干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量的预估方法技术

本发明专利技术提供一种干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量预估方法，其特点在于通过使用一组代表性样品率定得出微量样品与足量样品平均粒径线性关系的90%置信区间上限用于偏保守估计样品平均粒径量值，求取每一代表性样品平均粒径相对误差最终收敛至

【技术实现步骤摘要】
干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量的预估方法


[0001]本专利技术涉及动态图像法粒度测量
，具体地说是一种干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量的快速预估方法。

技术介绍

[0002]干式动态图像法粒度测量方法广泛应用于河流、河口海岸以及海洋区域的非粘性沉积物粒度测量分析领域。其主要原理在于：将干燥的粒子自由落体传递到LED光源前，使用高速、高灵敏度数码相机捕获粒子图像，之后使用数字图像处理软件提取每个颗粒的轮廓，识别其大小、形状并最终计算出相应的颗粒级配曲线。相对于传统方法而言，干式动态图像的粒度测量方法具有重复性好、可测量参数多的优点，但测量精度和效率与取样量密切相关，取样量越大，拍照检测到的粒子数量越多，测量结果的内符合精度越高，但测量效率越低，相应完成单个样品的测试周期越长。显然，在测量效率和测量精度两个维度的约束下，干式动态图像法粒度测量方法存在最小有效取样量。使用最小取样量的样品基于干式动态图像法测量粒度特征，所得结果精度可控且测量效率最高。海洋地质地球物理调查提出了与最大颗粒直径相关的筛析法粒度测量所需最小取样量估算表格，0.07～25mm最大颗粒直径范围对应最小取样量变动范围可达0.01～10kg。该指导方法不适用于干式动态图像法，其原因在于：一方面，筛析法的最小样品需求量通常数倍于动态图像法；另一方面，筛析法与动态图像法的量程范围不一致。
[0003]目前，尚缺乏预估干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量的指导方法，有限的文献中仍以参照经验取定值或肉眼估计粗细后略有变动的做法为主，缺乏共性和质量控制理论依据。如Favaro等(2020)基于CAMSIZER P4动态图像法粒度仪测量风沙样品粒度时，采用取干燥子样40～60克的做法；Martewicz等(2022)基于Camsizer M1动态图像法粒度仪测量海滩砂样品粒度时，统一使用了150克样品的0.5mm和0.8mm筛间组分；Soria等(2017)基于Retsch Technology CAMSIZER动态图像法粒度仪测量海岸带沉积物粒度时使用的干燥子样质量则介于50～100g。
[0004]因此，非常有必要提出一种干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量的快速预估方法，基于该方法预估最小有效取样量制备样品，然后采用干式动态图像法开展粒度测量实验，可以在保证精度的前提下显著提高干式动态图像法测量沉积物颗粒粒度的作业效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提出的一种干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量预估方法，采用微量样品与足量样品平均粒径线性关系的90％置信区间上限用于偏保守估计样品平均粒径量值的方法，求取每一代表性样品平均粒径相对误差最终收敛至
±
5％时的临界质量，从而获得最小有效取样量的偏保守估算经验公式，实现基于微量样品快速测量结果保守估算出最小有效取样量，进而基于估算结果配制样品并采用干
式动态图像法开展粒度测量实验，在保证精度的前提下可显著提高干式动态图像法测量沉积物颗粒粒度的作业效率，方法简便，使用效果好，具有广泛且良好的应用前景。
[0006]实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量预估方法，其特点是通过使用一组代表性样品率定得出微量样品与足量样品平均粒径线性关系的90％置信区间上限用于偏保守估计样品平均粒径量值，以及求取每一代表性样品平均粒径相对误差最终收敛至
±
5％时的临界质量，从而获得最小有效取样量的偏保守估算经验公式，实现基于微量样品快速测量结果保守估算出最小有效取样量，进而基于估算结果配制样品并采用干式动态图像法开展粒度测量实验，该预估方法具体包括下述步骤：
[0007]1)使用不同粒径的代表性沉积物样品基于干式动态图像法测量装置测量其粒度特征，率定获得最小有效取样量估算经验公式；
[0008]2)取微量未知待测样品基于干式动态图像法快速测量其粒度特征，估算其最小有效取样量；
