專利名稱：獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于透過率測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的
裝置及其方法。
背景技術(shù)：
透過率起伏空間相關(guān)頻譜法采用兩束完全相同的平行放置的窄激光束，通過改變光束的空間間隔(即延遲參量)得到相關(guān)頻譜。其優(yōu)點(diǎn)是測量精度高，可測量微米級小顆粒，所得透過率起伏相關(guān)頻譜與顆粒的流場(包括流動方向、速度場分布及其起伏)無關(guān)。因此，無需考慮兩束光的設(shè)置是否與顆粒流動方向一致；可測量層流和湍流狀態(tài)下的顆粒系統(tǒng)。然而，在測量過程中光束間隔要求可變化，這涉及到機(jī)械操作，當(dāng)顆粒粒徑較小時(shí)要求光束間隔小于顆粒粒徑，在微間隔范圍很難做到精準(zhǔn)的機(jī)械定位。每次采樣要求不同光束間隔所對應(yīng)的透過率起伏空間相關(guān)頻譜對應(yīng)同樣的顆粒樣品，這要求采樣在盡可能短的時(shí)間間隔內(nèi)完成，光束間隔必須快速可調(diào)。此外，還要求探測器能與光束同步動作；要求兩光束盡可能在光強(qiáng)分布、光束大小一致；要同時(shí)滿足以上要求很不易。因此，利用簡單裝置獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜，以實(shí)現(xiàn)利用透過率起伏空間相關(guān)頻譜法測量顆粒粒徑分布和顆粒濃度的關(guān)鍵是克服機(jī)械調(diào)節(jié)方面的困難。
透過率起伏空間相關(guān)頻譜法中，透過率起伏相關(guān)頻譜為 e 卜lim — fra (,) 7; (0 & (3)
'T 、' 0In e } = —* AZ. CF [2 — z (A, A)] ( 4 )
"尸 其中，Ta， Tb分別是兩平行窄光束經(jīng)過測量區(qū)的透過率，ts是取樣時(shí)間，DP是顆粒粒徑，Cv是顆粒體積濃度，AZ是光程。其中特征函數(shù)x (A， A)描述透過率空間相關(guān)頻譜中包含的顆粒粒度分布信息?？梢员硎緸?, (△， A) = J" Fc . & . F, (5)
0 其中，F(xiàn)c是空間相關(guān)因子J。(2u A) ， J。是第一類零階貝塞爾函數(shù)；FS是入射光束強(qiáng)度在截面上的分布因子，適用于多種分布形式的光束，如圓形高斯光束和圓形均勻光束，對于高斯光束Fs為e鄧[_ (u A /u A) ] 2，對于光強(qiáng)均勻分布的圓形光束Fs為[2衛(wèi)(u A) /u A ] 2，Ji是第一類一階貝塞爾函數(shù)；Fp是顆粒形狀因子，對于球形顆粒存在^-2《(w)/"。 A =De/Dp是無因次光束直徑，表示光束直徑與顆粒粒徑的比值；A = L/Dp是無因次相關(guān)間距，L是兩平行光束之間間距。透過率起伏空間相關(guān)頻譜是光束間隔L的函數(shù)，當(dāng)光束直徑為DB、光程AZ已知時(shí)，可得顆粒粒徑分布信息并由此得到顆粒濃度信息。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高測量精度、實(shí)現(xiàn)透過率起伏空間相關(guān)頻譜法實(shí)時(shí)、在線測量微米級小顆粒，克服在測量過程中因機(jī)械操作方面的困難，本發(fā)明提供一種獲取透過率起伏空間相關(guān) 頻譜的裝置及其方法。使反射光在測量區(qū)中形成按照波長分布的焦點(diǎn)序列，反射光焦點(diǎn)與 入射光焦點(diǎn)之間的間隔依據(jù)波長分布，光束第一次經(jīng)過測量區(qū)時(shí)的透過率和第二次經(jīng)過測 量區(qū)時(shí)的透過率之間存在空間相關(guān)性，波長不同的光對應(yīng)了不同的焦點(diǎn)間隔和不同的空間 相關(guān)性；由感光元件采集不同波長的光信號并轉(zhuǎn)為電信號，并送計(jì)算機(jī)處理。