【技术实现步骤摘要】
一种面向动态光散射测量的双分散系粒径精确反演算法
[0001]本专利技术属于纳米颗粒粒径检测
,特别涉及一种面向动态光散射测量的双分散系粒径精确反演算法。
技术介绍
[0002]动态光散射技术是一种快速有效的测量纳米及亚微米级粒径颗粒的有效方法,被广泛应用在医学、化学、生物和高分子材料等领域。当激光器发出激光入射到样品池中正在做布朗运动的纳米颗粒时,颗粒的散射光信号围绕某一平均值随时间不断的波动。布朗运动的快慢与颗粒粒径有关,因此散射光信号的波动包含颗粒粒度信息。通过测量液体样品中颗粒散射光强随时间的变化曲线得到光强的自相关函数,并通过反演算法拟合得到颗粒的粒径信息。
[0003]从散射光相关函数获得颗粒粒度分布需要求解第一类Fredholm积分方程,这是一个典型的不适定问题。由于该方程的病态解问题,颗粒粒度的反演一直是动态光散射法纳米颗粒测量技术中的难点。为了得到准确的粒径分布,先后提出了多种基于不同原理的粒径反演方法,如累积分析法、加权贝叶斯反演算法、非负约束最小二乘法等。2008年,刘桂强等在《光电工程》中公开了一种基于累积分析法的颗粒粒径反演方法,采取了自动斜率法确定基线值并对颗粒粒径进行反演。2020年,梁一卓等在《光子学报》第49卷第10期提出了加权贝叶斯反演算法,实现了单峰体系的宽分布及窄分布的粒度反演。2021年,申晋等在专利技术专利CN113552031A中利用非负最小二乘法求解得到颗粒单、双峰粒径分布。然而,加权贝叶斯反演算法存在迭代次数多、收敛速度较慢的问题;累积法只能准确检测单分 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向动态光散射测量的双分散系粒径精确反演算法,其特征在于,首先,通过对光电探测器采集到的散射光强数据进行自相关计算得到散射光强自相关函数;然后,对归一化光强自相关函数进行拟合处理,从而更加准确地获得衰减线宽系数;最后,通过Stokes
‑
Einstein公式得到双分散系颗粒粒径测量结果。2.根据权利要求1所述的一种面向动态光散射测量的双分散系粒径精确反演算法,其特征在于,具体步骤如下:第一步:散射光数据采集与处理采集散射光强信号,设置光子采集频率f,相关时间τ、采样时间t,相关器通道数M,确定散射光强脉冲序列W=[w1,w2,w3,...w
n
]
T
,w
n
表示光子脉冲数量,n表示光子计数器在采样时间内的采样点数量;通过对脉冲序列W进行自相关运算得到数组τ
m
表示通道m的相关时间,m=(1,2,
…
M),并对其进行归一化处理得到自相关数组G(τ
m
);第二步:基于Levenberg
‑
Marquardt算法的光强自相关函数反演初值在动态光散射测量过程中,对满足高斯分布的光场,多分散颗粒系的归一化光强自相关函数为单指数加权之和;双分散颗粒系归一化光强自相关函数g(τ)表示为:其中,c1=g(Γ1)、c2=g(Γ2),表示两种不同粒径颗粒的衰减线宽函数;τ表示相关时间;Γ
i
=D
i
q2表示颗粒的散射光衰减线宽,i=1,2表示不同粒径颗粒种类;其中:D
i
表示颗粒在溶液中的扩散系数,表示散射矢量的大小,λ表示激光在真空中的波长,n0表示分散介质的折射率,θ表示散射光与入射光之间夹角;令m=(1,2,
…
M),M表示通道数,两边取对数并进行移项得ln[G(τ
m
)]=ln c0‑
Γ0τ
m
,获得迭代初值c
1(0)
=c
2(0)
=c0,Γ
1(0)
=Γ
2(0)
=Γ0;计算得到衰减线宽Γ1、Γ2的最优解;第三步:计算双分散系颗粒粒径;根据上述通过Levenberg
‑
Marquardt算法对于光强自相关函数的反演结果得到衰减线宽的最优拟合解Γ1、Γ2,通过Stokes
‑
Einstein公式即得到双分散...
【专利技术属性】
技术研发人员:廉盟,乔智发,曹暾,张心怡,邓孟超,苏莹,张静谧,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:
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