范文一:红外波段激光
超远距离红外激光夜视系统的原理与应用
时间:2009-09-14 13:32:15 来源:华强电子世界网 作者:
最基本的超远距离红外激光夜视系统,由大功率半导体激光器LD、驱动控制器、光学扩束准直镜头、摄像机及其长焦距镜头、传输系统及监视器等组成。大功率半导体激光器LD,通过大电流驱动与控制,发射出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的目标物体。但由于激光的光束细、亮度高,因此必须要根据所监视的远距离目标的距离和范围,通过光学扩束准直镜头将红外光束扩束照亮到所监视范围的目标场景。红外线经物体反射后进入摄像机的长焦距镜头到光敏面上成像。这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像,而不是可见光反射所成的影像,即此时由超低照度摄像机可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。这种影像,再通过传输系统送到监控中心去记录与显示。
红外光传输应注意的几个技术问题及解决措施
由于是1km以上的超远距离红外光波传输,就有几个应注意的技术问题。
1、在空气中传输的质量受天气的影响较大。
2、在任何大气传输链路中,都有几个需要考虑的因素(即引起传输信号衰减的原因)。
大气中分子的吸收
LED和LD发光的大气传输系统的信号损失,主要是由其传输介质——大气的吸收引起的。因为光束从气体中穿过时,总会发生一定程度的分子吸收。而且,空气对某些波长的光吸收得特别厉害,这些波长根本无法用于信号传输。由大气吸收引起的衰减尚可接受的波段称为大气透射窗(atmosphericwindows)。这种大气透射窗波段的数据在各类文献中都可以查到,因此所有的LED和LD的系统都必须在这个大气透射窗内的波长上工作。
空气中的微粒吸收
空气中的微粒,如灰尘和烟雾,是另外一个引起光信号吸收的因素。显然大气中总是或多或少地含有一些这样的微粒,尤其在水体附近,这类颗粒的含量有时非常高。在这些地方,一般总是尽量将光设备安装得离地面高一些,以改善光传输的效果。
雾气的吸收与散射
雾气也是引起严重红外吸收的因素,并且雾气还会使光发生前、后向散射。因此,在多雾的区域,必须根据当地的气候来选择光收发设备的工作时段,因为起雾的时候系统将无法正常工作。
大气紊乱性的影响
大气具有一定程度的紊乱性,它除了会造成信号损耗外,还会给信号掺入噪声。如风会引起大气乱流,而大气乱流又会导致信号路径上空气的折射率发生变化。这种现象与阳光曝晒下的地区产生热浪、引起海市蜃楼的现象类似。这种影响最终是将红外光束折射到无法确定的其它方向,从而使摄像机拍不到所需监控的目标。
由此可知,由于红外光波传输技术是在空气介质中传输,因此其传输质量受天气的影响较大。一般,晴天对传输质量的影响最小,而雨、雪和雾天对传输质量的影响较大。经测试,红外光波传输受天气影响的衰减经验值为:晴天5~15dB/Km;雨天20~50dB/Km;雪天50~150dB/Km;雾天50~300dB/Km。目前解决这个问题,一般采用更高功率的LD管、更先进的光学器件和多光束。
实际上,对超远距离红外激光夜视系统来说,主要受上述空气中的微粒、雾气等吸收和散射的影响,同步脉冲距离选通技术能较好地解决这一问题。
同步脉冲距离选通技术
距离选通(Range-Gate)技术,实际上主要有二个关键:一是要有脉冲激光束照射技术,即所发射的激光是可控制的脉冲式的;二是要有能高速开通和关闭的强化CCD,且其开关速度达几百ns,而且还要与激光束脉冲保持严格同步。这样,就可使观察人员选定特定的观察距离,从而可轻易地消除其他距离内水珠、雾、雪、沙尘等产生的强散射光与反射光的干扰。因为CCD大部分时间是关闭的,不接收这些干扰光,所以就不会在CCD上显像。
激光的安全影响了使用
为解决天气对光波传输质量的影响,往往加大激光二极管的功率。但超过一定功率电平的激光对人眼可能会产生影响,因此人体可能被激光系统释放的能量伤害。所以,为增加夜视距离,激光功率不能无限制地加大。
超远距离的红外激光夜视系统的几个主要部件的选择
人的眼睛能看到的可见光波长从长到短为0.78μm、0.38μm,其颜色排列依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。比紫光波长更短的光叫紫外线,比红光波长更长的光叫红外线。利用红外光源,能发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体,红外线经物体反射后进入镜头到CCD上成像,这时即可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。
目前市场广泛使用的红外光源有LED红外灯、微阵列LED红外灯、卤素滤光型红外灯等。但这几种红外灯在照射距离、功耗、效率等方面都存在一定局限性,而不适用于1km以上的超远距离夜视监控。因此,这种系统必须采用近红外大功率半导体激光光源照明,我们选用国产半导体激光二极管LD,其波长为808nm,功率根据所需距离有1W-10W等。
摄像机的选择
众所周知,固体摄像机有CMOS与CCD两种。同CCD一样,CMOS图像传感芯片对红外非可见光波也有反应,但它在890-980nm范围内其灵敏度比CCD图像传感芯片的灵敏度要高出许多,并随波长增加而衰减的梯度也慢一些。随着CMOS图像芯片的飞速发展,其噪音讯号进一步压低,星光级的CMOS摄像机也将面市。而低功耗、高集成、小体积只有CMOS图像传感器才能办到,因而可作成衬衫钮扣、西装钮扣般大小的CMOS摄像机。加上相应的红外光源更加小型化产品,以及高效能电池的推出,这样第三只眼睛将会无处不在。带上一副夜视眼镜和一顶配有红外光源和CMOS超微型摄像机的帽子,黑夜将如同白昼。显然,这将改变我们整个社会生活的面貌。