不同波長的透 過率信號期望值對應(yīng)了不同的焦點(diǎn)間隔即不同的空間相關(guān)性，由不同波長的透過率信號期 望值構(gòu)成透過率起伏空間相關(guān)頻譜，所體現(xiàn)出的頻譜特征反映了測量區(qū)中顆粒的粒徑信息 和顆粒濃度信息。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，包括依次位于光路上的光源模塊、測 量區(qū)、色散模塊、探測與信號處理模塊，其中 所述的光源模塊，用于在測量區(qū)產(chǎn)生一束會聚的復(fù)色高斯光束；
所述測量區(qū)，設(shè)于所述復(fù)色高斯光束的束腰區(qū)域； 所述色散模塊，用于將經(jīng)過測量區(qū)的復(fù)色高斯光束準(zhǔn)直成平行光后反射，并再次 在測量區(qū)內(nèi)聚焦，并且不同波長的平行光反射后沿不同方向在測量區(qū)內(nèi)聚焦，焦點(diǎn)的位置 各不相同； 探測與信號處理模塊，用于接收再次在測量區(qū)內(nèi)聚焦后的光信號，并將該光信號 轉(zhuǎn)化成電信號進(jìn)行處理。 進(jìn)一步地，在所述光源模塊和測量區(qū)之間的光路上還設(shè)有半反半透平面玻璃，用 于反射再次在測量區(qū)內(nèi)聚焦后的光，所述探測與信號處理模塊用于接收經(jīng)半反半透平面玻 璃反射的光信號。 進(jìn)一步地，所述光源模塊包括依次位于光路上的復(fù)色光源、第一凸透鏡、空間濾波 器、第二凸透鏡。 進(jìn)一步地，在所述復(fù)色光源處還設(shè)有聚光碗。 進(jìn)一步地，所述色散模塊包括準(zhǔn)直透鏡和色散器，所述準(zhǔn)直透鏡用于將第一次透 射光準(zhǔn)直成平行光照射到色散器上，被色散器反射的平行光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡再次在測量區(qū)內(nèi)聚 焦。 進(jìn)一步地，所述探測與信號處理模塊包括接收透鏡、感光元件和計(jì)算機(jī)，經(jīng)過半 反半透平面玻璃反射后的光束，由所述接收透鏡會聚到所述感光元件上，所述感光元件將 光信號轉(zhuǎn)化成電信號送所述計(jì)算機(jī)處理。進(jìn)一步地，所述感光元件為CCD陣列，所述測量區(qū)的厚度為2mm 10mm。
本發(fā)明還提供一種獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的方法，包括以下步驟
1)采用一個(gè)復(fù)色光源，在測量區(qū)得到一束會聚的高斯光束；對于某個(gè)波長的入射 光，其強(qiáng)度為I。 ( A )，復(fù)色光束通過測量區(qū)時(shí)，被測量區(qū)中的顆粒散射和吸收，透射光強(qiáng)度 為l ( A ， t) I。 ( A )，其中，L ( A ， t)是光束第一次經(jīng)過測量區(qū)的透過率； 2)第一次經(jīng)過測量區(qū)的透射光準(zhǔn)直成平行光后反射，再次在測量區(qū)內(nèi)聚焦，此時(shí) 光束透射光強(qiáng)度為1\ ( A ， t) T2 ( " t) I。 ( A )，其中，T2 ( A ， t)是光束第二次經(jīng)過測量區(qū)的透 過率； 3)檢測再次經(jīng)過測量區(qū)的光信號強(qiáng)度C 1\ ( A ， t) T2 ( A ， t) I。 ( A )，其中C是衰減因子，由于顆粒流經(jīng)測量區(qū)具有隨機(jī)特征，總透過率T(A， t)隨機(jī)起伏，對應(yīng)的期望值表示 為e(T(入，t": e(r(;i,0卜"7;(;u)r2(義,0卜卩m丄Jt石(A")S(義,0df (1) 由各個(gè)不同波長的透過率信號期望值e {T ( A i， t)}構(gòu)成了透過率起伏空間相關(guān)頻 譜，其頻譜特征反映了測量區(qū)中顆粒的粒徑信息和顆粒濃度信息，其中i = 1，2，…n。
