基于Mie散射理论的MgF2颗粒散射特性研究
- 格式:pdf
- 大小:206.10 KB
- 文档页数:4
基于Mie散射的颗粒物质量浓度实时监测系统设计随着环境污染问题的日益严重,对颗粒物质量浓度的实时监测变得越来越重要。
本文基于Mie散射原理,设计了一种颗粒物质量浓度实时监测系统。
该系统具有高精度、高灵敏度和实时性强的特点,可以广泛应用于环境监测、工业生产和健康领域。
一、Mie散射原理简介Mie散射是一种光与大尺寸颗粒物之间的相互作用现象。
当入射光与颗粒表面发生碰撞时,光波将被散射到各个方向,形成散射光。
根据Mie散射理论,我们可以计算出颗粒物的散射截面和散射光强度与粒径的关系。
二、颗粒物质量浓度实时监测系统设计1. 系统硬件设计该系统主要包括激光器、散射器、光电探测器、信号处理模块和数据显示模块。
激光器产生一束单色光,经过散射器照射到待测颗粒物上。
散射光经过光电探测器接收后,会产生电信号,传入信号处理模块进行处理。
最后,处理后的数据通过数据显示模块展示给用户。
2. 系统工作原理为了实现颗粒物质量浓度的实时监测,系统需要进行实时采样和处理。
首先,系统通过风扇将待测颗粒物引入散射器,确保颗粒物处于稳定状态。
接着,激光器发出的光线与颗粒物相互作用,产生散射光。
光电探测器接收到散射光,并将光信号转化为电信号。
信号处理模块对电信号进行放大、滤波和数字化处理,得到颗粒物质量浓度的数值。
最后,数据显示模块将测得的浓度值实时显示给用户。
3. 系统性能优化为提高系统的性能,我们可以采取以下措施:- 优化激光器的功率和波长,使其适应不同颗粒物的散射特性。
- 优化光电探测器的灵敏度和响应时间,增强信号的捕捉和传输能力。
- 采用滤波算法和数字信号处理技术,提高信号的稳定性和准确性。
- 设计合理的数据显示界面,使用户可以直观地了解颗粒物质量浓度的变化趋势。
三、系统应用与发展前景该颗粒物质量浓度实时监测系统可以应用于多个领域,如环境监测、工业生产和室内空气质量监测等。
通过实时监测颗粒物质量浓度,我们可以及时发现污染源和环境变化,采取相应的措施进行治理和调整。
基于Mie散射理论的颗粒粒度分布转换王文静;刘伟;陈文钢;John C.Thomas;王雅静;申晋【期刊名称】《光散射学报》【年(卷),期】2018(30)1【摘要】The intensity-weighted average particle size and intensity-weighted particle size distribution(PSD) can be obtained by the dynamic light scattering.To get the number-weighted PSD or volume-weighted PSD from the intensity-weighted PSD,the intensity scattered by particles of different size must be taken into account.The light intensity scattered by particles of different size is calculated using Mie scattering theory.Then,the number-weighted PSD can be calculated from the intensity-weighted PSD by dividing by the scattering intensity of the particle with the corresponding size.To demonstrate this the intensity-weighted PSD of the mixed polystyrene latex particles is obtained by dynamic light scattering,and the intensity-weighted PSD is converted to number-weighted and volume-weight PSDs using this method.Scanning electron microscopy is used to get the true number-weighted PSD to compare with our parison of the two number-weighted PSDs shows that accurate numberweighted PSD can be obtained by using approach outlined.%使用动态光散射法可以获得颗粒的光强加权平均粒径,以及光强加权颗粒粒度分布.为获得数量或体积加权颗粒粒度分布,提出从光强分布到数量分布转换的直接比值法.