由于我们使用国产半导体激光二极管LD的波长为808nm,因此选择CCD摄像机。但值得注意的是,1/4
一般,夜视摄像机要求不加红外灯时CCD的最低照度不超过0.02LUX,而有些摄像机制造商或销售商虚报最低照度,使夜视有效距离大大降低,因此需要具体测试。月光级和星光级等增感度摄像机可在很暗的条件下工作,但有些反光系数小的地方还是达不到要求,如沙漠,绿地,林区等。在这种情况下,就需要采用由高性能成像增强器和CCIR制式的黑白CCD通过纤维面板和光锥直接耦合而成的微光夜视摄像机。
镜头的选择
摄像机镜头是红外夜视监控系统的关键设备,它的质量(指标)优劣直接影响到整套系统的成像效果,因此,镜头选择是否恰当既关系到系统质量,又关系到工程造价。普通
的光学镜头,物体反射回镜头的红外光不能有效聚焦到CCD靶面上,此时红外夜视效果就会大打折扣,因而最好选用红外镜头。
选择镜头时一般应注意以下几点:
镜头的成像尺寸应与摄像机CCD靶面尺寸一致,即选1/2或以上尺寸的镜头。根据摄像机被监控目标的距离,选择镜头的焦距(其计算公式可参见本人编著的《电视监控技术》
第一章第三节),镜头焦距确定后,则由摄像机靶面决定视野。
镜头的分辨率与透光率要达到要求。合适的光圈或通光量此外,除摄像机镜头外,还要根据观察场景的大小与距离选择合适的激光扩束准直镜头,使激光束能照亮所需监控的场景,以便监控场景的反射光能被CCD摄像机所接收。
传输系统的选择
一般监控视频图像的传输通常采用下述四种方法:
1、网络传输。
2、无线传输。
3、同轴电缆传输。
4、双绞线传输这四种方法各自的优劣,业内工程技术人员均已熟知,就不加介绍了。一般监控中心距离近,多采用同轴电缆传输,至于其他的传输方式,则看当时当地的条件了。
监视器的选择
监器的选择标准有两条:
黑白与彩色要与摄像机相配
所选用的监视器的清晰度要高于(最好高一档)所选用的摄像机的清晰度指标需要注意的是,不要认为摄像机的清晰度指标为400线,则选用清晰度为400线的监视器就够了。如果这样配置的话,那所显示的图像清晰度就会只有300线左右。因为所谓400线的清晰度是指在用摄像机摄取标准测试卡时,在测试卡上400线时的视频信号输出幅度为在100线时视频信号幅度的40%左右,而监视器的清晰度也是如此定义的。因此,将它们相配时就会使得在400线时的视频信号输出幅度只有16%,而40%的位置就会降低移至300线左右了。所以,要想充分显示摄像机的清晰度性能,就应当选用高一档清晰度的监视器。虽然价格要贵一些,但能充分显示出系统的优势和指标特色。
防护罩的选择
防护罩对红外灯的效果也有影响,红外光在传输过程中,通过不同介质,其透射率和反射率也不同。不同的视窗玻璃,特别是自动除霜镀膜玻璃,对红外光的衰减也不同。因超远距离夜视系统的运用场合都比较特殊,所以对防护罩的产品质量及防护要求都比较高。因此,在选择防护罩时,都应综合进行考虑。
超远距离的红外激光夜视系统的应用
超远距离红外激光夜视系统可广泛应用在:边防夜视监控、海防夜视监控、海事远距离监视(如港口黑夜监控近海轮船等)、防汛远距离监视、森林防火了望监控、城市环境检测远程监视、油田夜间监视、海堤长距离监视、公安夜间监视、监狱围墙的夜间监视、铁路火车机场全天候监视等需要远距离夜视监控的场所。
现以北京博瑞达光电技术有限公司所研发的超远距离军用激光红外夜视系统在边防、海防、军事设施和车载夜视侦察、指挥系统的应用为例,说明其应用的广泛与重要性。
边防、海防夜视监控
超远距离红外激光夜视系统,可应用于边防、海防夜视监控。系统为日夜监控的需要,主要由红外激光照明、彩色与黑白摄像机以及图像信号输出装置组成。
一般、边防线和海防线较长,如一台夜视设备能监控半径为3公里的区域,则需要多台夜视仪,并由控制中心统一控制。可以实现昼夜连续监控。全自动云台和自动变焦技术,可以使夜视仪观察到监控区域内任何一点的情况。根据用户需要监控的距离,多台夜视仪情况下可有以下两种布置方式。
视频监控设备安装于既可以水平旋转又可以进行俯仰的云台上,由控制中心的计算机进行控制,可针对不同区域情况进行设定。当监控区域不是很大时,可采用固定方式监控,即使摄像机固定对监控区进行摄像。如果监控区较大时,则采用自动循环扫描方式。
军事设施夜视监控
军事设施、军事机关、军队驻地等场合的监控往往仅对某个特定区域进行监控,因此一般采用在特定地点安放定焦夜视仪的办法,而且根据监控对象的数量,可安置多台夜视仪,或使用变焦夜视仪。
车载夜视侦察、指挥
超远距离红外激光夜视系统可作为车载夜视系统,它由前端图像信号采集、视频信号及控制信号中间传输、图像控制中心三部分组成。
车载夜视系统可安装在边防巡逻车、武警指挥车、紧急救援车、工程抢险车、公安执法车等上成为可移动的夜视系统。该系统在特制的激光红外夜视系统的基础上,增加了视频和控制系统,结构更加完整,功能更加强大。其云台可通过解码器由计算机实时控制,使它进行水平360度旋转和俯仰动作,以实现昼夜连续监控及录像。自动变焦技术可以监控定制距离内任何距离处的情况。其成像系统具有去拖尾功能,从而保证在运动中获得清晰的图像。可使用GPS定位器进行车辆定位,便于监控指挥中心指挥。并且,在监控中心配有数字硬盘录像机,可实现对画面的切换、录像及对前端设备的控制。
结束语
超远距离红外激光夜视系统,必须使用红外激光光源。目前,几百米以上监控的红外光源,无一能与红外激光光源相比,而只有远程监控才能达到不惊动被监控对象的目的。这是现代社会安全监控的需要,并可开发广泛应用,应当引起各安防监控企业的注意。研究表明,超远距离红外激光夜视系统是可行的,其关键技术也是能解决的。只有具备红外激光夜视系统,我们的红外夜视产品的各种距离才算齐全了。
范文二:可见红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究
可见红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究
光谱学与光谱分析 .,.,?