進(jìn)一步地，所述步驟l)中會聚的高斯光束的傳播方向與顆粒流動方向垂直。
進(jìn)一步地，所述步驟2)中采用準(zhǔn)直透鏡和色散器，使第一次經(jīng)過測量區(qū)的透射光 準(zhǔn)直成平行后反射的平行光束與入射平行光束之間產(chǎn)生一個(gè)偏向角e ，偏向角的大小與光 的波長有關(guān)，返回的光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡在測量區(qū)中形成的焦點(diǎn)與入射光束的焦點(diǎn)之間產(chǎn)生偏 離，其對應(yīng)的焦點(diǎn)間隔L(A)為 z(A)=^,/=，-|;i-;g./ (2)
t/義 其中e是光束經(jīng)過色散器后的偏向角，f是準(zhǔn)直透鏡焦距，d e AU是色散器的特 征參數(shù)，表示偏向角隨波長的改變率，入射光波長a等于某個(gè)特定值入。時(shí)，光束沿原路返 回，在測量區(qū)中對應(yīng)的焦點(diǎn)與入射光束的焦點(diǎn)重合，光束第一次經(jīng)過測量區(qū)的焦點(diǎn)與光束 第二次經(jīng)過測量區(qū)的焦點(diǎn)之間的間隔L(A)因波長不同而變化，當(dāng)焦點(diǎn)重合即L(入)為零 時(shí)，透過率TJA ， t)與透過率TJA ， t)完全一致，兩個(gè)透過率之間具有最強(qiáng)相關(guān)性，隨著 L(入)的增大相關(guān)性逐漸減弱，當(dāng)L(A)大于顆粒粒徑時(shí)相關(guān)性降為O，這種空間相關(guān)性由 透過率期望值"T(A，tM體現(xiàn)。 本發(fā)明利用復(fù)色光源照射，經(jīng)色散器，使入射光焦點(diǎn)和不同波長的反射光焦點(diǎn)之 間在測量區(qū)中的間隔不同，相對應(yīng)的空間相關(guān)性不同。入射光束和反射光束同時(shí)受顆粒作 用，在測量區(qū)散射和吸收，引起消光。分光光束經(jīng)半反半透平面玻璃并由接收透鏡聚焦到感 光元件上，由此得到透射相關(guān)頻譜?？捎糜诶猛高^率起伏空間相關(guān)頻譜法測量層流、湍流 狀態(tài)下的微米級顆粒粒徑分布和濃度。有效解決了在測量過程中因機(jī)械操作造成的對顆粒 測量范圍限制的問題。而該獲取方法和測量裝置簡單，提高了測量精度、實(shí)現(xiàn)透過率起伏空 間相關(guān)頻譜法實(shí)時(shí)、在線測量微米級小顆粒，并且透過率起伏空間相關(guān)頻譜法與顆粒的流 場(包括流動方向、速度場分布及其起伏)無關(guān)，不受流場的影響，可廣泛用于科學(xué)研究、化 工能源的生產(chǎn)與過程控制、環(huán)境保護(hù)、水質(zhì)檢測及顆粒測量的多個(gè)領(lǐng)域。


圖1本發(fā)明透過率起伏空間相關(guān)頻譜法顆粒測量裝置示意圖； 圖2測量區(qū)中入射光焦點(diǎn)和不同波長的反射光焦點(diǎn)之間間隔的示意圖； 圖3色散器采用色散棱鏡時(shí)的光路示意圖； 標(biāo)號說明 1復(fù)色光源， 6半反半透平面玻璃 2聚光碗， 7測量區(qū) 3凸透鏡 8準(zhǔn)直透鏡 4空間濾波器 9色散器
6
5凸透鏡
ll感光元件
12計(jì)算機(jī)
10接收透鏡 13反射式色散棱鏡 14色散棱鏡的反射面
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 如圖1所示，一種獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，包括光源模塊、半反半透 平面玻璃6、測量區(qū)7、色散模塊、探測與信號處理模塊。 所述的光源模塊，用于在測量區(qū)7產(chǎn)生一束會聚的復(fù)色高斯光束；