该方法首先依据Mie散射理论求解不同粒径颗粒的散射光强,然后将光强分布与对应颗粒的散射光强进行比对,获得颗粒的数量分布,进而得到颗粒的体积分布.使用动态光散射法测量得到聚苯乙烯乳胶球混合样品的光强分布,利用直接比值法将光强分布转换为数量分布和体积分布,并与扫描电子显微镜测量的数量分布进行了对比,实验数据表明采用直接比值法能够获得准确的数量分布.【总页数】4页(P6-9)【作者】王文静;刘伟;陈文钢;John C.Thomas;王雅静;申晋【作者单位】山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049;Group Scientific Pty Ltd.,南澳大利亚州,葛兰许5022;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049;山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049【正文语种】中文【中图分类】O433.4【相关文献】1.基于Mie散射理论的微球体颗粒数值模拟计算和实验研究 [J], 李建立;袁景和;霍丙忠;孟春宁;尚英2.基于Mie散射理论的MgF2颗粒散射特性研究 [J], 徐庆君;张士英3.基于MIE散射理论的粒度分布测量系统研究 [J], 李国民;王潇爽4.基于改进理想充填理论的堵漏颗粒粒度分布设计方法 [J], 张世锋;王相;崔新颖;张浩;洪展5.基于改进理想充填理论的堵漏颗粒粒度分布设计方法 [J], 张世锋;王相;崔新颖;张浩;洪展因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于Mie光散射理论的气泡测量技术研究的开题报告一、选题背景与意义气泡是一种常见的自然现象,涉及到许多领域,如海洋、气象、航空航天等。
现有的气泡测量技术中,超声测量和光学测量成为主流技术。
而基于Mie光散射理论的气泡测量技术因其非接触式、非破坏性的特点,越来越受到研究人员的关注。
本文旨在深入研究气泡的Mie光散射特性,并以此为基础,开展基于Mie光散射理论的气泡测量技术研究,为气泡测量技术提供新思路和新方法。
二、研究内容和方法1. 气泡Mie光散射特性的研究:介绍Mie光散射理论,并对不同尺寸、形状的气泡的Mie光散射特性进行理论分析和数值模拟。
2. 基于Mie光散射理论的气泡测量方法研究:利用Mie光散射原理,通过设计合适的测量系统,实现对气泡的尺寸、浓度等参数的测量,主要包括散射光强度测量和图像处理等方法。
3. 验证和应用:通过实验验证和理论分析,评估基于Mie光散射理论的气泡测量方法的准确性和稳定性,并探究其在不同领域的应用。
三、研究目标和意义本文旨在:1. 深入研究气泡Mie光散射特性及其测量方法,为气泡测量技术提供新的理论和方法支持。
2. 验证基于Mie光散射理论的气泡测量方法的可行性和准确性,为气泡测量技术的推广应用提供科学依据。
3. 探究气泡测量技术在不同领域的应用前景,为相关行业提供技术支持和解决方案。
四、可能存在的问题及解决方法1. 数据可靠性问题:在实验中,由于多种因素的干扰,测量数据可能存在误差。
我们将采取多次重复实验,并在实验中定期对测量系统进行校准,以保证数据的可靠性和准确性。
2. 数据处理和分析问题:由于Mie光散射理论较为复杂,数据处理和分析也较为繁琐。
我们将结合采用实验数据和数值模拟数据,借助相关软件工具进行数据处理和分析,以保证结果的科学性和可靠性。
3. 技术实现问题:实验室条件受限,有可能出现技术实现上的问题。
我们将结合相关文献,吸纳其他研究人员的经验,寻求解决方案和技术支持。
带电粒子的Mie散射研究张自嘉;潘琦;陈海秀【摘要】利用电磁波散射理论研究了带电粒子的电磁波散射特性,给出了散射系数与电磁阻抗系数及表面电导率的关系,计算和对比了不同面电导率的粒子与中性粒子对电磁波散射系数和散射能量分布的差别.计算结果表明:面电荷使面电导率达到微西门子量级时,会有明显的影响随着面电导率的增加,散射系数发生较大变化,但当面电导率达到一定值时,散射系数趋于恒定;对尺度较大的粒子,带电后的散射系数减小,但沿不同方向的散射能量会重新分配,一些方向散射增强,另一些方向散射减小;尺度较小的粒子带电后,散射系数增大,但能量沿不同方向的重新分配不明显.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2015(030)003【总页数】8页(P429-436)【关键词】带电粒子;电磁波散射;Mie散射【作者】张自嘉;潘琦;陈海秀【作者单位】南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京210044;南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044;南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京210044【正文语种】中文【中图分类】O441.4;TN101引言研究带电粒子对电磁波的散射对云层探测、雷电预警具有重要意义,带电粒子对电磁波的散射能量分布,对分析雷暴云电磁散射信号、以及分析雷暴云的发展具有参考价值.Mie早在1908年就对中性粒子对电磁波的散射给出了描述[1-2],带电粒子对电磁波的散射,在1977年,由Bohren和Hunt[3]建立了相应的模型并给出了散射系数公式,实际上是对Mie 散射的修正,但对具体的带电粒子分析较少,进一步的应用研究不多.