浑浊介质微粒尺寸、浓度变化的动态散斑测量方法

摘要

本发明公开了一种浑浊介质微粒尺寸、浓度变化的动态散斑测量方法。原理是当激光照射在动态变化的浑浊介质溶液上时，在前向散射场和后向散射场形成动态散斑，动态散斑图的散斑尺寸及对比度值与浑浊介质中微粒尺寸成正比、与浓度成反比。因此，通过计算动态散斑图序列散斑尺寸及对比度值的变化可实时、动态监视浑浊介质中微粒尺寸及浓度的变化。该方法是一种非侵入式检测方法，具有操作简单、适用范围广的特点，可广泛应用于医学生物学、大气环境监测及水下探测等领域。

主权项

1.一种浑浊介质微粒尺寸、浓度变化的动态散斑测量方法，其特征在于包括如下步骤：(1)配制待测浑浊介质溶液：利用分析天平称取一定质量的优级纯待测样品，量取一定体积、密度已知的优级纯溶剂液体，配制成非饱和溶液，计算出溶液中溶质微粒的数量和浓度；(2)选择合适的激光波长、入射角度及偏振方法：激光光源的工作波长在400nm～700nm的范围内选择，激光器发射的激光束经过一起偏元件后变为线偏振光，然后垂直射入浑浊介质溶液中；(3)控制浑浊介质溶液中微粒尺寸及浓度变化的条件，以此改变浑浊介质溶液中微粒数量及浓度；(4)在样品的前向散射场与光轴成一定角度，放置一台CCD相机，记录前向散射散斑场信息；同时，在样品的后向散射场空间也以偏离光轴一定角度放置另一台CCD相机，记录后向散射散斑场的信息；(5)同时，利用(4)中的两台CCD相机以不低于25fps的速率记录散斑图像，经图像采集卡采集后存储进计算机；(6)根据微粒光散射理论，选择前向散射或后向散射散斑图序列进行分析，利用散斑图光强分布的规范化自协方差函数来计算散斑微粒尺寸随浑浊介质溶液的变化，其中，I(x，y)为在坐标点(x，y)处的光强，|…|表示取绝对值，<…>表示空间平均，FT、FT¹分别表示傅里叶变换与傅里叶反变换；当y＝0时，通过C_I(x，y)＝0.5计算在x方向散斑大小的变化；(7)利用散斑统计学中的对比度值公式：计算散斑图序列对比度值随浑浊介质溶液的动态变化；其中，V表示对比度值，I表示散斑图的光强分布，<…>表示空间平均，σ为标准偏差；(8)对同一种浑浊介质溶液进行标定：结合微粒光散射的Mie理论、RTF理论及RTF扩散近似理论，计算在同一条件下浑浊介质中微粒尺寸及浓度的变化规律，验证浑浊介质溶液微粒尺寸和浓度变化的动态散斑方法的可靠性。