2020年10月24日-25日,中國顆粒學(xué)會第十一學(xué)術(shù)年會在福建廈門圓滿召開，真理光學(xué)張福根博士聯(lián)合天津大學(xué)精儀學(xué)院的科研團隊經(jīng)深入研究發(fā)現(xiàn)顆粒折射率對激光粒度測量準(zhǔn)確性的影響規(guī)律,并在本次大會上發(fā)布有關(guān)研究成果。
論文正文摘要如下：在基于靜態(tài)光散射原理的粒度測量中，反演計算所用的顆粒折射率數(shù)值的準(zhǔn)確性直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[1,2]。本文定量研究顆粒折射率的誤差對粒度測量準(zhǔn)確性的影響。采用的研究方法是：以計算機數(shù)值模擬為手段，設(shè)置多組不同折射率及粒度分布的樣品，計算相應(yīng)的散射光能分布，然后用有誤差的折射率數(shù)值，對散射光能分布數(shù)據(jù)進行反演計算，得出粒度分布，再考察反演得到的粒度分布（稱為“測量值”）與原始粒度分布（稱為“實際值”）之間的誤差。本文假設(shè)粒度分布的測量值與實際值的D10、D50和D90的相對誤差分別不超過2%、1%和2%是可以接受的，通過數(shù)值模擬得出各種實際折射率下可接受的顆粒折射率取值的容忍區(qū)間(Refractive Index Tolerance Interval，RITI)。此處，RITI是指一個包含了顆粒折射率實部實際值的連續(xù)區(qū)間[ma, mb]，在該區(qū)間內(nèi)，相對折射率實部mr取任意值，粒度分布的測量值相對實際值的誤差都在上述可接收的范圍內(nèi)。
在本研究中，假設(shè)散射光的偏振方向垂直于散射面，散射角接收范圍為0.1°- 173°，代表粒徑范圍為0.01~140μm。設(shè)定顆粒的相對折射率實部范圍為1.01-2.90。若以水1.333為分散介質(zhì)，則此處設(shè)定的折射率實部的絕對值為1.347到3.866，可覆蓋絕大部分固體物質(zhì)[3]。參考實際的粒度測量操作，折射率虛部取0、0.01、0.1或者1[4]。設(shè)置RR分布模型中分布參數(shù)k=20的不同D50的樣品，進行折射率容忍區(qū)間分析，得到以下結(jié)論：
1.對于無吸收的顆粒，隨著顆粒直徑的增大和相對折射率實部的增大，相對折射率實部的容忍區(qū)間變寬。以D50為50μm為例，相對折射率真實值為1.01、1.1、1.2和1.4時，容忍區(qū)間分別為[1.01,1.02]、[1.08,1.12]、[1.06,1.51]和[1.06,2.69]，這一現(xiàn)象可由相對折射率對無強吸收的顆粒的前向散射光能分布的影響規(guī)律[1]解釋。當(dāng)D50大于61μm，相對折射率實部實際值mr為1.01、1.02時，容忍區(qū)間分別約為[1.01,1.02]、[1.01,1.04]；1.03<mr<1.07, 則容忍區(qū)間約為[mr , 2.88]；若2.88<mr<2.9, 則容忍區(qū)間約為[1.07, mr]；其他情況下，容忍區(qū)間約為[1.07,2.88]。
2.對有吸收的顆粒，折射率實部的最小容忍區(qū)間約為[mr0-0.02, mr0+0.02]。隨著顆粒直徑的增大和吸收的增強，折射率實部的容忍區(qū)間變寬。在mi=0.01、0.1、1時，若樣品D50分別大于59、34、7μm，相對折射率實部大于等于1.01、小于等于2.9時，容忍區(qū)間可達到[1.01,2.9]，即粒度測量中折射率實部輸入任意值，都可得到準(zhǔn)確性可接受的粒度測量結(jié)果。
在實際粒度測量中，若折射率未知，但估計吸收系數(shù)[5]和粒徑范圍滿足上述條件，就可取一個較大的折射率實部值（例如2），仍然可得到準(zhǔn)確性可接受的粒度測量結(jié)果；如果吸收系數(shù)和粒徑未達到上述條件，就有必要先設(shè)法獲得顆粒折射率的數(shù)值，其值在容忍區(qū)間內(nèi)時，可得到準(zhǔn)確性可接受的粒度測量結(jié)果。
關(guān)鍵詞：粒度測量；Mie散射理論；顆粒折射率
參考文獻
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