[0009]3)称取最小有效取样量的未知待测样品，基于干式动态图像法正式测量其粒度特征。
[0010]所述步骤1)提供一种使用代表性沉积物样品率定获得最小有效取样量估算估算经验公式，具体包括下述步骤：
[0011]步骤101：制备n个由细及粗的α克代表性沉积物样品干样作为标准样品，各样品标记为S1，S2，...，S
n
。
[0012]步骤102：将第i(i＝1，2，...，n)个标准样品S
i
随机取微量(βg)制备子样S
(i，1)
，基于干式动态图像法粒度仪器测量该子样的粒度特征，得微量子样S
(i，1)
的平均粒径快速测试值Dm
(i，1)
。
[0013]步骤103：从步骤102的S
i
标准样品中随机取样γg混合至子样S
(i，1)
，得S
i
标准样品的第j个子样S
(i，j)
，基于干式动态图像法粒度仪测量该子样的粒度特征，得S
(i，j)
子样的平均粒径Dm
(i，j)
。
[0014]步骤104：重复步骤103，直至S
i
标准样品全部添加完，得S
i
标准样品质量由少到多的m个子样的平均粒径序列[Dm
(i，1)
，Dm
(i，2)
，...，Dm
(i，m)
]，对应子样质量序列[β，β+γ，β+2γ，...，α]。
[0015]步骤105：计算S
i
标准样品每一子样相对于全样平均粒径测量值的相对误差Err
(i，j)
，得S
i
标准样品质量由少到多的m个子样的平均粒径误差序列[Err
(i，1)
，Err
(i，2)
，...，Err
(i，m)
]，对应子样质量序列[β，β+γ，β+2γ，...，α]，所述相对误差Err
(i，j)
由下述(a)式计算：
[0016][0017]步骤106：根据步骤105所得子样平均粒径误差序列与对应的子样质量序列，插值计算平均粒径误差末次收敛至
±
5％时的样品临界质量作为S
i
标准样品的最小有效取样量Wcr
(i＝1，2，...，n)
。
[0018]步骤107：重复步骤102至步骤106，直至获得所有n个标准样品的βg微量子样平均粒径Dm
(i，1)
、全样平均粒径Dm
(i，m)
和最小有效取样量Wcr
(i)
。
[0019]步骤108：以βg微量子样平均粒径Dm
(i，1)
为自变量，全样平均粒径Dm
(i，m)
为因变量，计算Dm
(i，1)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量预估方法，其特征在于该预估方法具体包括下述步骤：1)使用不同粒径的代表性沉积物样品基于干式动态图像法测量装置测量其粒度特征，率定获得最小有效取样量估算经验公式；2)取微量未知待测样品基于干式动态图像法快速测量其粒度特征，估算其最小有效取样量；3)称取最小有效取样量的未知待测样品，基于干式动态图像法正式测量其粒度特征。2.根据权利要求1所述的干式动态图像法粒度测量所需最小有效取样量的预估方法，其特征在于所述步骤1)的率定获得最小有效取样量估算经验公式具体包括下述步骤：步骤101：制备n个由细及粗的α克代表性沉积物样品干样作为标准样品，各样品标记为S1,S2,
…
,S
n
，其中，α的取值范围为30～150g；步骤102：将第i(i＝1,2,
…
,n)个标准样品S
i
随机取βg制备子样S
(i,1)
，基于干式动态图像法粒度仪器测量该子样的粒度特征，得微量子样S
(i,1)
的平均粒径快速测试值Dm
(i,1)
，即β克微量子样平均粒径Dm
(i,1)
，所述β微量子样的取值范围为2～5g；步骤103：从步骤102的S
i
标准样品中随机取样γ克混合至子样S
(i,1)
，得S
i
标准样品的第j个子样S
(i,j)
，基于干式动态图像法粒度仪测量该子样的粒度特征，得S
(i,j)
子样的平均粒径Dm
(i,j)
，即γ克微量子样平均粒径Dm
(i,j)
，所述γ微量子样的取值范围为5～10g；步骤104：重复步骤103，直至S
i
标准样品全部添加完，得S
i
标准样品质量由少到多的m个子样的平均粒径序列[Dm
(i,1)
,Dm
(i,2)
,
…
,Dm
(i,m)
]，以及对应子样质量序列[β,β+γ,β+2γ,
…
,α]；步骤105：计算S
i
标准样品每一子样相对于全样平均粒径测量值的相对误差Err
(i,j)
，得S
i
标准样品质量由少到多的m个子样的平均粒径误差序列[Err
(i,1)
,Err
(i,2)
,
…
,Err
(i,m)
]，对应子样质量序列[β,β+γ,β+2γ,
…
,α]，所述相对误差Err
(i,j)
由下述(a)式计算：步骤106：根据步骤105所得子样平均粒径误差序列[Err
(i,1)
,Err
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李为华，谭子杰，张丹，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：