基于Mie散射理论的微球体颗粒半径分析

为高效、经济、准确地对微球体颗粒的半径进行测量,基于Mie散射理论设计了一种测量装置。本文应用Mie散射理论对微球体颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得出了散射光分布与入射光波长、微球体颗粒半径以及微球体相对折射率之间的关系。结果表明:入射光波长越小,散射光能量越集中分布在散射角较小的范围内;相对折射率的变化对散射光分布的影响不大;不同半径颗粒的散射光强的分布差异较大,因此通过测量散射光的分布可以确定微球体颗粒的半径,从理论上证明了该设计方案的可行性。结合理论分析与计算结果设计了一种用于测量微球体颗粒半径的装置,该装置具有结构简单、成本低、效率高等优点,可以用于实际测量,具有一定的实用性。

Mie散射理论测量粒子系复折射率的透射方法

粒子的光学常数并不等同于构成粒子材料的光学常数,而通过粒子光谱复折射率数据,研究粒子及聚集粒子系的辐射特性,不仅对辐射物性的研究具有较高的理论意义,而且具有广泛的实际应用价值。粒子的复折射率不能直接通过实验测量(没有直接测量的仪器),须由实验测定其他量,然后结合相应的理论模型反求,属反问题研究。用简化的Mie散射理论及Kramers-Kronig关系式,利用傅里叶红外光谱仪对Al2O3粒子及煤灰粒子进行透射率实验测量,结合相应的理论模型,反演Al2O3粒子及煤灰粒子的复折射率。并对透射率实验误差对反演结果的影响进行了分析。

基于Mie散射理论的水滴平均直径测量

冰风洞实验时,为了更精确地模拟实验环境,需要精确测量喷头喷出水滴的直径,为此,开发了一套激光束发射装置并基于Mie散射理论编制了水滴直径计算程序.在水滴流场的环境中,激光束发生散射,间隔Δt的时间反复实验获得多个时刻的散射光强分布图.应用自行开发的计算程序对已获得的多组散射光强分布图进行计算处理,得到同一截面不同时刻的多组水滴平均直径.利用Newton插值法对上述多组水滴平均直径进行插值,拟合出不同时刻水滴直径的连续变化曲线,对该曲线求积分平均值,获得该截面水滴的平均直径.为检验实验装置和计算程序的准确性,对某加湿器喷水系统进行实验测量,测量结果与产品说明中提供的数据吻合良好,表明该测量装置和计算程序可行.

基于Mie散射理论的微球体颗粒数值模拟计算和实验研究

应用Mie散射理论,在散射角0～π范围内,模拟微球体颗粒的散射光强度与粒径大小的变化关系,分析了相对折射率的大小对散射光强度的影响;在实验装置条件下,分别模拟了散射光强度与粒径大小的变化关系及2μm、5μm、10μm三种粒子的散射光强度与波长的变化关系。实验验证了数值模拟与实验结果基本一致,也证明实验中粒子散射遵从Mie散射理论模型。

基于Mie散射理论水雾介质红外辐射衰减的校正研究

水雾环境对红外辐射有着较强的衰减作用。在工业生产中水雾环境十分常见,连铸二冷区铸坯的冷却装置采用的就是人工水雾系统,而准确掌握连铸二冷区铸坯表面温度对提高产品质量的稳定性具有重要意义。针对二冷区大量水雾对连铸坯表面非接触式测温存在干扰的问题,提出了一种基于Mie散射理论的校正方法。首先根据现场使用的气水喷嘴进行模拟实验,分析现场水雾的水流分布,建立水雾状态模型;然后分析水雾状态模型下红外辐射的衰减特性,通过模拟试验计算得到相应的消光系数,并利用朗伯比尔定律得到红外辐射衰减的校正因子,将校正因子添加至非接触式红外测温系统中进行实时温度值的校正。研究表明,通过校正因子的导入能够有效地提高非接触式红外测温系统的精度。

基于Mie散射理论的C@H_2O复合粒子散射特性研究

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高,以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用Mie散射理论对C@H_2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计算,首先给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下散射强度分布变化曲线;其次给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下偏振变化情况;最后讨论了光学截面与粒子半径之间的关系。结果表明各参数对前向散射强度影响较大,入射波长越大散射强度越弱,C核半径增大粒子的前向散射增强,水膜厚度增大粒子的前向散射增强,而后向散射无明显影响;入射波长较大时,粒子在多个角度出现线偏振光,入射波长增大、碳核半径变大、水膜厚度增大,偏振度峰值都会增多;随着入射波长的增大,散射截面最大峰值位置向着半径增大的方向移动,并伴随一定的振荡现象,散射和消光截面在碳核半径为0.1μm左右达到最大值。

小粒子Mie散射理论及应用(Ⅰ)