測量區(qū)7，設(shè)于所述復(fù)色高斯光束的束腰區(qū)域； 色散模塊，用于將經(jīng)過測量區(qū)7的復(fù)色高斯光束準(zhǔn)直成平行光后反射，并再次在 測量區(qū)7內(nèi)聚焦，并且不同波長的平行光反射后沿不同方向在測量區(qū)7內(nèi)聚焦，焦點(diǎn)的位置 各不相同，也就是說，使反射的平行光束與入射平行光束之間產(chǎn)生一個(gè)偏向角e ，偏向角的 大小與光的波長有關(guān)； 所述半反半透平面玻璃6，用于反射再次在測量區(qū)7內(nèi)聚焦后的光； 探測與信號處理模塊，用于接收由所述半反半透平面玻璃6反射的光信號，并將
該光信號轉(zhuǎn)化成電信號進(jìn)行處理。 進(jìn)一步地，所述光源模塊包括依次位于光路上的復(fù)色光源1、凸透鏡3、空間濾波 器4、第二凸透鏡5。 進(jìn)一步地，在所述復(fù)色光源1處還設(shè)有聚光碗2，用于聚光，以增加產(chǎn)生的復(fù)色高 斯光束的強(qiáng)度。 進(jìn)一步地，所述色散模塊包括準(zhǔn)直透鏡8和色散器9，準(zhǔn)直透鏡8將第一次透射 光準(zhǔn)直成平行光照射到色散器9上，被色散器9反射的平行光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡8再次在測量區(qū) 7內(nèi)聚焦。 進(jìn)一步地，所述探測與信號處理模塊包括接收透鏡10、感光元件11和計(jì)算機(jī)12， 經(jīng)過半反半透平面玻璃6反射后的光束，由所述接收透鏡10會聚到所述感光元件11上，所 述感光元件11將光信號轉(zhuǎn)化成電信號送所述計(jì)算機(jī)12處理。不同波長的平行光被色散器 9反射后沿不同方向經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡8，在測量區(qū)7內(nèi)焦點(diǎn)的位置各不相同，每個(gè)波長的光對 應(yīng)一個(gè)焦點(diǎn)，這些焦點(diǎn)和入射光焦點(diǎn)之間的距離與準(zhǔn)直透鏡8的焦距和光的波長有關(guān)，并 對應(yīng)了感光元件11上不同的探測單元。
其中，所述感光元件11優(yōu)選CCD陣列。
其中，測量區(qū)7的厚度為2mm 10mm。
實(shí)施例二 —種獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的方法，采用實(shí)施例一所述的裝置，包括以下 步驟 采用一個(gè)復(fù)色光源l，復(fù)色光源1發(fā)出的復(fù)色光束經(jīng)聚光碗2和第一凸透鏡3會聚 后，由空間濾波器4處理，再由第二凸透鏡5會聚，會聚光束通過半反半透平面玻璃6后其 焦點(diǎn)位于測量區(qū)7的中心，得到一束會聚的高斯光束。光束傳播方向與顆粒流動方向垂直， 對于某個(gè)波長的入射光，其強(qiáng)度為1。(入)，復(fù)色光束通過測量區(qū)7時(shí)，被測量區(qū)7中的顆粒散射和吸收，透射光強(qiáng)度為1\(A， t)I。(A)，其中TjA， t)是光束第一次經(jīng)過測量區(qū)7的 透過率； 準(zhǔn)直透鏡8將第一次透射光準(zhǔn)直成平行光照射到色散器9上，被色散器9反射的 平行光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡8再次在測量區(qū)7內(nèi)聚焦。再次會聚的光束在測量區(qū)7中第二次被顆粒 散射和吸收，透射光強(qiáng)度為1\(A， t)T2(A， t)I。(A)，其中TjA， t)是光束第二次經(jīng)過測 量區(qū)7的透過率?？紤]到光束經(jīng)過的光學(xué)元件的衰減作用，感光元件11上特定的探測單元 最后接收到的透射光強(qiáng)度為C 1\ ( A ， t) T2 ( A ， t) I。 ( A )，其中C是衰減因子。當(dāng)測量區(qū)7 中不存在顆粒時(shí)，感光元件11相應(yīng)探測單元接收到的信號為C 1。(入)，因此，測量區(qū)7中 顆粒散射和吸收導(dǎo)致探測器接收信號的總透過率為T(A，t) 二TjA，t)T2(A，t)。當(dāng)測量 區(qū)7中存在顆粒時(shí)，顆粒流經(jīng)測量區(qū)7具有隨機(jī)特征，總透過率T(A， t)隨機(jī)起伏，對應(yīng)的 期望值表示為e(T(A，tM : efr^Oh^T^A^TUAOh/^ll^^O^UA,)* (1) 色散器9可以是色散棱鏡或者反射式光柵，其作用是使反射的平行光束與入射平 行光束之間產(chǎn)生一個(gè)偏向角e ，偏向角的大小與光的波長有關(guān)，返回的光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡8 在測量區(qū)7中形成的焦點(diǎn)與入射光束的焦點(diǎn)之間產(chǎn)生偏離，其對應(yīng)的焦點(diǎn)間隔L(A)可表
示為 丄(;i)二仏/二，-l;L-;io卜/ (2) 其中e是光束經(jīng)過色散器9后的偏向角，f是準(zhǔn)直透鏡8焦距，d9/cU是色散器 9的特征參數(shù)，表示偏向角隨波長的改變率，入射光波長A等于某個(gè)特定值A(chǔ)。時(shí)，光束沿 原路返回，在測量區(qū)7中對應(yīng)的焦點(diǎn)與入射光束的焦點(diǎn)重合。 如圖2所示，光束第一次經(jīng)過測量區(qū)7的焦點(diǎn)與光束第二次經(jīng)過測量區(qū)7的焦 點(diǎn)之間的間隔L(A)因波長不同而變化，記作L(A)，當(dāng)焦點(diǎn)重合即L(A)為零時(shí)，透過率 ，t)與透過率TJA ， t)完全一致，兩個(gè)透過率之間具有最強(qiáng)相關(guān)性，隨著L(A)的增 大相關(guān)性逐漸減弱，當(dāng)L( A )大于顆粒粒徑時(shí)相關(guān)性降為0，這種相關(guān)性稱為空間相關(guān)性， 由透過率期望值"T(A，tM體現(xiàn)。 不同波長的透過率信號期望值e(T(A ， t)}對應(yīng)了不同的焦點(diǎn)間隔L(A)和不同 的相關(guān)性，并被感光元件11相應(yīng)探測單元接收，構(gòu)成透過率起伏空間相關(guān)頻譜，其體現(xiàn)出 的頻譜特征反映了測量區(qū)7中顆粒的粒徑信息和顆粒濃度信息。 如圖3所示，以色散棱鏡13為例，平行光束I照射到色散棱鏡13上，經(jīng)色散和色散 棱鏡的反射面14反射后，波長為ApA2的反射光II、III與入射光I的偏向角分別為 92，在測量區(qū)7中，反射光II、 III與入射光I的焦點(diǎn)間距為L(、)、L(、)，且均滿足公式 (2)。當(dāng)A = A。時(shí)，光束沿入射光I返回，且在測量區(qū)7中對應(yīng)的焦點(diǎn)與入射光束的焦點(diǎn) 重合。感光元件11相應(yīng)探測單元接收了透過率信號期望值e {T ( A p t)} 、 e {T ( A 2， t)}，由 各個(gè)不同波長的透過率信號期望值e(T(入i， t)}(其中i = L2，…n)構(gòu)成了透過率起伏
空間相關(guān)頻譜，其頻譜特征反映了測量區(qū)7中顆粒的粒徑信息和顆粒濃度信息。 以上所述的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)
的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，不能僅以本實(shí)施例來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi),
權(quán)利要求