第卷,第期 ,
年 月
可见一红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究
孙晓刚,唐 红,戴景民
哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所,黑龙江哈尔滨
摘要在光全散射法颗粒粒径测量中,采用独立模式算法在可见一红外波段对粒径测量范围进行了深入的
研究。通过对多种分布函数反演结果进行分析,比较,以确定光全散射法颗粒粒径测量范围。同时在消
光系数计算中,采用修正的消光系数代替原始的消光系数,以便得到更准确的粒径测量范围。仿真计算结果
表明,在可见一红外光谱区,相对折射率.时的粒径测量范围为.~
。在此区域内测量粒径
分布,反演结果与真值基本吻合。随着颗粒相对折射率、波长范围的变化,粒径测量范围也随之发生改变。
采用限制最乘算法能够最大限度地克服随机噪声对测量结果的影响,使测量的精度和可靠性明显提高。
对测量的消光值加入士%随机噪声时,颗粒粒径分布的反演均能得到满意的
结果。
关键词光全散射法;粒径测量范围;可见一红外波段 中图分类号:, 文献标识码: :./..??? 测量原理
引 言
光全散射法是光散射颗粒粒径测量技术中的一种,无论 光全散射法以光散
射理论为基础。根据定
在测量原理还是在测量装置上都比其他光散射法简单。由于 律,当一束光强为,波长为的平行单色光照射到厚度为 在线粒度监测的需求十分迫切,光全散射法已逐渐显示出较 的悬浮被测颗粒时,由于颗粒对入射光的吸收和散射作 大的发展空间和应用潜力。光全散射粒径测量方法分为独立 用,穿过颗粒系透射光的光强减弱。由于实际颗粒系都是 模式算法和非独立模式算法。非独立模式算法事先假定被测 具有一定尺寸分布范围的多分散系,在颗粒满足不相关单散 颗粒系符合某一分布函数,如分布,正态分布等,计算 射的前提下,对于具有一定尺寸范围的多分散球形颗粒系则 在给定多个波长下的消光值,并将计算值和测量值比较,最 有下述关系呻
后用优化算法寻得最佳的粒径分布口’。独立模式算法事先 《筹单一一××
‘
无须假定一分布函数,通过求解离散线性方程组得到粒径分 \, %。
布。影响光全散射法测量精度的一个主要因素是被测颗粒 麴也堕婴幽
系的尺寸范围。然而在实际测量中这一范围是事先不清楚.‘ 的,这就给粒径反演带来一定的困难。如果选取的测量范围 式中,?/?为单色入射光的消光值,可由实际测量 小于或大于实际颗粒系的尺寸范围,就不可能得到正确的反 得到。为被测颗粒系的厚度,为颗粒系的粒子总数, 演结果。郑刚等采用非独立模式算法在可见光范围内探讨了 为第个波长,,,为消光系数,它表征每个颗粒对
光全散射法粒径测量范围’。本文在可见一红外波段对独立 入射光的散射量,是颗粒粒径、波长?,以及相对介质折 模式算法下的光全散射法粒径测量范围进行深入的研究,并 射率的函数,其值可由经典的米氏理论求得‘。, 将前向散射修正引入到消光系数的计算中,从而更加准确地 如是体积频度分布,表示单位体积内直径在和
确定可见一红外波段光全散射法粒径测量范围。 范围内的粒子体积频度,是粒径测量中待求的未知 量。
在光全散射法粒径测量中,消光系数的计算是个关键问 收稿日期:?.修订日期:?
基金项目:国家自然科学基金项目资助
作者简介:孙晓刚,年生,哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所教
授 :.?
万方数据第卷
光谱学与光谱分析
题。理论上,式是在探测器接收角为零的情况下才成立 消光系数。 的。而实际上这一条件很难得到满足。沿着入射光的方向, 式为第一类积分
方程。这是一个典型的不
适合的问题,直接求解具有很大的困难。用四阶?
一些前向散射光不可避免地进入到探测器的有限视场中,使 数值积分方法将式离散,可得如下矩阵表示的线性
探测器不但接收颗粒的透射光,而且还有部分前向散射光。 方程组‘
所以,在实际应用中应将前向散射系数从原始消光系数‰ ?
的计算中排除掉,进而得到修正的消光系数,。。。。。和 式中,?/。,?,/。,
,。可以根据米氏理论求得。?。为×权重矩阵,,?,,一,?,, ??。石艿森‘,
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式中,为在入射光反方向上探测器的接收半角,,和为米 围内测量波长数目的有限性,颗粒粒径分布也只能在有限范
氏强度函数。
围内砜.,。。进行反演。为测量的波长数,为划分 的粒径子区间数。一,或为第个子区间,璐,
的中点。
在实际测量中,若不知道被测颗粒系的粒径分布规律, 或者颗粒系的尺寸分布无法简单地用某个分布来描述,这就 使非独立模式下求得的结果不可靠。在已经提出的独立模式 反演算法中,由和提出的限制最小二乘算
法应用最为广泛,得到的反演结果也最为理想。限于篇幅, 各毒芑口?弓羞笛 本文仅给出限制最小二乘算法的几个基本计算公式。式
的最小二乘解为
以以
从数学上讲,如果权重矩阵满秩,通过式可以计
/
算出颗粒粒径分布。但实际上由于矩阵高度病态,条件数 . .
非常大,因而无法采用式进行求解。和
引进一个光顺矩阵和光滑因子,,式则可改写成
厂一
式中,表示光滑因子,表示:光顺矩阵,其定义为
式
一? ??? ,
分矗曙。二。口。置蕾?
一
一?..
.
一』 ??
在此算法中,值的选择是个关键,一,式退化成 . .
一般的求逆矩阵算法见式,由此得到的解,呈剧烈 振荡形式?。逐渐增大值,可以使解的振荡减少。,值过 图为?.条件下修正消光系数,。。与原始消光 大,则解过于光顺,仍会造成误差。因此,如何选取值一直 系数。的比较曲线。其中,探测器的接收半角。,入射 颇受人们关注。其中最常用的方法为
波长分别为一.肛和一.弘。可以看出,当颗粒粒 技术。值可由式求极小值来确定?
径比较小时,。:。很接近。。随着粒径的增大,。。。与矗 寺,一;
之间的差别也随之增大,并且在一.“时更加明显。图 一半??????
