微粒群的粒度和溶液的折射率測量的研究

     在工農業生產和科學研究中,光學測量技術以其*的非接觸性、高測量精度、易實現不帶電測量、良好的重復性和便攜性等優點得到廣泛的重視和應用,呈現出蓬勃發展的勢頭。本文的研究內容主要集中在基于Mie氏散射理論的微粒粒徑分布的測量和基于光纖Fabry-Perot干涉儀的液體折射率測量兩個方面。圍繞這兩個光電測量手段,本文所做的主要工作和取得的研究成果如下: 一.在微粒粒徑分布的測量方面: 1.采用全固態倍頻Nd:YAG激光器取代傳統的He-Ne激光器作光源,以一維線陣CCD取代傳統的同心環光電探測器作為光信號探測器,自行搭建起一套測量微粒粒徑分布的光電實驗裝置。采用中國國家標準物質中心提供的標準顆粒試樣進行了單分散體系粒子群的粒度實際測量,從而驗證了該實驗裝置及所建數學模型的可靠性; 2.測定了國家標準物質中心提供的聚苯乙烯小球顆粒的折射率,為其在激光粒度儀的校準等場合的應用提供了一個重要光學參數; 3.在理論上建立了多分散體系粒子群R-R粒徑分布條件下的光散射測量的數學模型,并進行了的計算機數值模擬計算。討論了在隨機噪聲存在的情況下,待測粒子群真實粒徑分布的變化對測量精度的影響問題。該討論適用于現今靜態光散射型激光粒度儀; 4.測量了加濕器產生的多分散體系霧滴群的粒徑分布,通過與廠商公布的有關數據相比較,驗證了本實驗裝置及有關算法的有效性。 二.在液體折射率的測量方面: 1.在理論上分析了采用Fabry-Perot干涉儀實現液體折射率高精度測量的原理和可行性; 2.在實驗上以單模石英光纖為傳光介質,Fabry-Perot干涉儀為傳感器件,面陣分體CCD為圖像探測系統組成測量裝置,對不同濃度的酒精水溶液進行了測量。給出了測量過程中的干涉環圖樣的動態變化過程。實驗的初步結果證明,采用該系統可以探測到10-5數量級的折射率變化量,相應的體積濃度變化量約在0.04%左右,達到設計目的。