Difference scattering field properties between periodic defect particles and three-dimensional slightly rough optical surface

Based on the practical situation of nondestructive examination, the calculation model of the composite scattering is established by using a three-dimensional half-space finite difference time domain, and the Monte Carlo method is used to solve the problem of the optical surface with roughness in the proposed scheme. Moreover, the defect particles are observed as periodic particles for a more complex situation. In order to obtain the scattering contribution of defects inside the optical surface, a difference radar cross section is added into the model to analyze the selected calculations on the effects of numbers, separation distances, different depths and different materials of defects. The effects of different incident angles are also discussed. The numerical results are analyzed in detail to demonstrate the best position to find the defects in the optical surface by detecting in steps of a fixed degree for the incident angle.

Light scattering:A review of particle characterization applications

This review covers the progress of light scattering applications in the field of particle characterization in the past decade. The review addresses static light scattering （the measurement of scattering intensities due to light-particle interaction at various spatial locations）, dynamic light scattering （the measurement of scattering due to light-particle interaction as a function of time）, and scattering tracking analysis （the tracking of particle movement through scattering measurement）.

Development of Laser-Based Handheld Aerosol Particle Counter

The JC-CA300 handheld Aerosol particle counter is designed and developed based on light scattering principle. The JC-CA300 counter is composed of optical sensor, DSP component and microprocessor unit. The hardware architecture is designed in compact style by SMT IC chips. The whole counter weight is less than 2 pounds. With 32K RAM space, the JC-CA300 can store 500 sampling records and support standard printer and communicate with a computer through RS232 interface. Based on experimental results, the main performance of JC-CA300 is better than that of the ARTI＇S HHPC-6 instrument.

新型光学颗粒计数器研制及在医药分析中应用

通过对一种高精度的光学法颗粒计数器原理、研制、验证和应用过程的描述,展示一种新的光阻法与散射法相结合的测量方式,提升测量范围和精度,尤其是设计厚度仅为20μm的片状光源,提升计数效率。此外,在信号处理上采用了平滑比较器的数学模型,既能有效过滤噪声信号,又能精确提取有效信号的数量与高度,准确测量颗粒数量与粒径,95%重合误差极限为45000个/mL,对1.6、4.8、8、16、32μm五种标准粒径物质混合测试,可以得到准确的五峰分布。对氯化钠注射液和脂肪乳进行测量验证,三个厂家的0.9%氯化钠注射液的不溶性微粒含量达到药典要求,三种脂肪乳样品,G1和G2的PFAT5<0.05%,符合药典要求,合格;而样品G3的PFAT5>0.05%,不符合药典要求,不合格。以上表明该仪器在医药领域具有良好的应用前景。

雾滴谱仪的标准粒子计数校准测量与反演

为了提高国产雾滴谱仪的雾滴粒子粒径测量准确性,采用标准粒子进行雾滴谱的散射响应测试,并用最小均方算法对实际测量的雾滴谱的散射响应信号进行了反演,通过理论分析与实验验证,取得了最小均方算法在不同标准粒子响应信号下的粒径反演数据。结果表明,最小均方算法对标准粒子分布的反演能够减小粒径的分布误差,使不同尺寸的粒子得到准确区分,尺寸区分精度可以达到1μm。该研究为雾滴谱仪的精度提升提供了参考。

双散射角光学粒子计数器的研制

为了实现同时测量气溶胶粒子的谱分布和折射率,研制了一种新的双角度光学粒子计数器(D-OPC),该计数器采用60°和110°双散射角系统对气溶胶谱分布进行测量。利用Mie散射理论定义敏感函数,选取两个最佳的散射角,使其既对折射率敏感又不线性相关。然后,利用气溶胶折射率对两个散射角系统敏感性的差异来反演气溶胶折射率。最后,利用该仪器对大气气溶胶谱分布以及折射率进行实际测量。与TSI公司黑炭仪和浊度计测量的吸收系数和散射系数对比表明,双散射角光学粒子计数器测量气溶胶折射率和谱分布结果合理,测量误差<20%,可以满足同时测量气溶胶粒子谱分布和折射率的需要。

