粉尘颗粒光散射测量技术研究
大气中的粉尘颗粒严重危害人类健康和财产安全，粉尘颗粒的测量已引起国家的重视。实现粉尘颗粒快速、准确测量对于能源、材料、制造业、化工、环境等领域的发展具有重要意义。由于光散射法具有装置简单、精度高、灵敏度高等优点，在近几年已得到广泛应用。 本文研究了 Mie散射理论、Fraunhofer 衍射理论，分析了多颗粒系的散射光能分布的推导，实现了 Lentz连分式法计算 Mie散射理论的数值。在函数约束反演算法方面，先介绍了正则化理论及其参数的选择，传统的智能算法反演时存在鲁棒性差和易陷入局部最优的问题，针对这些缺点，本文提出将正则化理论与细菌觅食优化算法相结合的方法，通过引入Tikhonov 平滑泛函来构建目标函数，采用 L 曲线法确定正则化参数；再利用 PSO 和 BFOA 迭代计算来搜寻函数的最优解。对比仿真实验结果，表明 BFOA反演颗粒粒度比较成功，稳定性很好，且具有较好的鲁棒性。另外，在无约束反演算法方面，提出了 NNPT算法的自迭代改进方法，分析对比改进前后仿真结果，改进后 NNPT反演精度明显提高，且稳定性较好，并进一步分析了系数矩阵性态的改进原因。 本文设计并实现了粉尘颗粒测量系统及其测量软件，实现了参数设置、测量控制、数据采集、反演计算、结果显示与保存的功能。该系统搭建了实验平台，对国家标准颗粒进行了实验测量。实验结果表明，该测量系统能成功反演国家标准颗粒的中值粒度及粒度分布，速度快，精度高。测量得到D50的相对误差均小于2%，这符合相应国家标准GB/T 19077. 1-2008，D50的相对误差在3%以内的要求。
光散射法;粉尘颗粒;反演算法
中国计量大学
硕士
仪器仪表工程
郭天太;茅振华
2017
中文
X831
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）