一種獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，其特征在于包括依次位于光路上的光源模塊、測量區(qū)(7)、色散模塊、探測與信號處理模塊，其中所述的光源模塊，用于在測量區(qū)(7)產(chǎn)生一束會聚的復(fù)色高斯光束；所述測量區(qū)(7)，設(shè)于所述復(fù)色高斯光束的束腰區(qū)域；所述色散模塊，用于將經(jīng)過測量區(qū)(7)的復(fù)色高斯光束準(zhǔn)直成平行光后反射，并再次在測量區(qū)(7)內(nèi)聚焦，并且不同波長的平行光反射后沿不同方向在測量區(qū)(7)內(nèi)聚焦，焦點(diǎn)的位置各不相同；探測與信號處理模塊，用于接收再次在測量區(qū)(7)內(nèi)聚焦后的光信號，并將該光信號轉(zhuǎn)化成電信號進(jìn)行處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，其特征在于在所述光源模塊和測量區(qū)(7)之間的光路上還設(shè)有半反半透平面玻璃(6)，用于反射 再次在測量區(qū)(7)內(nèi)聚焦后的光，所述探測與信號處理模塊用于接收經(jīng)半反半透平面玻璃(6) 反射的光信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，其特征在于 所述光源模塊包括依次位于光路上的復(fù)色光源(D、第一凸透鏡(3)、空間濾波器(4)、第二凸透鏡(5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，其特征在于 在所述復(fù)色光源(1)處還設(shè)有聚光碗(2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，其特征在于 所述色散模塊包括準(zhǔn)直透鏡(8)和色散器(9)，所述準(zhǔn)直透鏡(8)用于將第一次透射光準(zhǔn)直成平行光照射到色散器(9)上，被色散器(9)反射的平行光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(8)再次在 測量區(qū)(7)內(nèi)聚焦。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，其特征在于 所述探測與信號處理模塊包括接收透鏡(10)、感光元件(11)和計(jì)算機(jī)(12)，經(jīng)過半反半透平面玻璃(6)反射后的光束，由所述接收透鏡(10)會聚到所述感光元件(11)上，所 述感光元件(11)將光信號轉(zhuǎn)化成電信號送所述計(jì)算機(jī)(12)處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置，其特征在于 所述感光元件(11)為CCD陣列，所述測量區(qū)(7)的厚度為2mm 10mm。
8. —種獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的方法，其特征在于包括以下步驟1) 采用一個(gè)復(fù)色光源(1)，在測量區(qū)(7)得到一束會聚的高斯光束；對于某個(gè)波長的入 射光，其強(qiáng)度為I。(入)，復(fù)色光束通過測量區(qū)(7)時(shí)，被測量區(qū)(7)中的顆粒散射和吸收，透 射光強(qiáng)度為L(A，t)I。(A)，其中，TjA，t)是光束第一次經(jīng)過測量區(qū)(7)的透過率；2) 第一次經(jīng)過測量區(qū)(7)的透射光準(zhǔn)直成平行光后反射，再次在測量區(qū)(7)內(nèi)聚焦， 此時(shí)光束透射光強(qiáng)度為1\ ( A ， t) T2 ( A ， t) I。 ( A )，其中，T2 ( A ， t)是光束第二次經(jīng)過測量區(qū)(7) 的透過率;3) 檢測再次經(jīng)過測量區(qū)(7)的光信號強(qiáng)度C^("t)TjA，t)I。