光源的偏振态对动态光散射颗粒测量结果的影响

研究了在动态光散射纳米颗粒测量中,光源的偏振态对测量结果的影响。采用了粒径为100nm、体积浓度为0.5%的标准颗粒作为样品,使He-Ne激光通过起偏器得到0°～180°方向的偏振光,测量了散射光强、偏振度和粒径测量值的变化,计算了相应的粒径均值偏差和标准差,并将这一结果与无偏振He-Ne激光入射进行了比较。结果表明,当入射光为线偏振光时,偏振方向垂直于散射面时测量效果最好;另一方面,由于颗粒系散射迭加造成的散射光偏振度降低,使线偏振光源与无偏振光源产生的散射光偏振度无明显差别,证明在测量中可以使用无偏振He-Ne激光代替。

基于偏振门的动态光散射颗粒测量法的研究

为了解决动态光散射纳米颗粒测量技术无法测量高浓度颗粒粒径的难题,提出了一种基于偏振门的动态光散射测量法。从动态光散射和Mie理论出发,理论分析了在高浓度溶液下多重散射效应对散射光偏振态和颗粒粒度测量结果的影响。根据散射光偏振特点,结合偏振门检测技术,改进了传统的动态光散射光学系统。实验研究了在低浓度和高浓度溶液时,不同偏振角度下的散射光强和粒度测量值,完善了散射光的偏振理论。采用90°偏振门检偏,通过各种浓度下的实验,证明了方法的可行性。该方法较之目前同类方法具有原理和结构简单,系统易于维护的特点。

LED光源光学粒子计数器的研制

为了提高光学粒子计数器的测量性能,克服白炽灯和激光作光源带来的缺点,研制了一台光学粒子计数器。基于Mie散射原理测量粒子的粒径,以发光强度高、发光波长宽的LED为光源,具有白炽灯和激光作光源无法达到的使用寿命长和响应曲线单调的优点。与浊度计测量结果对比表明:该仪器的测量误差在15%以内,测量结果合理。由于该仪器光源使用寿命是白炽灯的60倍,可以根据需要对测量粒径任意分道,所以该仪器适用于测量和研究大气气溶胶粒子谱分布。

粒子计数器的一种新型光学传感器设计

针对已有光学粒子计数器传感器易受颗粒形状、折射率及光敏区位置的影响,设计了一种新型的光学粒子计数器的传感器。首先,利用旋转对称椭腔镜接受系统,扩大光接受的空间角,减小颗粒形状及折射率的影响,基于T矩阵理论,对不同折射率、不同形状及不同取向的非球形颗粒的接受光能量与粒度的关系的计算显示,本接受系统接受的光能量与粒径的关系单调性优良,可减小颗粒形状及折射率对测量的影响,提高仪器的精度及灵敏度。其次,利用非球面透镜与柱面透镜组合光学器件提高半导体激光束的光强均匀性,减小颗粒在光敏区位置不同带来的影响,Zemax光学设计软件的模拟计算显示,采用该光学组合器件后,光敏区光强的均匀性得到显著提升,光敏区位置造成的不利影响基本得到消除。然后,介绍了采用上述设计的传感器整体结构。最后,进行了实验验证,结果表明本传感器具有更佳的性能。此外,本传感器也具有简洁、便携、价廉的优点,应用价值较高。

0.1μm 尘埃粒子计数器光学传感器

本文分析了首台国产０１μｍ尘埃粒子计数器中光学传感器设计与研制中的关键技术问题。详细研究了半内腔激光器腔内杂散光的分布特征，结合旋转椭球面反射镜聚光系统的大立体角反射共轭成像弥散斑分布的计算结果，设计了具有高信噪比输出的大立体角矩形光敏区共轭成像空间滤波光阑系统。

形体细胞的MCEM模型及其光散射分布特征

针对光散射细胞微粒测量中真实形体细胞的取向对测量结果的影响问题,基于R ay leigh-D ebye-G ans理论和双椭球核式(CEM)模型在应用中的差异,建立了CEM的修正模型(M CEM),根据此模型系统讨论了细胞在不同入射角变化情况下其光散射强度分布所产生的变化,得到了不同入射角下有核细胞光散射强度分布与有核细胞相关物理特征量的动态响应关系;此外,对有核细胞光散射强度分布进行拟合,得到了有核细胞光散射强度分布函数。误差分析表明:拟合结果可有效地应用于真实细胞光散射测量中的数值反演计算。