近年来,Klacka和Kocifaj对带电粒子对电磁波的散射进行了深入研究[4-7],计算结果[4-7]和实验[8]均表明了粒子表面电荷会对电磁波散射产生影响. Rosenkrantz和Arnonl研究了纳米带电粒子的电磁波散射,表明粒子带电会增强对电磁波的吸收[9].Li等还研究了不均匀带电粒子的电磁波散射,表明不均匀带电会引起电磁波散射的变化[10-17].已有文献讨论的是散射现象与微观量的关系,散射现象与宏观量的关系研究较少[2-16],对散射波的整体能量分布较少研究,研究散射波的整体能量分布对雷暴云遥感探测具有重要意义.论文分析了带电球形粒子的散射与宏观量面电导率和电磁阻抗系数的关系,特别是对带电水滴的电磁波散射进行了分析.对电磁波散射系数进行分析和简化,给出了散射系数与面电导率和电磁阻抗系数的关系.表面净电荷形成一种额外的面电导率,通过电导率的变化与外界电场发生相互作用,这种额外的电导率不包括中性粒子中的自由电荷所产生的电导率.计算了不同面电导率的粒子与中性粒子对电磁波散射系数和散射能量分布,计算表明面电荷使面电导率达到微西门子量级时,就会有明显的影响,随着面电导率的增加,散射系数发生较大变化,但当电导率达到一定值时,散射系数趋于恒定,与粒子的尺度有关.对尺度较大的粒子,带电后的散射系数减小,但沿不同方向的散射能量会重新分配,一些方向散射增强,另一些方向散射减小,尺度较小的粒子带电后,散射系数增大,但能量沿不同方向的重新分配不明显.1 球形带电粒子的Mie散射系数如图1所示,考虑一个均匀、各向同性且无磁性的球形粒子(介质1),处于大气或空气(近似为真空)环境中(介质2),球形粒子半径为R,带有净电荷Q,其相对介电系数为ε2=m2,m为复折射率,空气的相对介电系数为1,真空的介电系数为ε0,环境和粒子的磁导率分别为μ1和μ2,并有μ1=μ2=μ0.假设所带净电荷可以在球形粒子表面上自由运动,因此在没有外场用时,会按照静电学的规律,均匀分布在球体的表面,在球体内部没有净电荷分布,设电荷面密度为η.取z轴竖直向上,电磁波的入射方向为k,取xyz坐标系,使k位于xz平面内沿z轴方向.入射电磁波E0沿x轴方向,r为散射波方向.图1 粒子的坐标系选取及入射电磁波根据文献[1-5],考虑到(1)可以将an和bn改为:(2)(3)式中: λ为入射电磁波在真空中的波长; ω为角频率; c为真空中的光速;σs为球形带电粒子的表面电导率;(4)(5)(6)ψn(ρ)=ρjn(ρ),ξn(ρ)=ρjn(ρ),jn(ρ)为第1类球贝塞尔函数,hn(ρ)为第1类球汉克尔函数,取μ1=μ0,x=kR=2πR/λ,在an和bn的表达式中,等式,在一般的x范围内,如0.1~100,其绝对值在100以下,因此Z0σs如果也和它们在同一量级,就会产生明显的影响,而Z0=376.73 Ω,为电磁阻抗系数,因此面电导率σs在微西门子量级时就会产生影响.x越大,这一比值越小,Z0σs的影响越大.用Qsca、Qext和Qabs分别表示散射系数、吸收系数和消光系数,则有[1-2]:(7)(8)Qabs=Qext-Qsca,(9)2 面电导率分析文献[5]对面电导率进行了较为详细的分析,这里从另外一个角度对面电导率进行分析.电导率与可移动电荷的密度有关,即电子的密度有关,当粒子带上电荷后会产生额外的面电导率,一般意义上的电导率与运动电荷密度有关,面电导率与表面上可运动的面电荷密度有关,但在式(1)中,面电导率只与净电荷引起的电导率有关,而与不带电时的电荷密度无关.对两介质的分界面,电荷守恒定律得到的电流边值关系为n·(j2-j1)+s·K=-∂η/∂t.(10)式中: n为由介质1指向介质2的法向矢量; j1和j2分别为介质1和2中的电流密度; K为面电流密度; η为表面电荷密度.设球形粒子带电量为q,电势为u,则q=4πε0uR,于是η=q/4πR2=ε0u/R.实际上电荷是分布在表面的一个薄层内,如图2、3所示,粒子上的电荷由于受到约束聚集于粒子的表面,表面电荷处于自身所携带电荷的电场中,可以计算出这一电场的大小为(11)图2 带电球形粒子的表面电荷图3 表面电荷之间的相互作用在没有入射电磁波的情况下,表面电荷受到径向电场E0的作用,在表面约束的共同作用下处于平衡状态,对半径R较小的粒子,E0有较大的值,如R=10 μm,u=10 V, E0=5×106V/m,只有很强的电磁波才能达到这样量级的电场强度,因此强度较小的入射波不会引起电子的径向运动,电荷仍在粒子的表面运动,不会进入粒子的内部.