(A)，其中C是衰減 因子，由于顆粒流經(jīng)測量區(qū)(7)具有隨機(jī)特征，總透過率T(A， t)隨機(jī)起伏，對應(yīng)的期望值 表示為e(T(A，t)):e {r = e {7;(義，，2 (義,,)} = ji二 r〖7] (") r2 (義,0 d,由各個(gè)不同波長的透過率信號期望值e(T(入i， t)}構(gòu)成了透過率起伏空間相關(guān)頻譜， 其頻譜特征反映了測量區(qū)(7)中顆粒的粒徑信息和顆粒濃度信息，其中i = 1，2，…n。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的方法，其特征在于 所述步驟1)中會聚的高斯光束的傳播方向與顆粒流動方向垂直。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的方法，其特征在于 所述步驟2)中采用準(zhǔn)直透鏡(8)和色散器(9)，使第一次經(jīng)過測量區(qū)(7)的透射光準(zhǔn)直成平行后反射的平行光束與入射平行光束之間產(chǎn)生一個(gè)偏向角e ，偏向角的大小與光的 波長有關(guān)，返回的光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(8)在測量區(qū)(7)中形成的焦點(diǎn)與入射光束的焦點(diǎn)之間 產(chǎn)生偏離，其對應(yīng)的焦點(diǎn)間隔L ( A )為屮—.戶蕓.l義H./其中e是光束經(jīng)過色散器(9)后的偏向角，f是準(zhǔn)直透鏡(8)焦距，de/cu是色散 器(9)的特征參數(shù)，表示偏向角隨波長的改變率，入射光波長a等于某個(gè)特定值入。時(shí)，光束沿原路返回，在測量區(qū)(7)中對應(yīng)的焦點(diǎn)與入射光束的焦點(diǎn)重合，光束第一次經(jīng)過測量 區(qū)(7)的焦點(diǎn)與光束第二次經(jīng)過測量區(qū)(7)的焦點(diǎn)之間的間隔L(A)因波長不同而變化， 當(dāng)焦點(diǎn)重合即L(A)為零時(shí)，透過率TjA，t)與透過率TjA，t)完全一致，兩個(gè)透過率之 間具有最強(qiáng)相關(guān)性，隨著L(A)的增大相關(guān)性逐漸減弱，當(dāng)L(A)大于顆粒粒徑時(shí)相關(guān)性降 為O，這種空間相關(guān)性由透過率期望值e{T( A ， t)}體現(xiàn)。
全文摘要
獲取透過率起伏空間相關(guān)頻譜的裝置及其方法，采用復(fù)色光源照射，經(jīng)色散器，使入射光焦點(diǎn)與不同波長的反射光焦點(diǎn)在測量區(qū)中的間隔不同，相對應(yīng)的空間相關(guān)性不同。入射光束和反射光束同時(shí)受顆粒作用，在測量區(qū)散射和吸收，引起消光。分光光束經(jīng)半反半透平面玻璃并由透鏡聚焦到感光元件上，由此得到透射相關(guān)頻譜。本發(fā)明有效解決了在測量過程中因機(jī)械操作造成的對顆粒測量范圍限制的問題。透過率起伏空間相關(guān)頻譜法與顆粒的流場無關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單，可用于對層流和湍流狀態(tài)下的顆粒系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線檢測，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對微米級小顆粒粒徑分布、濃度進(jìn)行測試?？蓮V泛用于科學(xué)研究、化工能源的生產(chǎn)與過程控制、環(huán)境保護(hù)、水質(zhì)檢測及顆粒測量的多個(gè)領(lǐng)域。
文檔編號G01N15/02GK101706405SQ200910198519
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者于彬, 沈建琪 申請人:上海理工大學(xué)