为拂一.时修正的消光系数,。。,与原始消光系数。的 去? 』
比较曲线。对于非吸收性颗粒来说,随着折射率的增大,修
式中,一,为×单位阵。
正消光系数。,与原始消光系数。。之间的差别减小。通过 需要指出的是,当值在某一范围内取值时,粒径 图和图的比较可以得出,对于粒径较大的颗粒来说,。 分布,的反演不会明显地受到值的影响。在本文中,先 与之间的差别非常明显,因而必须采用修正的,。。来计 由式确定,值,然后在这个值的邻域内选取一些可行点, 算消光系数。本文中。当粒径脚时使用原始的瓤计 最终的值为使测量的消光光强与反演计算的消光光强之间 算消光系数,而当粒径肚时则使用修正的,。计算 的误差达到最小的那个可
行点。
万方数据
第期 光谱学与光谱分析
光全散射法的理论基础是米氏理论,当颗粒粒径很小 其表达式为 , 一
时,米氏理论可以用瑞利散射理论来近似。这一近似使得 ‖一台×万×印一芳
式成为一个线性相关的方程组。显然由这个方程组无法 式中,为颗粒直径邮,西为尺寸参数,惫为无因次 进一步求得粒径分布。因而,光全散射法的测量下限可以根 分布参数。
据瑞利散射来确定。同样,当颗粒粒径很大时,米氏理论可
图为不同粒径范围,不同特征参数情况下,单峰
以用衍射理论来近似。这一近似使得式也成为一个线性 分布函数的反演曲线。分布特征参数如表所示。假定 相关的方程组。因此,光全散射法的粒径测量范围是由瑞利 测量波长范围为?.~ 口,,一.,从图中可以看
散射以及衍射理论来确定的。但是瑞利散射以及衍射理论成 出,当粒径测量下限为.脚时图,尽管反演结果
立的边界条件是个不等式范畴,还需要根据被测颗粒系的相 能够准确地再现单峰的位置,但是在整个粒径区间.~ 对折射率以及测量波长进行确定。
呻,反演曲线出现了几个微小的凸起,而且还有翘尾的现 象。当粒径测量下限为.舯时图,反演曲线与
仿真实验及数值模拟结果
设定曲线基本重合,即测量下限为.脚时,反演结果是 另人满意的。当粒径测量范围为.~肿时图~图
为了确定可见一红外波段颗粒粒径测量范围,我们进行 ,分布曲线峰的位置和高度都能准确地被重建。当粒径 了大量的仿真实验研究。数值模拟时,首先假设一分布函数 测量上限为脚时图,反演结果与真值偏差较大。 八,选择一组测量波长和折射率,将其代入式中,求 通过六种不同分布函数反演结果的比较,表明当入射波长在 得一组消光计算值/.,?,/蛔。,然
.~脚范围内,,,一.时,独立模式算法确实可
后将这组值代入式中作为测量值,求得分布函数,。 以在.~
粒径范围内求得单峰粒径分布,并能得到
为了更准确地确定可见一红外波段颗粒粒径测量范围,模拟 较好的反演结果。而当超出此测量范围时,反演偏差较大, 计算了测量误差对反演结果的影响,对每个波长下的消光值 无法获得较真实的粒径分布。
加上士%的随机噪声。这里假设被测颗粒系服从分布, .
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分布特征参数如表所示。测量波长范围为一.~ 肿。当颗粒折射率实部变大时,粒径测量范围也随之变化。 随着折射率实部的变大。粒径测量范围下限达到了. 呻,而上限却减小到了肛。
图为//.一.?.时,单峰分布函数的反演
结果。测量波长范围为.
。当颗粒折射率虚部变
大时,粒径测量范围基本不发生变化。而且,由于折射率虚 部变大,消光系数曲线变得更加平滑,使得反演结果比虚部 万方数据 第卷
光谱学与光谱分析
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为零时的反演结果要好。图为:.时,单峰分 波长范围减小时,粒径测量范围
也随之减小到.~
布函数的反演结果。测量波长范围为.~肛。当测量 。最小测量波长决定了粒径测量范围的下限,而最大测量 万方数据
第期 光谱学与光谱分析
波长决定了粒径测量范围的上限。 向粒径减小的方向移动。但是颗粒折射
率虚部的增大,粒径
测量范围基本不发生变化。在消光系数计算中,考虑前向散 本文还对双峰及多峰分布颗粒系的测量范围进行研究, 在固定的波长范围及相同的折射率条件下,双峰及多峰分布 射对消光值的
影响,采用修正的消光系数代替原始的消光系
颗粒系有着与单峰分布相同的测量范围。 数,从而得到更准确的粒径测量范
围。瓢瑚删廿结论
小 . .~
光全散射法是各种光散射粒径测量中较为简便的一种。 在可见?红外波段,采用独立模式算法对单峰分布颗粒 系进行反演以确定粒径测量范围。通过分析比较可以得出: 当入射波长从.~
,?.时,粒径测量范围为
.~肛.在此区域内测量颗粒粒径分布,反演结果与 真值基本吻合。随着颗粒折射率实部的增大,粒径测量范围 .
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文 献
参 考
, , 洪光烈,张寅超,周孟然,等. 光谱 ,
学与光谱分析,,;.中国激光,。:. , , 郑刚,刘铁英,陈善忠. , 刘芳,王俊德. 光谱学与光谱分析,,:.
, 中国激光,,:.
, , 徐峰,蔡小舒,苏明旭,等.
光学学报,,:.
卸。 , 郑刚,卫敬明,王乃宁., , 郑刚,蔡小舒,卫敬明,等. 仪器仪表
赡,
学报,,:.
:乃宁. 颗粒粒径的光学测量技术及应用.鹤北京:原子能出版社,..
, , , 苏明旭,任宽芳, ,等. 光学学报,,:. , ,..,,:.
,
, 徐峰,蔡小舒,沈建祺. 光学学报,,:. ,.. ,趣 ., ,,:.,八 .,,:., ,.,,:. , , , .,,:.
, ,久 .,,;.