此外电磁波入射到介质表面特别是导体表面的穿透深度为对可见光入射到通常的良导体表面,这一值约为nm量级.设薄层的厚度为d,则薄层内电荷的体密度为ρ=η/d=ε0u/Rd,若所带电荷为电子,电子的电量为e0,则粒子表面电子的数密度为N=η/de0=ε0u/Rde0,可见d越小,数密度越大. 而面电导率与数密度N成正比,N越大面导电率就越大.对电磁波,时间因子写为e-iωt,则其中略去因子e-iωt,在研究粒子对电磁波散射时,没有电流从两介质交界面上流过,也没有内部电荷向交界面上聚集,这与中性粒子类似,中性粒子对电磁波的散射,也不涉及电荷向交界面的聚集,则n·(j2-j1)=0,于是s·K=iωη.(12)面电流密度与自由面电荷密度有关,面电荷密度是面电流的源,这里的面电荷密度只与所携带的净电荷有关,不涉及中性状态时的自由电荷密度.面电荷受到外界电场的作用引起电流,面电荷的存在实际上是改变了原来的面电导率,根据欧姆定律K=σsE,对中性导体,电导率与电子密度成正比,结合式(12),K与η有关,则面电导率σs是由所携带面电荷引起的,若没有面电荷,则不会存在面电流K,σs不包括中性粒子中的电子密度.3 球形带电粒子的Mie散射系数计算Qsca、Qext和Qabs的计算,需要计算an和bn,已有不少文献分析了an和bn的计算方法[18-25],实际上不少算法形成于20世纪六七十年代.由于当时计算机性能不强,容易溢出,但随着计算机的发展,在非极端情况下,对通常的粒子如云雾、雨滴等,x和m不是很大时,可以较容易计算,不会出现溢出,当x较大时散射系数趋于恒定.图4给出了金属球形铜粒子带电前后散射系数的变化,其中取铜的折射率m=0.62+2.57i.由于铜本身的良导电性,可以看出带电后散射系数有变化,但变化不很大,图中σs的单位均为西门子S.(a) σs=0(b) σs=0.005图4 带电球形金属(Cu)粒子在不同面电导率时Qsca、Qext和Qabs与x的关系图5给出了球形水滴在不同面电导率时Qsca、Qext和Qabs与x的关系曲线.从图5可以看出,对球形水滴粒子,随着σs的增加,Qsca和Qext整体在减少,Qsca 随着x变化时的波动变小,其散射特点趋向于同金属粒子的散射特点.随着参数x的增大,伴随着明显的振荡现象,x越小这种振荡越明显.这种振荡是由电多极子和磁多极子耦合产生的[26]. x不同时电多极子和磁多极子具有不同的振荡形式和强度,波长一定而粒子直径增大时, 电多极子和磁多极子的振荡加强,两者的叠加便出现了强烈振荡现象.而当面电导率增加时,趋近于具有金属的特性,电多极子与磁多极子的耦合减弱,振荡幅度减小并消失.(a) σs=0(b) σs=0.0005(c) σs=0.005(d) σs=0.05(e) σs=0.1(f) σs=0.5图5 带电球形水滴在不同面电导率时,Qsca、Qext和Qabs与x的关系图6给出了x值一定时,Qsca、Qext和Qabs随电导率的变化,可见x一定且较小时,随着σs增加,Qsca先增加后减小.因为不带电时,中性粒子的散射系数较小,因此当σs较小时,Qsca有一个增加过程,但Qsca的值较小.当x较大时,中性粒子的散射较强,随着σs增加,Qsca反而会减小.(a) x=1(b) x=5(c) x=10(d) x=100图6 带电球形水滴Qsca、Qext和Qabs与σs关系4 球形带电粒子的散射光强与散射角的关系在对散射进行观测时,需要掌握沿某一方向的散射强度,散射波的振幅为[1-3]式中:计算时需要根据对应的递推关系,由于光强与振幅的平方成正比,因此需要计算|S1(θ)|2和|S2(θ)|2,由于变化幅度比较大,因此给出的结果为lg(|S1(θ)|2)~θ和lg(|S2(θ)|2)~θ,取不同的σs进行计算.图7给出x=10,σs=0,0.000 5,0.005,0.05时, lg(|S1(θ)|2)~θ和lg(|S2(θ)|2)~θ,左边为|S1|2,右边为|S2|2.(a) x=10, σs=0(b) x=10, σs=0.000 5(c) x=10, σs=0.005(d) x=10, σs=0.05图7 带电球形水滴 x=10,σs=0,0.000 5,0.005,0.05 S 时|S1|2和|S2|2与角度的关系图8给出了x=30,σs=0,0.05时,lg(|S1(θ)|2)~θ和lg(|S2(θ)|2)~θ,可以看出,随着σs增加,|S1|2和|S2|2沿不同角度的值发生了变化,边瓣减弱.图8(a)、8(b)、8(c)、8(d)中左边为|S1|2,右边为|S2|2.散射波的强度分布呈现多瓣结构,是由于散射波的干涉形成的,x较小即波长与粒子直径接近时,前向散射强,与通常的散射规律相同.电导率增加时散射的多瓣结构减弱,趋于更均匀,但前向散射仍较强.