利用光散射特性研究光学表面中瑞利缺陷粒子的方位诊断

基于偏振双向反射分布函数,从理论上推导了瑞利缺陷粒子分别位于光学表面上方和基底内部的散射场,研究了光学表面瑞利缺陷粒子的方位诊断问题.通过对不同波长下冗余缺陷粒子位于不同方位时双向反射分布函数pp项的分析与讨论实现对缺陷位置的初步判断.结果表明,SiO2瑞利缺陷粒子位于裸基底上方时,双向反射分布函数pp项受波长影响的敏感程度远大于位于SiO2涂覆上方时,可以通过测量缺陷粒子对波长变化的敏感程度判断缺陷粒子的大致方位;当缺陷粒子在Si基底下方时,方位角的凹痕出现在85°到90°之间,当缺陷粒子在SiO2涂层下方时,方位角的凹痕出现在70°左右,因此,可以根据方位角凹痕位置的不同实现对缺陷粒子方位的进一步诊断.

LAMOST高分辨率光谱仪杂散光分析

为了提高LAMOST-HRS (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope-High Resolution Spectrograph)光谱分辨率以及光谱仪效率,并建立一套可在仪器概念设计阶段分析杂散光的方法,开展了在不进行BSDF测量的前提下,对系统杂散光建模、分析的研究。首先根据粗糙度测量数据计算关键参数,构建Harvey散射模型。接着通过显微镜观察光学面,由MATLAB进行图像处理获取最大颗粒直径,构建颗粒污染散射模型。然后导入光谱仪镀膜、光学元件、机械结构。对机械结构进行简化以提高分析效率。最后预估杂散光背景,分析杂散光路径与组成。结果表明,LAMOST-HRS杂散光主要由光学面散射引起,杂散辐射率为2.55%,信噪比为16.01 d B,达到设计指标要求。

光学表面冗余粒子在离轴及斜入射高斯波束作用下的辐射力

针对光学表面冗余粒子的清除问题,通过离轴高斯波束的球矢量波束展开方法,研究了介质球对离轴及斜入射高斯波束的散射特性;基于得到的结果结合连带勒让德函数的正交递推关系推导了离轴高斯波束对介质球的横向和轴向辐射力的解析表达式,并重点分析了离轴距离和高斯波束斜入射角度分别对轴向辐射力和横向辐射力的影响。结果表明,离轴入射时,在束腰负半轴2μm处出现一个总力极大值,过束腰零点后5μm处出现一个反向次大值点;高斯波束斜入射时,辐射力在束腰中心前后各出现一个极大值,随着入射角的增大,曲线整体下移减小,辐射力极大值所对应的Z0位置固定。得到的结论可用于无损检测工程中,即通过调节高斯波束束腰位置可提高对冗余粒子驱逐和控制的效率。

非球形小粒子的光散射特性

推导了单色平面波照射下任意形状小粒子的解析散射振幅函数。分析表明,除非折射指数趋近于1,非球形小粒子与同质等体积球的光散射不等效。

双角度光学粒子计数器标定研究

针对光学粒子计数器的标定对其测量精度的重要性,根据球形粒子的Mie散射理论对双角度光学粒子计数器的标定进行了研究,对标定过程中的一些现象进行了理论分析。通过对它们的研究以及对标定的分析可以对双角度光学粒子计数器测量数据的合理性进行判断,这对光学粒子计数器的研制和标定是很有意义的。

光散射粒子计数器校正的讨论

通过对一种光散射式粒子计数器校正方案的讨论,评述了其相对于现行国标的优点,指出其是一种比较可靠和准确的校正方案。

激光光散射系统的标定与调试

激光散射是研究液体中高分子和亚微米颗粒动态行为的最有效方法之一。讨论了标定与调试激光光散射系统的理论依据。结合实践介绍了标定与调试激光光散射系统的原理和方法。给出了一个实际例子。

液体颗粒计数器及应用

主要分析了液体颗粒计数器光阻法和光散射法的计数原理,介绍了液体颗粒计数器在油液污染度检测、水质检测、产品零部件清洁度检测以及过滤性能检测中的应用,最后对比了国内外仪器的现状。