万方数据
范文三:可见红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究
V01(28,No(12,pp2793—2798 光谱学与光谱分析第28卷,第12期 and December,20082 0 0 2月 Spectral Analysis 8年1 Spectroscopy
可见一红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究
孙晓刚,唐 红,戴景民 哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所,黑龙江哈尔
滨150001
摘要在光全散射法颗粒粒径测量中,采用独立模式算法在可见一红外波段对粒径测量范围进行了深入的
研究。通过对多种R-R分布函数反演结果进行分析,比较,以确定光全散射法颗粒粒径测量范围。同时在消
光系数计算中,采用修正的消光系数代替原始的消光系数,以便得到更准确的粒径测量范围。仿真计算结果
表明,在可见一红外光谱区,相对折射率m=1(235时的粒径测量范围为0(05,18 tan。在此区域内测量粒
分布,反演结果与真值基本吻合。随着颗粒相对折射率、波长范围的变化,粒径测量范围也随之发生改径
变。 采用限制最Ib--乘算法能够最大限度地克服随机噪声对测量结果的影响,使测量的精度和可靠性明显提 高。 对测量的消光值加入士1,随机噪声时,颗粒粒径分布的反演均能得到满意的结果。
关键词光全散射法;粒径测量范围;可见一红外波段
中图分类号:TH744,0436 文献标识码:A DOI:10(3964,j(issn(1000—0593(2008)12—2793—06
1测量原理 引 言
在测光全散射法是光散射颗粒粒径测量技术中的一种,无论 光全散射法以光散射理论为基础。根据hmbert-Beer定 量原理还是在测量装置上都比其他光散射法简单。由于 律,当一束光强为Jo,波长为A的平行单色光照射到厚度为 在线粒度监测的需求十分迫切,光全散射法已逐渐显示出较 大的发L的悬浮被测颗粒时,由于颗粒对入射光的吸收和散射作 展空间和应用潜力。光全散射粒径测量方法分为独立 模式算用,穿过颗粒系透射光的光强J减弱。由于实际颗粒系都是 颗粒系符合某一分布函数,如R-R分布,正态分布等,计算 法和非独立模式算法。非独立模式算法事先假定被测 射的前提下,对于具有一定尺寸范围的多分散球形颗粒系则 具有一定尺寸分布范围的多分散系,在颗粒满足不相关单散在给定多个波长下的消光值,并将计算值和测量值比较,最 有下述关系呻1
后用优化算法寻得最佳的粒径分布口’2]。独立模式算法事先 无须假定一分布函数,通过求解离散线性方程组Xl《筹单一一-64-×L×No 得到粒径分‘J,^j,0 ,。布[3]。影响光全散射法测量精度的一个主要因素是被测颗粒 (1) f麴也堕婴幽d(D)系的尺寸范围。然而在实际测量中这一范围是事先不清楚 (‘ JUDmin 的,这就给粒径反演带来一定的困难。如果选取的测量范围 小于或大于实际颗粒系的尺寸范围,就不可式中,J(?),J(?)o为单色入射光的消光值,可由实际测量 能得到正确的反 得到。L为被测颗粒系的厚度,ND为颗粒系的粒子总数,j 演结果。郑刚等采用非独立模式算法在可见光范围内探讨了为第j个波长,Q(As,m,D)为消光系数,它表征每个颗粒对 光全散射法粒径测量范围[4’5]。本文在可见一红外波段对独立入射光的散射量,是颗粒粒径D、波长?,以及相对介质折 模式算法下的光全散射法粒径测量范围进行深入的研究,并
射率m的函数,其值可由经典的米氏理论求得‘9。11], 将前向散射修正引入到消光系数的计算中,从而更加准确地 如(D)d(D)是体积频度分布,表示单位体积内直径在D和D 确定可见一红外波段光全散射法粒径测量范围。
+d(D)范围内的粒子体积频度,是粒径测量中待求的未知
量。
在光全散射法粒径测量中,消光系数的计算是个关键问
收稿日期:2007-05—10(修订日期:2007-08—20 基金项目:国家自然科学基金项目(50336010)资助 作者简介:孙晓刚,1967年生,哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所教授 e-mail:tangbenben@126(?m
万方数据
第28 光谱学与光谱分析 2794
题。理论上,(1)式是在探测器接收角为零的情况下才成立 消光系数。
的。而实际上这一条件很难得到满足。沿着入射光的方向, (1)式为第一类Fredholm积分方程。这是一个典型的不 一些前卷 适合的问题,直接求解具有很大的困难。用四阶Gauss-Leg— 探测器不向散射光不可避免地进入到探测器的有限视场中,使 endre数值积分方法将(1)式离散,可得如下矩阵表示的线性但接收颗粒的透射光,而且还有部分前向散射光。 方程组‘151 所以,在实际应用中应将前向散射系数从原始消光系数‰ 的计算中排除掉,进而得到修正的消光系数
(3) E—Af Q,。。。。Q。和 式中,E—Eln(I(A1),I(11)。), ,In(I(IMl),I(IM)。)],AQ,。可以根据米氏理论求得[12-14]。 ro 1 —EA。]为M×N权重矩阵,i=1, ,M,j一1, ,N,(2)d ext—Qm—J。石艿森‘i, +i2)sinod0A4一一3LN_DQ7。。(丸,m,蟊)(2D,j),由-j:在卧。。,A。。]范 式中,0为在入射光反方向上探测器的接收半角,i,和iz为米 围内测量波长数目的有限性,颗粒粒径分布也只能在有限范 氏强度函数。 围内[砜(,D。。]进行反演。M为测量的波长数,N为划分 的粒径子区间数。f一[^],或为第J个子区间ED, ,璐,]