(a) x=30, σs=0(b) x=30, σs=0.000 5图8 带电球形水滴x=30,σs=0,0.05 S 时 |S1|2和|S2|2与角度的关系实际观测时,需要观测侧向或后向散射,可以证明,对后向散射,有图9给出了x=1和x=10时,后向散射的|S1|2和|S2|2随σs的变化曲线(|S1|2=|S2|2).(a) x=1(b) x=10 图9 带电球形水滴的后向散射|S1|2=|S2|2与σs的关系从图9可以看出,后向散射系数会随σs的增加而增加,在x较大时,后向散射系数与σs不是单调关系.随着σs的变化,散射的能量沿不同方向重新分配,有些方向增加,而另外的方向则会减小.5 总结与讨论研究了带电粒子对电磁波的散射特点,给出了散射系数与电磁阻抗系数及表面电导率的关系,计算了不同面电导率的粒子与中性粒子对电磁波散射系数和散射能量分布的差别,计算表明:对金属类粒子,带电后的散射影响不大;但对带电后导电的介质类粒子如水粒子,面电荷使面电导率达到微西门子量级时,就会有明显的影响.随着面电导率的增加,散射系数发生较大变化,但当电导率达到一定值时,散射系数趋于恒定.相对中性粒子的散射,z较大的粒子,带电后的散射整体会使散射系数减小,但沿不同方向的散射能量会重新分配,后向、侧向和前向有不同的特点,与粒子的尺度x有关,有些随着电导率的增加散射系数会增加,有些先减小然后增加,而尺度较小的粒子带电后沿不同方向的散射能量变化不大.参考文献[1] HULST H C. Light Scattering by Small Particles[M]. New York: Dover Publications Inc, 1983:114-161.[2] BOHREN C F, HUFFMAN D R, Absorption and Scattering of Light by Small Particles[M]. New York: John Wiley & Sons,1983: 83-175.[3] BOHREN C F, HUNT A J. Scattering of electromagnetic waves by acharged sphere[J]. Can J Phys,1997, 55:1930-1934.[4] KLACKA J, KOCIFAJ M. Scattering of electromagnetic waves by charged spheres and some physical consequences[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2007,106:170-183.[5] KLACKA J. On the scattering of electromagnetic waves by a charged sphere[J]. Progress in Electromagnetics Research, 2010, 109: 17-35.[6] KOCIFAJ M, Klacka J. Scattering of electromagnetic waves by charged spheres: near-field external intensity distribution[J]. Optics Letters, 2012, 37(2): 265-267.[7] KOCIFAJ M, KLACKA J. Scattering of electromagnetic waves by charged spheres: near-field external intensity distribution[J]. OpticsLetters,2012,7(2):265-267.[8] HEIFETZ A, CHIEN H T, LIAO S, et al. Millimeter-wave scattering from neutral and charged water droplets[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2010, 111:2550-2557.[9] ROSENKRANTZ E, ARNON S. Enhanced absorption of light by charged nanoparticles[J]. Optics Letters, 2010, 35(8):1178-1180.[10] LI X, LI X C, ZHENG X J, et al. Attenuation of an electromagnetic wave by charged dust particles in a sandstorm[J]. Appl Opt,2010,49(35):6756-6761.