【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光颗粒粒度测量，具体涉及一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法。
技术介绍
1、颗粒粒度测量对于评价颗粒材料的物理化学性质，指导工业生产具有重要意义，其中对颗粒粒径实现快速、准确的测量是颗粒粒度测量的一个关键问题。在诸多颗粒粒度测量方法中，基于激光的衍射散射法因具有测量速度快、精度高、重复性好、非接触等优点而得到广泛的应用。基于激光的衍射散射法颗粒粒度测量方法通过采集颗粒在前向小角度范围的散射光能分布信号实现对颗粒粒度分布的测量，但是在该测量方法中，由于基于散射光能分布反演粒度分布的问题属于第一类fredholm积分问题，不能直接给出问题的解析解，只能使用寻优反演方法求得最优近似解；同时由于环境光噪声和信号处理电路噪声的存在，会对粒径分布的反演产生很大影响。如何开发稳健的粒度反演方法来降低噪声的影响，实现快速、准确的数据处理是衍射散射法颗粒粒度测量技术中的关键问题。
2、反演方法按照是否已知颗粒粒度分布类型这个先决条件分为独立模式方法和非独立模式方法。独立模式方法不需要预先掌握颗粒的信息，理论上可以获取任意颗粒系的粒度分布，但这类方法对噪声和粒度分布曲线宽度极其敏感，容易造成粒度测量结果的严重失真。非独立模式方法又称为函数限定法([1]王雪艳，基于米氏散射理论的粒度测试算法研究[d]，西安工业大学，2011)，通常用于已知颗粒的粒度分布满足某种分布函数，然后在数学函数模型的基础上进行求解，该类方法收敛速度快，抗噪能力更强。
3、然而传统非独立模式粒度反演方法存在多个局限性，比如
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法，不需要已知被测颗粒系统的分布函数类型，将分布函数类型设定为高斯混合分布，反演寻优方法采用改进蜂群方法，能够有效抑制信号噪声，实现对复杂多峰函数中多分布参数的高精度反演，精确测量颗粒粒度分布。
2、为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法，基于衍射散射法颗粒粒度分布测量装置实施，衍射散射法颗粒粒度分布测量装置包括依次设置的激光器1、第一光阑2、第一透镜3、第二光阑4、第二透镜5、待测样品区域6、傅里叶接收透镜7和多元光电探测器8；激光器1采用可见光激光光源，第一光阑2为圆孔光阑，第一透镜3和第二透镜5共焦点放置，并与在焦点位置处放置的第二光阑4一起组成激光的扩束准直系统；待测样品区域6采用透明比色皿或者样品循环系统的一部分，用于放置静态或动态待测样品；傅里叶接收透镜7将衍射散射光信号聚焦到放置在傅里叶共轭平面上的多元光电探测器8上，多元光电探测器8是接收衍射散射光强分布的光探测器整列，为环形光电池探测器或平面电荷耦合器件。
4、一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法，包括以下步骤：
5、1)计算衍射散射法测量颗粒粒度分布的光能分布系数矩阵t，光能分布系数矩阵t是一个大小为m×k的矩阵，m为多元光电探测器环总数，k为粒径分档总数；
6、
7、第i行，第n列的元素ti,n计算公式为：
8、
9、ti,n物理意义是单位重量的直径为di的颗粒所产生的衍射光落在多元光电探测器第n环上的光能量，计算公式中j0、j1分别是零阶贝塞尔函数和一阶贝塞尔函数，xi,n,1＝πdisn,1/λf，xi,n,2＝πdisn,2/λf；其中sn,1、sn,2(n＝1,2…)为多元光电探测器各环内外半径向量、λ为光源波长、f为透镜焦距；
10、2)定义反演问题的目标函数，按照非独立模式方法目标函数的定义方法，将目标函数定义为光能分布列向量的测量值emn与计算值ecn的残差即：
11、
12、3)将分布函数模型确定为如下的高斯混合分布模型：
13、
14、其中，ai(i＝1,2…n)为各子体的相对含量，即权向量，μi(i＝1,2…n)为各子体的平均粒度，即均值向量；σi(i＝1,2…n)为各子体的分散程度，即标准差向量，且σi＞0；f(d,μi,σi)为具有期望值μi和标准差σi的高斯分布函数，m为混合母体中的子体数；比如：子体数m取作3，则寻找的分布参数有(μ1,σ1,a1；μ2,σ2,a2；μ3,σ3,a3)共9个；
15、4)采用改进蜂群方法寻找分布参数：
16、定义问题和方法参数：目标函数cost_function为步骤2)中确定的目标函数；分布参数的取值范围设定为[varmin,varmax]，varmin和varmax分别是以步骤3)中各个分布参数的下限值和上限值为元素的矩阵，两个矩阵大小为varsize；方法参数：蜂群大小npop、最大迭代次数maxit和理想精度precision；
17、种群初始化：创建大小为npop×1的结构体作为种群pop，每个结构体包含position和cost两个字段，position代表参数矩阵，cost代表由对应的参数矩阵计算得到的目标函数值，pop(i).position、pop(i).cost分别是第i只蜜蜂携带的参数矩阵和目标函数值；采用随机函数生成一系列随机数，以varmin与varmax为上下限，以varsize为数组维度，给每只蜜蜂分配参数取值范围内的随机参数矩阵pop(i).position并计算初代种群的目标函数值pop(i).cost，其公式为：
18、pop(i).cost＝costfunction(pop(i).position).