的中点。 在实际测量中,若不知道被测颗粒系的粒径分布规
律,或者颗粒系的尺寸分布无法简单地用某个分布来描述,这就
使非独立模式下求得的结果不可靠。在已经提出的独立模式
反演算法中,由Phillips和Twomey提出的限制最小二乘
算 法应用最为广泛,得到的反演结果也最为理想。限于篇
幅,各毒芑口?uo弓羞笛 本文仅给出限制最小二乘算法的几个基本计算公式。(3)式
的最小二乘解为(4)f=(以7以)1A7E 0 2 4 6 8 10 从数学上讲,如果权重矩阵A满秩,通过(4)式可以计D,pm 算出颗粒粒径分布。但实际上由于矩阵A高度病态,条件Corrected extinction coefficient(m2 1(33)Fig(1 数 非常大,因而无法采用(4)式进行求解。Phillips和 Twomey引进一个光顺矩阵H和光滑因子),,(4)式则可改写 成4 厂一(A7A+yH)-1A7E (5)
式中,y表示光滑因子,H表示N_:_
1 一2 l O —2 5 ——4 O O 2
—4 o, qOl 1 6分矗aIu 曙。二。口。置蕾?一 H一 1 —4 4 l O6O (6) l (( ( 一 O 1 』 t—2O 0 2 4 6 8 lO 0 11 ?F Dlgm 在此算法中,y值的选择是个关键,y一0,(5)式退化成Corrected extinction coefficient(m2 1(49) Fig(2 一般的求逆矩阵算法(见(4)式),由此得到的解,(D)呈剧烈
振荡形式f 。逐渐增大y值,可以使解的振荡减少。),值 过 图1为m—1(33条件下修正消光系数Q,。。与原始消光大,则解过于光顺,仍会造成误差。因此,如何选取7值一直 系数Q。的比较曲线。其中,探测器的接收半角0=1。,入射 cross-颇受人们关注。其中最常用的方法为GCV(generalized 波长分别为1一o(4肛m和A一0(8弘m。可以看出,当颗粒粒 validation)技术。y值可由(7)式求极小值来确
定[1?径比较小时,d。:。很接近Q。。随着粒径的增大,d。。。与Q矗 1 寺I|[,一K(y)]E||;之间的差别也随之增大,并且在A一0(4“m时更加明显。图 V(y)一半}_——————1 (7) 2为拂一1(49时修正的消光系数Q,。。,与原始消光系数Q。的 2去trace[I—K(y)]} I』y1 J 比较曲线。对于非吸收性颗粒来说,随着折射率的增大,修 式中,K(y)=A(ATA4-zH)一AT,J为M×M单位
阵。正消光系数d。,与原始消光系数Q。。之间的差别减小。通过 需要指出的是,当y值在某一范围内取值时,粒
径 万方数据 图1和图2的比较可以得出,对于粒径较大的颗粒来说,d。 分布,(D)的反演不会明显地受到值的影响。在本文中,
先
2795第12期 光谱学与光谱分析 光全散射法的理论基础是米氏理论,当颗粒粒径很小 其表达式为 一p1 n^, 时,米氏理论可以用瑞利散射理论来近似。这一近似使得 (8) ?D)一台×(万13)×e印(一(芳)) (3)式成为一个线性相关的方程组。显然由这个方程组无法 式中,D为颗粒直径(邮),西为尺寸参数(tan),惫为无因次 进一步求得粒径分布。因而,光全散射法的测量下限可以根 分布参数。 据瑞利散射来确定。同样,当颗粒粒径很大时,米氏理论可 以用衍射理论来近似。这一近似使得(3)式也成图3为不同粒径范围,不同特征参数情况下,单峰R-为一个线性
R 分布函数的反演曲线。R-R分布特征参数如表1所示。假相关的方程组。因此,光全散射法的粒径测量范围是由瑞利 测量波长范围为A—o(4,2_,口,z,m一1(235,从图中可以看 散射以及衍射理论来确定的。但是瑞利散射以及衍射理论成 定
出,当粒径测量下限为0(01脚时[图3(a)],尽管反演结果 立的边界条件是个不等式范畴,还需要根据被测颗粒系的相 能够准确地再现单峰的位置,但是在整个粒径区间0(01,1 对折射率以及测量波长进行确定。 呻,反演曲线出现了几个微小的凸起,而且还有翘尾的现
象。当粒径测量下限为0(05舯时[(图3(b)3,反演曲线与 2仿真实验及数值模拟结果 设定曲线基本重合,即测量下限为0(05脚时,反演结果是
另人满意的。当粒径测量范围为0(1,18肿时[图 3(d),图为了确定可见一红外波段颗粒粒径测量范围,我们进行 3(e)],分布曲线峰的位置和高度都能准确地被重建。当粒径 了大量的仿真实验研究。数值模拟时,首先假设一分布函数
测量上限为19脚时[图3(f)],反演结果与真值偏差较大。 八D),选择一组测量波长和折射率,将其代入(1)式中,求 通过六种不同分布函数反演结果的比较,表明当入射波长在 得一组消光计算值(f(A1),J((=11)o), ,(I(A^n),I(蛔)。,然
A=0(4,2脚范围内,,,l一1(235时,独立模式算法确实 后将这组值代入(5)式中作为测量值,求得分布函数,(D)。可
以在0(01,18 pm粒径范围内求得单峰粒径分布,并能得到 为了更准确地确定可见一红外波段颗粒粒径测量范围,模拟
较好的反演结果。而当超出此测量范围时,反演偏差较大, 加上计算了测量误差对反演结果的影响,对每个波长下的消光值 无法获得较真实的粒径分布。 士1,的随机噪声。这里假设被测颗粒系服从R-R分布, 0(12 O(08
O M o o(4 o,8 n4 n8 0 4 8 12 16 Diameter,pm DlametH,Imq Dhmete“ItlIl O 心 啡 嘴 憾 0 蝴 ?