[11] ZHANG B, LI X. Electromagnetic scattering by a partially charged multilayered sphere [J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2014,148: 228-232.[12] LI X C, ZHANG B. The electromagnetic scattering of the chargedinhomogeneous sand particle[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2013,119:150-154.[13] LI X C, MIN X, LIU D D. Rayleigh approximation for the scattering of small partially charged sand particles[J]. JOSA, 2014,31(7):1495-1501. [14] LI X C, LI X, ZHENG X J. Comparison between the Mie theory and the Rayleigh approximation to calculate the EM scattering by partially charged sand[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2012, 113:251-258.[15] 何琴淑, 周又和, 郑晓静. 带电沙粒的散射场及其对电磁波传播的影响[J]. 中国科学G辑,2005,35(3):308-317.HE Shuqin, ZHOU Youhe, ZHENG Xiaojing. Scattering electromagnetic field of charged sands and the effects on the tranmission of electromagnetic wave[J]. Science in China Series G, 2005,35(3):308-317. (in Chinese) [16] 张自嘉, 王其, 孙亚杰, 等.大气带电粒子对电磁波的散射[J]. 电波科学学报, 2011, 26(4): 758-764.ZHANG Zijia, WANG Qi, SUN Yajie, et al. Scattering of electromagnetic waves by charged particles in atmosphere[J].Chinese Journal of Radio Science,2011,26(4): 758-764. (in Chinese)[17] 何琴淑, 周又和. 带电椭球粒子对电磁波的散射[J]. 兰州大学学报: 自然科学版, 2004, 40(2): 25-30.HE Qinshu, ZHOU Youhe. Scattering of electromagnetic wave by charged spherical particle[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2004,40(2):25-30. (In Chinese)[18] 赵振维, 吴振森, 薛谦忠. 大尺寸均匀有耗球电磁散射的算法[J].电波科学学报,1999, 14(4): 422-455ZHAO Zhenwei, WU Zhensen, XUE Qianzhong. An algorithm for electromagnetic scattering of large absorptive homogeneous sphere[J]. Chinese Journal of Radio Science,1999, 14(4):422-455. (in Chinese) [19] 丁大志, 沈鹏, 陈如山. 降雨粒子群散射特性的高效分析[J].电波科学学报, 2012, 27(1): 30-37.DING Dazhi, SHEN Peng, CHEN Rushan. Electromagnetic scattering of precipitation particle group[J]. Chinese Journal of Radio Science, 2012, 27(1):30-37. (in Chinese)[20] LENTZ W J. Generating Bessel functions in Mie scattering calculations using continued fractions[J]. Appl Opt, 1976, 15(3): 668-671.[21] WISCOMBE W J. Improved Mie scattering algorithms[J]. Appl Opt, 1980, 19: 1505-1509.