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光子相关光谱法是目前纳米颗粒粒度分析的主要方法。它是基于颗粒在液体中不停地做布朗运动引起散射光强的随机涨落,通过对接收的散射光信号进行相关分析,进而反演出颗粒粒径的大小及分布信息的方法。
随着现代技术的发展,越来越多的研究领域要求快速、自动、准确测量颗粒的粒度分布,传统的光子相关光谱技术已难以满足需求。目前国内外生产的光子相关光谱仪的关键部件及模块并不具备自适应优化功能,对不同的待测颗粒,系统不能自适应优化配置参数,而且相关器的采样时间、通道延迟时间分布等都影响最终相关函数曲线的质量,从而降低了反演结果的准确性。要快速准确得到反演结果,需要采用更合适的通道分配方案,以上问题在一定程度上限制了光子相关光谱仪的性能。寻求最优的通道分配方案以及设计光子相关光谱法纳米颗粒自适应测量系统实现对不同待测颗粒快速、自动、准确测量是很有必要的。
本文的主要工作如下:
本文系统研究了光子相关器的通道分配方案,并通过动态光散射实验分析了不同通道分配方案对反演结果的影响,指出了不同方案的优缺点,最终提出了最优方案为相关函数曲线衰减段通道线性分配的方案。
基于FPGA设计了自适应光子相关器,设计串口通信模块实现了相关器的采样时间可调,设计相关运算模块实现了相关函数曲线衰减段通道线性分配的方案,分析了自适应光子相关器的性能,并提出了对不同待测颗粒实现自适应测量的方法。基于LabVIEW软件平台设计了自适应测量软件,用于自适应地控制光子相关器,分析了程序各功能模块实现的过程。
将自适应光子相关器、自适应测量软件应用于光子相关光谱仪中,组建了光子相关光谱法纳米颗粒自适应测量系统平台,对标称直径为60nm、90nm和200nm的不同颗粒样品进行了自适应测量,测量结果与Brookhaven系统进行比较,分析了自组建的光子相关光谱法纳米颗粒自适应测量系统的性能。
设计的自适应测量系统实现了对不同待测颗粒自适应地调整采样时间的大小,从而动态调整延迟时间范围,使得线性分配通道的延迟时间范围与曲线衰减段的延迟时间范围相一致,获得更准确的光强自相关函数曲线,实现颗粒粒径的准确反演,对不同待测颗粒实现自适应测量。实验结果表明了自适应测量系统反演结果更为快速准确。