吣n舛 耋 |耋 | o o o 12 16 4 12 16 lO 16 拥 0480805Diame‘er,pm Diameter,tun Diame!ter,lun
Inversion resul协of different monomodal R-R n参3 distributions(mffi 1(23$A----0(4,2 pm)——;iversion 1,; :given1 Characteristic of Table the monomedm parameters 图4为m----1(49时,单峰R-R分布函数的反演结果。given R-Rdistributions(m----1(235A----0(4,2 R分布特征参数如表2所示。测量波长范围为A一pm) R- 0(4,2 肿。当颗粒折射率实部变大时,粒径测量范围也随之变化。随着折射率实部的变大。粒径测量范围下限达到了0(01
呻,而上限却减小到了14肛m。
图5为,T,(一1(235—0(01i时,单峰RIR分布函数的反
演 结果。测量波长范围为A=0(4"--2 prn。当颗粒折射率虚部
大时,粒径测量范围基本不发生变化。而且,由于折射率变
虚 部变大,消光系数曲线变得更加平滑,使得反演结果比虚
部
万方数据
2796 第28卷 光谱学与光谱分析 ? 5 O(1
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n 够 蚴5
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? 5O ? l n 0 眈 二皇—01oIl=(Ir —锯一可F叠蕾。产— ho_rI—o?二。口=o胃豆q寺矗。一萝占。看三o? ? 5
O O0 0(2 0。4 0(6 0(8 () 0(2 0(4 0(6 0(8
Diameter,pan Diame吲 ttm 0(14
0(12 0(06 O(1
0(08 0(04
006 50==(1葛 sII)ho<生一—v皿jj0(04 0(02g="" —-皇o—口?—口岛ue?11叮山扫?—尸_="_o"> ?一ooAO(02 0 0 0 2 4 6 8 0 2 4 10 6 812Diazneter,um Diameter4Lm
4 Inversion results of different monomodal R-R distributions(m----I(49 A20(4,2 Fig pm)
——:iversion 1,; :given儿 012 0 0- ,? ;宝008 0(02
眦 0(0l 004毗 。 0 00 2 0(7 0(6 0(8 l () 0 2 0(4 0 6 0(8 O 2 4 6 8 10 Diameter,um Diame埭“um Diameter,tun 0(05 0 04 0(I)60(04 o(03 0(03 0(04 O(02 0(02 0(02 O(Ol 0(0l 0 0 0 O 4 8 12 0 4 8 12 16 O 6 10 15 20 Diame“?“啪 Diamemr,?m Diameteffttm
Inversion resulb of different lnonomodal R-R distributions(m-----I(235-0(01(i 啦5 A----0(4,2 pm)——:iversion;1,; :given
为零时的反演结果要好。图6为rn:1(235时,单峰R-R分 波长范围减小时,粒径测量范围也随之减小到0(01,12 tan。最小测量波长决定了粒径测量范围的下限,而最大测量布函数的反演结果。测量波长范围为A=0(4,1肛m。当测量
万方数据
2797第12期 光谱学与光谱分析 波长决定了粒径测量范围的上限。 向粒径减小的方向移动。但是颗粒折射率虚部的增大,粒径
测量范围基本不发生变化。在消光系数计算中,考虑前向散 在固本文还对双峰及多峰分布颗粒系的测量范围进行研究,
射对消光值的影响,采用修正的消光系数代替原始的消光系 定的波长范围及相同的折射率条件下,双峰及多峰分布 颗粒系有着与单峰分布相同的测量范围。 数,从而得到更准确的粒径测量范围。
2 of the monomodalTable C瓢a瑚删 s廿cparameters 3结论 given distributions(小2 Z=0(4,2 1(49R-Rpan)
光全散射法是各种光散射粒径测量中较为简便的一种。
在可见?红外波段,采用独立模式算法对单峰R-R分布颗粒
系进行反演以确定粒径测量范围。通过分析比较可以得出: 当入射波长从0(4,2 pxn,m—1(235时,粒径测量范围
为
0(05,18肛m(在此区域内测量颗粒粒径分布,反演结果与 真值基本吻合。随着颗粒折射率实部的增大,粒径测量范围
O(12
O(3 O(1
O(吣 O(2 0(06 0(04 o(1 0(02 爱 '口,鲁耄奇蠡兽雪生葛—_oA二吕暑巴培考蓉盎当口?墨啦—_嗣=o> 0 O 0(6 0(8 l 0 2 4 6 8 10 12O 0(2 O(4 Diameter,pxn Diameter,岬h他rsl哪results of d姐ferent m咖棚?dm R(R distributi0峭m21(235(A----0(4,l 晦6
Fan)
——:iversion 1,; :given
文 献 参 考
and Yin-chao,ZHOU Meng-ran,et al(洪光烈,张寅超,周孟然,等)(Spectroscopy Spectral Analysis(光谱 [1]HONG Guang-lie,ZHANG 学与光谱分析),2006,26(7);1249(
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光谱学与光谱分析 第28卷 2798
Research on the Measurement of Particle Size with Total LightRange
Method in Vis--IR Scattering Region
SUN Xiao-gang,TANG Hong,DAI Jing-min
of Automation Measurement and Institute of Control,Harbin Department Technology,Harbin 150001,China was studied Abstract The size in the visible-infrared the of the problem determining particle range region using independent the and model in the total of the of the inversion results for dif— algorithm scattering technique(By analysis comparison accuracy ferent R-R measurement of size was coefficientdistributions,the determined(Meanwhile,the corrected extinction range particle
extinction was used instead of the coefficient,which could determine the measurement of size with original range particle higherillustrate that the size distribution carl be retrieved well in the from 0(05 to accuracy(Simulation experiments very particle range the 18 at relative refractive index m一1(235 in visible-infrared measurement of will the size particle tanspectral region(and range with the varied and relative refractive It is feasible tO use the constrained least inversion range index vary squares wavelength method in the model tO overcome the influence of the measurement error。and the inverse results are all still satisfac —independent when 1,stochastic noise iS added tO the value of the extinction( tory light