本文详细综述了近几年小粒子Mie散射的理论基础及其发展。

油砂混合水体后向散射系数光谱贡献分离算法Ⅰ:实验理论

在石油类污染水体中,油会吸附在悬浮颗粒物表面而形成一个双层结构,影响水体后向散射系数光谱特征,分离水体石油类物质与悬浮颗粒物对后向散射系数光谱的贡献,能提高水体石油类污染后向散射理论模型的准确性。将美国Wyatt公司生产DAWN HELEOSⅡ18角度散射测量仪、美国SEQUOIA公司生产的LISST-100xB粒径仪和美国Hobilabs公司的后向散射仪HydroScat-6Sprctral Backscattering Sensor(HS6)联动观测,构成后向散射系数光谱测量系统,分别测量不同水样的散射强度电压值、粒径分布及粒径浓度、后向散射系数等参数,提出了利用Mie散射理论计算未知折射系数物质的体散射函数β(λ,θ)的新思路及分离后向散射系数光谱的算法。选择已知折射系数m的石英砂作为颗粒物与采自不同油田区域的油污水进行配比,获取不同特性水样,测定相关数据。首先,根据Mie散射理论计算出各样本对应的水体体积散射函数β(λ,θ);其次,建立的DAWN HELEOSⅡ18角度激光散射仪测定散射强度对应的电压值V(θ)转化为体积散射函数β(λ,θ)的关系式;再次,根据最优化方法估算出油砂混合的等效折射系数mos以及油的折射系数mo;最后,利用β(λ,θ)和估算的mos值及mo计算出各类样本的后向散射系数bb(λ),分别建立油污水bb,o(λ)和石英砂bb,s(λ)与油砂混合总bb,os(λ)的分离算法。分离算法的建立一方面提高了水体石油类污染后向散射理论模型的准确性,另外一方面拓展了米散射理论在海洋水色遥感中的应用。

基于Mie理论的连铸二冷水雾粒子消光特性研究

基于Mie散射理论,建立了连铸二冷区水雾粒子的消光模型,分析了水雾粒子的散射特性,计算了水雾粒子在各粒径和各辐射波长下的消光特性.结果表明,水雾粒子为具有非灰性、参与性特点的弥散系.在模拟工况下,水雾散射角介于0°～2.5°,为强烈前向散射.消光作用随粒径增大而增强,粒径分布是影响水雾消光特性的直接因素.

微粒Mie散射光谱中多峰的成因分析

针对激光散射粒度仪的误差问题进行了分析 ,认为散射光谱的多峰现象是其产生判读误差的主要原因 ,并对其形成的原因进行了详细地讨论 ,指出了要提高测量结果的精确度 ,必须改进其判读方法。

船舰尾流单次散射反照率的理论计算

为研究激光在船舰尾流中传输时的散射效应，利用M ie散射理论对船舰尾流单次散射反照率进行了理论计算．结果表明：气泡半径小于0．6μm时单次散射反照率随半径的增大而增大，半径大于0．6μm时，单次散射反照率随气泡半径增大出现波动并且逐渐减小，直至趋于平稳；船舰尾流单次散射反照率随着折射率虚部和实部的增大而减小，波长在0．4～0．8μm之间时船舰尾流单次散射反照率随波长的增大而增大；船舰尾流单次散射反照率在中心区域和远场区域数值高于近场区域，随深度的增加而增加．

吸收介质的Mie散射光学特性研究

利用M ie散射理论,给出孤立粒子的散射、消光和吸收截面以及散射场强度的计算公式,并对烟灰颗粒的散射场强度随散射角的变化以及内部场强随粒子半径的变化情况进行了讨论。

基于Mie散射的水中油污在线检测技术研究

近年来,陆地、海洋等水体频发漏油污染事件,水中油类污染检测刻不容缓。基于Mie散射原理,提出了一种采用近红外光散射技术实现水中矿物油含量在线检测方法。近红外半导体激光器(LD)发射光照射在待测溶液上,在线阵CMOS感光器件上接收到被测溶液前向小角度连续点散射光,分析、处理散射光分布数据,从而确定水中矿物油的种类及其浓度。实验测定了不同浓度不同种类矿物油样本的散射曲线,验证了理论分析的结果。设计的近红外光散射技术可用于水中油含量的在线监测。

基于MATLAB与LabVIEW的Mie散射参数分析系统

针对激光散射法测量0.1μm^10μm微小球形颗粒过程中,Mie散射理论各参数的分析、计算、最优化选取比较复杂和繁琐,通过收敛速度、折射率和尺度参数测量范围、叠加次数的比较,采用球形粒子Mie散射参量的MATLAB改进算法,结合MATLAB较强的计算能力和LabVIEW良好的图形化界面,进行LabVIEW和MATLAB混合编程。设计了Mie散射理论参数分析系统,系统实现散射系数的计算,并分别对散射系数与颗粒直径关系曲线、散射强度分布曲线、入射光波长与散射光强关系曲线、颗粒直径与散射光强关系曲线、入射光偏振角与散射光强关系曲线进行分析。通过实验结果和结论对比验证系统可行,且散射系数、消光系数和散射光强的计算结果可精确到小数点后17位,从而达到减少大量计算和编程工作的目的。