19、迭代优化参数矩阵：整个迭代过程分为采蜜蜂阶段和跟随蜂阶段；采蜜蜂阶段各个蜜蜂对参数矩阵进行局部搜索，根据当前蜜蜂pop(i)与另一随机蜜蜂pop(k)确定局部搜索范围，将phi参数设置为以-1与1为边界的均匀分布随机数，搜索公式为：
20、new_bee.position＝pop(i).position+phi*(pop(i).position-pop(k).position.
21、根据贪婪原则，比较新蜜蜂new_bee和当前蜜蜂pop(i)的目标函数值，留下目标函数值更小的新蜜蜂或者当前蜜蜂；跟随蜂阶段采用轮盘赌选择算法选择出较优蜜蜂pop(k)，当前蜜蜂pop(i)与较优蜜蜂pop(k)确定局部搜索范围并进行局部搜索；当达到最大迭代次数或者目标函数值达到理想寻优精度时，满足结束条件，迭代过程终止；此时，目标函数值最小的蜜蜂携带的参数矩阵即为改进蜂群算法寻找到的最优多峰高斯混合分布参数。
22、步骤2)根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法，其特征在于：基于衍射散射法颗粒粒度分布测量装置实施，衍射散射法颗粒粒度分布测量装置包括依次设置的激光器(1)、第一光阑(2)、第一透镜(3)、第二光阑(4)、第二透镜(5)、待测样品区域(6)、傅里叶接收透镜(7)和多元光电探测器(8)；激光器(1)采用可见光激光光源；第一光阑(2)为圆孔光阑，第一透镜(3)和第二透镜(5)共焦点放置，并与在焦点位置处放置的第二光阑(4)一起组成激光的扩束准直系统；待测样品区域(6)采用透明比色皿或者样品循环系统的一部分，用于放置静态或动态待测样品；傅里叶接收透镜(7)将衍射散射光信号聚焦到放置在傅里叶共轭平面上的多元光电探测器(8)上，多元光电探测器(8)是接收衍射散射光强分布的光探测器整列，为环形光电池探测器或平面电荷耦合器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2)根据光能分布系数矩阵T与尺寸分布列向量W的向量积求解光能分布列向量ec：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤4)中蜂群大小nPop用于控制方法中同时活动的蜂群数量，最大迭代次数MaxIt和理想精度Precision用于控制迭代结束的节点，通过进行参数优化实验确定多峰高斯混合分布参数反演问题的蜂群方法参数。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤4)中轮盘赌选择算法具体实现为：
7.一种实现权利要求2所述一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法的存储介质，其特征在于：存储在计算机可读介质上的计算机程序，提供用户输入接口以实施所述一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的衍射散射法颗粒粒度分布测量装置能够设置折射率、光电探测器参数，显示背景光强、光能分布及粒径分布的衍射散射法测量结果，提供存储介质将相关参数及反演结果保存在后台供用户使用。
...【技术特征摘要】
1.一种面向衍射散射法颗粒粒度测量的非独立模式反演方法，其特征在于：基于衍射散射法颗粒粒度分布测量装置实施，衍射散射法颗粒粒度分布测量装置包括依次设置的激光器(1)、第一光阑(2)、第一透镜(3)、第二光阑(4)、第二透镜(5)、待测样品区域(6)、傅里叶接收透镜(7)和多元光电探测器(8)；激光器(1)采用可见光激光光源；第一光阑(2)为圆孔光阑，第一透镜(3)和第二透镜(5)共焦点放置，并与在焦点位置处放置的第二光阑(4)一起组成激光的扩束准直系统；待测样品区域(6)采用透明比色皿或者样品循环系统的一部分，用于放置静态或动态待测样品；傅里叶接收透镜(7)将衍射散射光信号聚焦到放置在傅里叶共轭平面上的多元光电探测器(8)上，多元光电探测器(8)是接收衍射散射光强分布的光探测器整列，为环形光电池探测器或平面电荷耦合器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2)根据光能分布系数矩阵t与尺寸分布列向量w的向量积求解光能分布列向量...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪加洁，徐数平，崔泽成，高冰，韩一平，武福平，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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