[22] HONG D. Mie-scattering calculation[J]. Appl Opt, 2004, 43(9): 1951-1956.[23] CACHORRO V E, SALCEDO L L. New improvements for Mie scattering calculations[J]. J Electromagn Waves, 1991, 5(9): 913-926.[24]YANG W. Improved recursive algorithm for light scattering by a multilayered sphere[J]. Appl Opt, 2003,42(9): 1710-1720.[25] CHYLKP, ZHANG J. Large sphere limits of the Mie scattering functions[J]. JOSA A, 1973, 63: 699-706.[26] PLUCHINO A B. Infrared emissivity of single water droplets [J]. Appl Opt,1979,18(24): 4065-4066.。
小粒子mie散射理论及应用(ⅱ)Mie散射是一种物理过程,它指的是电磁波在固体表面上发生反射或折射时,其中调制度可以比周围环境变化得快得多。
基本原理是,电磁波从它发出的地方穿过一个密度不等的介质,其中有一种光集束,即反射光束,会受到介质干涉影响而出现不同的反射程度。
Mie散射受到大量的研究关注。
空中或水中的微小粒子是Mie散射理论的重要研究对象,因为这些粒子的大小介于可见光波长和波阵列介质之间,比较适宜研究Mie散射的理论和应用。
一种常见的场景是,粒子的表面层既可以反射光线,又可以吸收光线,在它们的表面发生 Mie散射。
这种反射度取决于粒子本身的大小和特性,以及不同频率和角度内发生散射的概率。
Mie散射理论还可以用于理解空中微粒子(例如气溶胶颗粒)的外观状态。
这些空气微粒是尺寸小到不可见的流动气体颗粒,介质受它们干扰,会对光照度和视野产生显著影响,甚至会影响拍摄物体的效果。
为了研究空中微粒的各种状态,其发出的光的散射强度,了解其在不同波长及其他条件下的反射度,Mie散射理论有着很重要的意义。
Mie散射也可以应用于太阳能太阳能发电技术。
通过对太阳能发电时,可以采用Mie散射研究其中的微小粒子产生的电磁场,并分析太阳发电装置捕获太阳光的效率。
除了太阳能发电技术外,Mie散射理论还可以用于构建全天空图像和遥感图像,研究不同光谱下的反射系数。
以上就是Mie散射理论及其应用的相关内容,Mie散射理论的应用非常广泛,可以用于研究物理规律,也可以应用于电力和遥感技术,以及更多领域中。
此外,该理论还有助于研究全天空反射、复杂地表反射、全球变暖和地面辐射等气候变化,同样可以用于其他天文学研究领域,帮助人们更好地了解宇宙的未知面貌。
MIE氏散射理论实验及在激光粒度分析技术应用的研究摘要:Mie理论是对处于均匀介质中的各向均匀同性的单个介质球在单色平行光照射下的Maxwell方程边界条件的严格数学解,它是目前光学颗粒测试技术(尤其是激光粒度仪设计)采用的的主流理论。
本文简述了MIE氏光散射的相关理论。
设计了一套采用光子技术测量亚微米量级颗粒散射信息的实验系统。
在这套系统中通过计算分析,确定了样品池的合理入射角,并合理地设计探测角度。
此外,提出了“虚光源”的概念并讨论了在实验中的应用。
运用该实验系统分别对0.13um和0.3um两种粒径的颗粒进行了测量,在考虑样品池镜面反射及透射率的情况下,对所测原始数据进行处理,并与理论模拟结果进行了比较,该实验系统所得到的结果与理论模拟结果有非常好的一致性,且该试验系统能够很好地测量小颗粒后向散射信息。
因为后向散射信息是区分小颗粒粒度分布的重要信息,所以该实验系统对小颗粒有较高的分辨率。
并在此基础上提出新一代亚微米颗粒粒度分析仪的设计构想。
关键词:Mie散射理论、样品池、光子计数器、粒度分析、激光粒度仪1.绪论在激光粒度仪的研制理论应用中Mie散射理论主要用于从亚微米至微米的尺寸段,在微米以下至纳米的光散射则近似为形式更明晰简单的瑞利散射定律,而对大于微米至毫米的大粒子则近似为意义明确的夫琅和费衍射规律。
用这些定律可成功解释各类散射现象,并指导微粒的粒度分布的测试技术[1]。
本文在分析国内外微粒散射理论[2,3,4,5]和测试技术[6,7,8]基础上,为了将亚微米乃至纳米范围内的颗粒更加精确地测量其粒径大小,实验中采用光子技术,合理地设计样品池与入射光之间的角度[9],很好地提高了实验精度,得到与Mie 理论吻合较好的结果,并创新提出采用光纤探头结合光电倍增管与光子计数器作探测器的粒度仪,较有限环靶更好地适用于亚微米颗粒的粒度测试,并可更好和计算机接口,提高测试水平,从而大大提高了小颗粒粒度测量的分辨能力,并在此基础上探测性地研究新一代亚微米颗粒检测仪器。