Ag/Ge核壳颗粒的结构设计及红外光学特性的理论研究

为获得符合光谱选择性辐射红外隐身需求的颗粒,利用Mie散射理论和有限元仿真分别对Ag/Ge核壳结构的红外光学特性进行计算。研究了不同Ag内核和Ge外壳尺寸组合下颗粒消光效率峰值随波长的变化。在6.5μm等值线上等间隔的选取不同尺寸组合,通过对比消光效率曲线确定了0.3/0.848μm的核壳结构为主要研究对象。不同计算方法获得的消光效率曲线形状十分近似,消光峰均位于6.5μm处,消光效率峰值分别为16.6和16.1,验证了计算结果的可靠性。对比颗粒在不同波长入射场下的三维远场辐射及电磁功率损耗情况,发现其在6.5μm处具有更强的辐射强度和功率损耗密度,说明此时颗粒与入射场能够发生强烈的共振作用,可用于该波段红外辐射的选择性吸收。

尾流气泡幕的光散射特性研究

【目的】对不同波长下激光的散射光特性进行研究,旨在选择一种能够识别海上舰船尾部留下的尾迹,并对尾流进行追踪的激光器。【方法】选择自由电子激光器(FEL-YBY)作为光源,与传统的选择He-Ne激光器作为光源进行模拟实验对比分析。通过空气压缩机来控制产生的尾流气泡幕,通过改变气压来探究尾流气泡幕的激光散射特性。【结果】通过理论模拟不同波长下的散射光强,发现随着散射角的增加,散射光强在减小,波长短的散射光强要大于波长长的散射光强,且整体振荡相似。通过实验模拟尾流气泡幕对不同波长的散射光强,发现随着压强的增加,散射光强减小,气泡幕的密度增加,同时散射光强的宽度随着压强增大而变宽,波长短的散射光强峰值宽度比波长长的峰值宽度窄。【结论】通过对尾流气泡幕的光散射特性进行研究,可以为舰船尾流的探测、识别及追踪提供一定的参考。

信息可传递电磁隐身斗篷及其Mie散射分析

根据坐标变换理论和电磁隐身斗篷的设计方法,通过在斗篷层和介质之间增加互补媒质层实现二维不同形状信息可传递电磁隐身斗篷,并通过全波仿真验证了该斗篷具有隐身和信息可传递的特性。然后对二维圆柱形电磁隐身斗篷的散射场进行分析,根据麦克斯韦方程组和波动方程,求解隐身斗篷不同区域的电磁场。通过Mie散射理论和介质分界面上电磁场的边界条件,在理论上证明了隐身斗篷各区域的散射场为0,表明斗篷可以使雷达无法发现斗篷内的介质,即实现介质的完美隐身。

光散射平均值法在线监测颗粒排放物浓度的研究

从Fraunhofer衍射理论的积分变换反演算法出发,提出了一种称为平均值法的烟尘颗粒浓度在线测量新方法。通过测量特定前向小角内光散射积分的强度即可获知被测烟尘的颗粒浓度。与目前常用的测量颗粒浓度的消光法比较,这种方法不需要预先获取颗粒的平均粒径。因此可以用于在线测量。文中用Fraunhofer衍射和Mie散射理论对这一新的测量方法进行了数值模拟验证,确认了该测量方法的正确性及它的适用范围,还进一步在粉尘发生器上进行了实时在线测量的研究,并采用等速采样法对测量系统进行了标定,从而验证了平均值法的可靠性和可行性。

湿度修正的光散射法在现场粉尘监测中的应用

以购物商场等公共场所的环境空气为监测和治理对象,针对喷雾抑尘后空气的粉尘浓度在线监测结果易受高湿度环境影响等问题,利用统计模型法的经验公式对光散射法监测结果进行修正,以克服湿度对粉尘浓度监测准确性的影响。运用国际上规定的粉尘监测的基准方法（滤膜称重法）,对湿度修正光散射法进行平行对比监测试验,试验结果表明修正后的光散射法和滤膜称重法监测结果具有高度一致性。在此研究的基础上,将基于湿度修正的光散射法的粉尘浓度在线监测技术实际应用于某购物商场环境的空气在线监测与治理,取得了良好效果。

舰船尾流的激光散射特性

根据Mie散射理论,在认为气泡不相干的情况下,计算了气泡在不同散射方向的散射强度,得出舰船尾流某个横截面上气泡群的光散射特性;计算结果表明气泡群的后向散射增强非常明显;舰船尾流横截面上尾流中心气泡的散射强度远大于尾流边缘处的散射强度,说明利用舰船尾流中气泡与背景海洋中的气泡对光散射的差异来作为鱼雷自导的一种手段是可行的。