聚集特征参数的反演方法 |
| CN107300514B (zh) * | 2017-06-13 | 2019-07-09 | 南京航空航天大学 | 利用单频调制激光辐照技术测量球形颗粒分形聚集特征参数的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2583666Y (zh) * | 2002-11-20 | 2003-10-29 | 上海理工大学 | 一种基于动态光散射信号分形的颗粒测量装置 |
| CN201145663Y (zh) * | 2008-01-02 | 2008-11-05 | 杨晖 | 一种基于后向光子相关光谱的高浓度超细颗粒测量装置 |
| CN102159934A (zh) * | 2008-09-26 | 2011-08-17 | 株式会社堀场制作所 | 颗粒物性测量装置 |
| CN103472033A (zh) * | 2013-10-09 | 2013-12-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种利用连续激光辐照技术测量球形颗粒光谱复折射率的方法 |
| CN104634705A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-05-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于连续激光的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布的获得方法 |
-
2015
- 2015-09-21 CN CN201510603970.5A patent/CN105203437B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2583666Y (zh) * | 2002-11-20 | 2003-10-29 | 上海理工大学 | 一种基于动态光散射信号分形的颗粒测量装置 |
| CN201145663Y (zh) * | 2008-01-02 | 2008-11-05 | 杨晖 | 一种基于后向光子相关光谱的高浓度超细颗粒测量装置 |
| CN102159934A (zh) * | 2008-09-26 | 2011-08-17 | 株式会社堀场制作所 | 颗粒物性测量装置 |
| CN103472033A (zh) * | 2013-10-09 | 2013-12-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种利用连续激光辐照技术测量球形颗粒光谱复折射率的方法 |
| CN104634705A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-05-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于连续激光的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布的获得方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| retrieval of spherical particle size distribution using ant colony optimization algorithm;Hong Qi等;《CHINESE OPTICS LETTERS》;20131110;第11卷(第11期);第112901-1至112901-5页 * |
| 大气中球形粒子的散射特性研究;刘建斌 等;《应用光学》;20050331;第26卷(第2期);第31-33页 * |
| 气溶胶前向散射大气能见度测量系统传递系数的标定及校准方法;王缅 等;《光学技术》;20080531;第34卷(第3期);第334-337页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105203437A (zh) | 2015-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104634705B (zh) | 一种基于连续激光的球形颗粒光谱复折射率与颗粒系粒径分布的获得方法 | |
| CN105203437B (zh) | 基于前向散射多角度测量的球形颗粒光学常数与颗粒系粒径分布的同时重构方法 | |
| CN106383072B (zh) | 基于多角度光散射-透射法的球形颗粒光学常数与粒径分布同时测量方法 | |
| CN103487356B (zh) | 一种基于短脉冲激光透反射信号的球形颗粒光谱复折射率测量方法 | |
| CN104792672A (zh) | Pm2.5质量浓度的高度分布探测装置及其探测方法 | |
| Liu et al. | A semianalytic Monte Carlo radiative transfer model for polarized oceanic lidar: Experiment-based comparisons and multiple scattering effects analyses | |
| CN107219161A (zh) | 一种基于太赫兹光谱技术的玻璃纤维复合材料孔隙率的检测方法 | |
| Lurton et al. | Light scattering at small angles by atmospheric irregular particles: modelling and laboratory measurements | |
| CN106644852B (zh) | 基于超短脉冲激光辐照同时获取球形颗粒光学常数与粒径分布的测量方法 | |
| CN104515722A (zh) | 一种颗粒粒度及浓度光散射测量方法 | |
| CN105891066A (zh) | 一种颗粒粒度检测装置及检测方法 | |
| CN109061220A (zh) | 一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法 | |
| Zhang et al. | Simultaneous identification of optical constants and PSD of spherical particles by multi-wavelength scattering–transmittance measurement | |
| CN103471968B (zh) | 一种利用单频调制激光辐照技术测量球形颗粒光谱复折射率的方法 | |
| CN203299118U (zh) | 光散射法粉尘浓度测量仪 | |
| Mulholland et al. | Radiometric model of the transmission cell-reciprocal nephelometer | |
| CN107271336B (zh) | 基于连续激光多角度散射测量的球形颗粒分形聚集特征参数的反演方法 | |
| CN103472033B (zh) | 一种利用连续激光辐照技术测量球形颗粒光谱复折射率的方法 | |
| CN107144501B (zh) | 一种利用短脉冲激光测量球形颗粒分形聚集特征参数的方法 | |
| CN103528963A (zh) | 采用多频调制激光加热与光热信息重建技术的半透明材料辐射特性测量方法 | |
| CN103411905B (zh) | 一种基于短脉冲激光辐照及多信息逆问题求解算法的参与性介质辐射特性测量方法 | |
| CN103389272A (zh) | 基于脉冲激光的半透明介质衰减系数和散射反照率的快速测量方法 | |
| Odhiambo et al. | Surface layer scintillometry for estimating the sensible heat flux component of the surface energy balance | |
| CN115266509A (zh) | 一种基于激光雷达的水下垂向悬浮物浓度探测方法及系统 | |
| Guo et al. | Backscattering attenuation characteristics of multi-sized dust particles to pulsed laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |