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尘埃粒子光散射测量技术及微型光学传感器的研究

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目录

文摘

英文文摘

第一章光学尘埃粒子计数器的应用和发展

1.1亚微米级颗粒测试的意义

1.2尘埃粒子的探测方法

1.3光学尘埃粒子计数器的发展

1.4课题主要研究内容

本章小结

第二章光的散射理论

2.1概述

2.1.1光的散射及其起因

2.1.2光散射现象的分类

2.1.3散射理论的发展

2.2 Mie散射理论

2.2.1 Mie理论基础

2.2.2 Mie散射理论有关参数的理解

2.2.3 Mie散射的近似

2.2.4.Mie散射的特点

2.3单颗粒子散射光强度分布特性

2.3.1散射光分布与颗粒粒径的关系

2.3.2散射光分布与散射颗粒折射率的关系

2.3.3散射光分布与照明光波波长的关系

本章小结

第三章影响散射光收集系统光通量的因素分析

3.1单分散射在任意方向光通量计算的数学模型

3.2不同光源对散射光收集系统光通量的影响分析

3.2.1不同光源对近前向散射光收集系统光通量影响分析

3.2.2不同光源对直角方向散射光收集系统光通量影响分析

3.3入射光波偏振方向对光通量影响的数值模拟

3.4入射光波偏振方向对光通量影响的实验验证

3.5两种散射光收集系统颗粒散射光通量F与粒径D关系的影响分析

本章小结

第四章微型光学传感器的设计

4.1激光光学传感器技术性能指标

4.2总体方案的设计及光电传感器件选用

4.3光学传感器各部分设计要求及相关设计

4.3.1光路系统

4.3.3气路系统

4.4光学传感器的原理、结构和主要参数

本章小结

第五章微型光学传感器性能检测

5.1性能检测常用的测试仪器

5.1.1 MCSA-4000型多通道信号分析仪

5.1.2 PMS公司PG-100型粒子发生器

5.2性能检测

5.2.1信噪比的测试

5.2.2散射脉冲

5.2.3实验标定结果和理论计算的比较

5.2.4计数准确度与计数效率

5.3实验测量结果误差分析

5.3.1重叠误差

5.3.2空时误差

5.3.3光敏感区的均匀性引起的误差

5.3.4其它类型误差

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢

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摘要

尘埃粒子光散射测量技术是根据光的散射原理,即空气中的尘埃粒子在一定强度的光束照射下,向其周围空间散射出与其粒径成一定比例关系的光通量而发展起来的。它可以实时测量空气中的尘埃粒子尺寸、颗粒数浓度进而判别检测净化级别,广泛应用于电子行业、制药车间、环保、检验所和科研部门。  本文首先简要介绍光学尘埃粒子计数器应用和发展概况,然后在Mie散射理论的基础上,研究了粒径、折射率和入射光波的波长对散射光强度分布的影响,并由单分散射的光强表达式导出在偏振光的入射条件下一定立体角内的散射光通量的表达式,与自然光入射作比较。计算了在相同强度不同光源入射下,尘埃粒子计数器的两种常用散射光收集系统收集的散射光通量,结果表明:采用近前向散射光收集系统得到的光通量相等;而采用直角方向散射光收集系统时两者并不相等且在平面偏振光入射时,收集的散射光通量还跟探测器中心与入射光偏振方向夹角有关。用MATLAB编程计算得出了在探测器中心与偏振方向的夹角成90°或270°位置时,收集的散射光通量有极值的结论,实测结果与理论曲线有较好的一致性;通过对影响散射光通量的粒径大小、散射光收集系统的位置、立体角的分析,设计完成直角方向、大数值孔径的散射光收集系统的微型光学传感器,具有体积小、重量轻、结构简单、粒径分辨率和计数效率高的特点。

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