微粒群的粒度和溶液的折射率测量的研究

     在工农业生产和科学研究中,光学测量技术以其*的非接触性、高测量精度、易实现不带电测量、良好的重复性和便携性等优点得到广泛的重视和应用,呈现出蓬勃发展的势头。本文的研究内容主要集中在基于Mie氏散射理论的微粒粒径分布的测量和基于光纤Fabry-Perot干涉仪的液体折射率测量两个方面。围绕这两个光电测量手段,本文所做的主要工作和取得的研究成果如下: 一.在微粒粒径分布的测量方面: 1.采用全固态倍频Nd:YAG激光器取代传统的He-Ne激光器作光源,以一维线阵CCD取代传统的同心环光电探测器作为光信号探测器,自行搭建起一套测量微粒粒径分布的光电实验装置。采用中国国家标准物质中心提供的标准颗粒试样进行了单分散体系粒子群的粒度实际测量,从而验证了该实验装置及所建数学模型的可靠性; 2.测定了国家标准物质中心提供的聚苯乙烯小球颗粒的折射率,为其在激光粒度仪的校准等场合的应用提供了一个重要光学参数; 3.在理论上建立了多分散体系粒子群R-R粒径分布条件下的光散射测量的数学模型,并进行了的计算机数值模拟计算。讨论了在随机噪声存在的情况下,待测粒子群真实粒径分布的变化对测量精度的影响问题。该讨论适用于现今静态光散射型激光粒度仪; 4.测量了加湿器产生的多分散体系雾滴群的粒径分布,通过与厂商公布的有关数据相比较,验证了本实验装置及有关算法的有效性。 二.在液体折射率的测量方面: 1.在理论上分析了采用Fabry-Perot干涉仪实现液体折射率高精度测量的原理和可行性; 2.在实验上以单模石英光纤为传光介质,Fabry-Perot干涉仪为传感器件,面阵分体CCD为图像探测系统组成测量装置,对不同浓度的酒精水溶液进行了测量。给出了测量过程中的干涉环图样的动态变化过程。实验的初步结果证明,采用该系统可以探测到10-5数量级的折射率变化量,相应的体积浓度变化量约在0.04%左右,达到设计目的。