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光子相关光谱法测粒技术中,噪声能使测量结果大大地偏离实际值。讨论了噪声影响的各种因素。为了搞清噪声对测量影响的性质与程度,论文主要从光子信号噪声的影响和光路系统中介质对测量结果影响的角度讨论噪声影响及其剔除方法。
在研究室已有的成果上,利用1G/s的高速采集卡获得纳米颗粒原始散射光子信号,在虚拟仪器平台数值模拟得到具有“峰”特征的不同强度噪声,并将噪声叠加到原始光子信号的不同时刻。该噪声信号通过整形的正弦波信号与随机信号叠加而成。将叠加噪声信号的光子信号经比率延迟软件相关器得到不同噪声强度的200个通道的自相关函数值,用自动寻优累积法反演得到有效直径和分散度结果。
详细分析了噪声对自相关曲线、反演结果以及基线差的影响,得到了一些重要结论:随着噪声强度的增大,有效直径、分散度的反演结果偏离无噪声时的原始值也增大,总测量时间的基线差以及每秒基线差偏离原始值也增大。随噪声强度增大,反演结果和基线差的波动也增大。随着噪声强度增大,基线差值有向负方向发展的趋势。只要噪声强度相同,噪声叠加到任意时刻对反演结果和基线差的影响程度基本相同。
论文论证了自动寻优累积法作为模拟工作的反演算法的可行性。利用自动寻优累积法和BI累积法对一组30条逐次累加的自相关曲线分别做反演,比较两种算法的反演性能,认为当累加次数在10次以上,两种算法结果都接近标称值,而有噪声时自动寻优累积法的抗干扰性明显优于BI累积法。
根据噪声影响的分析结果,提出了三种噪声剔除方法:基于基线差的噪声剔除方法、基于光子计数率的噪声剔除方法,以及综合以上两方法的基于光子计数率和基线差的噪声剔除方法,分析结果认为此方法能更有效剔除各种强度噪声,反演的结果更接近标称值。该方法剔除噪声的判据为:若某一秒的光子计数率大于之前五秒的光子计数率的均值与9倍标准差之和,或大于之前保留的最后一秒光子计数率的1.3倍时,应剔除这一秒及随后一秒的相关曲线,再对余下的相关曲线做进一步处理,若某一秒的相关曲线的基线差在[-4%,10%]之外,则应剔除这一秒的相关曲线。本噪声剔除方法适用于高精度的测量。
论文工作中比较了四家公司生产的纯净水,用微分干涉显微镜观察了水的质量,并用显微图像处理方法分析了水中含杂质的情况,以此为依据选择制水设备。并在选定设备上分析了同一水源但不同净化阶段的三种水的显微图像和本底散射光强,并用这三种水在50°~130°角度对90nm标准颗粒进行测定,测定结果表明用高质处理的超纯水测定颗粒物的散射光信号相对较强,且分散度较小,适合于要求高的测量中。水中杂质会减弱颗粒的平均光子计数率,进而影响有效粒径和分散度的结果。在激光功率相对较弱的情况下,有效粒径随着角度的增加而增加。因此在测定纳米颗粒时应重视测量介质和激光功率的影响。在制水设备已定的情况下,根据测量精度要求选定净化阶段给出了参考意见。水中絮状物对纳米颗粒测量的影响还有待研究。