Total size;Visible-infrared scattering;Measurement of Keywords light range particle region
(Received May Aug(20,2007) 10,2007;accepted
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光谱学与光谱分析期刊社
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范文四:可见_红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究
可见2红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研 究
孙晓刚 , 唐红 , 戴景民
哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所 , 黑龙江 哈尔滨 150001
摘 要 在光全散射法颗粒粒径测量中 , 采用独立模式算法在可见2红外波段对粒径测量范围进行了深入的 研究 。通过对多种 R2R 分布函数反演结果进行分析 , 比较 , 以确定光全散射法颗粒粒径测量范围 。同时在消 光系数计算中 , 采用修正的消光系数代替原始的消光系数 , 以便得到更准确的粒径测量范围 。仿真计算结果
μ表明 , 在可见2红外光谱区 , 相对折射率 m = 11 235 时的粒径测量范围为 01 05,18 m 。在此区域内测量粒径 分布 , 反演结果与真值基本吻合 。随着颗粒相对折射率 、波长范围的变化 , 粒径测量范围也随之发生改变 。 采用限制最小二乘算法能够最大限度地克服随机噪声对测量结果的影响 , 使测量的精度和可靠性明显提高 。 对测量的消光值加入 ?1 %随机噪声时 , 颗粒粒径分布的反演均能得到满意的结果 。
关键词 光全散射法 ; 粒径测量范围 ; 可见2红外波
段 () DOI : 101 3964/ j1 i ssn1 100020593 20081222793206 中图分类号 : T H744 , O436 文献标识码 : A
1 引 言测量原理
光全散射法是光散射颗粒粒径测量技术中的一种 , 无论 光全散射法以光散射理论为基础 。根据 L a mbert2Beer 定
λ律 , 当一束光强为 I, 波长为的平行单色光照射到厚度为 0 在测量原理还是在测量装置上都比其他光散射法简单 。由于 L 的悬浮被 测 颗 粒 时 , 由 于 颗 粒 对 入 射 光 的 吸 收 和 散 射 作 在线粒度监测的需求十分迫切 , 光全散射法已逐渐显示出较 用 , 穿过颗粒系透射光的光强 I 减弱 。由于实际颗粒系都是 大的发展空间和应用潜力 。光全散射粒径测量方法分为独立 具有一定尺寸分布范围的多分散系 , 在颗粒满足不相关单散 模式算法和非独立模式算法 。非独立模式算法事先假定被测 射的前提下 , 对于具有一定尺寸范围的多分散球形颗粒系则 颗粒系符合某一分布函数 , 如 R2R 分布 , 正态分布等 , 计算 [ 628 ] 有下述关系 在给定多个波长下的消光值 , 并将计算值和测量值比较 , 最 [ 1 , 2 ] 后用优化算法寻得最佳的粒径分布 。独立模式算法事先 λ)(I j 3 = - ×L ×N ×l n D I (λ) 无须假定一分布函数 , 通过求解离散线性方程组得到粒径分 j 02 [ 3 ] Dmax 布 。影响光全散射法测量精度的一个主要因素是被测颗粒 λ( )() Q j , m , D×f D D ( )( )d D 1 系的尺寸范围 。然 而 在 实 际 测 量 中 这 一 范 围 是 事 先 不 清 楚 D ? Dmin 的 , 这就给粒径反演带来一定的困难 。如果选取的测量范围 λ) (λ) (式中 , I j / I j 0 为单色入射光的消光 值 , 可由实 际测量 小于或大于实际颗粒系的尺寸范围 , 就不可能得到正确的反 得到 。L 为被测颗粒系的厚度 ,N 为颗粒系的粒子总数 ,j D 演结果 。郑刚等采用非独立模式算法在可见光范围内探讨了 [ 4 , 5 ] λ() 为 第 j 个波长 , Q j , m , D为消光系数 , 它表征每个颗粒对 光全散射法粒径测量范围 。本文在可见2红外波段对独
λ入射光的散射量 , 是颗粒粒径 D 、波长 , 以及相对介质折 j 立 模式算法下的光全散射法粒径测量范围进行深入的研究 , [ 9 211 ] 射 率 m 的 函 数 , 其 值 可 由 经 典 的 米 氏 理 论 求 得 , 并 将前向散射修正引入到消光系数的计算中 , 从而更加准确
f ( D) d ( D) 是体积频度分布 , 表示单位体积内直径在 D 和 D D 地 确定可见2红外波段光全散射法粒径测量范围 。
( ) + d D范围内的粒子体积频度 , 是粒径测量中待求的未知
量 。
在光全散射法粒径测量中 , 消光系数的计算是个关键问
收稿日期 : 2007205210 , 修订日期 : 2007208220
基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 50336010) 资助
作者简介 : 孙晓刚 , 1967 年生 , 哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所教授 e2mail : t a ngbenben @1261 co m
光谱学与光谱分析第 28 卷2794
() 消光系数 。题 。理论上 , 1式是在探测器接收角为零的 情况下才成立
() 的 。而实际上这一条件很 难得到满足 。沿着入射光的方向 , 1式为第一类 Fredhol m 积分方程 。这是一个典型的不
一些前向散射光不可避免地进入到探测器的有限视场中 , 使 适合的问题 , 直接求解具有很大的困难 。用四阶 Ga uss2L eg2 () endre 数值积分方法将 1式离散 , 可得如下矩阵表示的线性 探测器不但接收颗粒的透射光 , 而且还有部分前向散射光 。 [ 15 ]所以 , 在实际应用中应将前向散射系数从原始消光系数 Q方程组 ext
( )E = A f 的计算中排 除 掉 , 进 而 得 到 修 正 的 消 光 系 数 Q′。Q和 3 ext ext
[ 12214 ] 式中 , E = [ l n ( I (λ) / I (λ) ) , ( (λ) (λ) ) A 1 1 0 , l n I M1 / I M 0 ] , Q′可以根据米氏理论求得 。 ext θ = [ A ] 为 M ×N 权重矩阵 , i = 1 ,, M , j = 1 , , N , ij 1 ( ) θθ( )Q′= Q- i+ isind2 ext ext 1 2 2 0 ?(πλ) D / ) ( ) λ λ (λ j j D ext iij 2 D? , 由于在 [min, m]a x范 A = - 3 L N Q′ , m , D?
θ式中 ,为在入射光反方向上探测器的接收半角 , i1 和 i2 为米 围内测量波长数目的有限性 , 颗粒粒径分布也只能在有限范
氏强度函数 。 围内 [ D, D] 进行反演 。M 为测量的波长数 ,N 为划分min max
的粒径子区间数 。f = [ f j ] , D? j 为第 j 个子区间 [ D j , D j +1 ]
的中点 。
在实际测量中 , 若不知道被测颗粒系的粒径分布规律 ,
或者颗粒系的尺寸分布无法简单地用某个分布来描述 , 这就
使非独立模式下求得的结果不可靠 。在已经提出的独立模式
反演算法中 , 由 Phillip s 和 Two mey 提出的限制最小二乘算
法应用最为广泛 , 得到的反演 结果也最为理想 。限于篇幅 ,
( ) 本文仅给出限制最小二乘算法的几个基本计算公式 。3式
的最小二乘解为 T - 1 T )( ) ( f = A A A E 4
( ) 从数学上讲 , 如果权重矩阵 A 满秩 , 通过 4式可以计
算出颗粒粒径分布 。但实际上由于矩阵 A 高度病态 , 条件数
( ) 非常大 , 因而无法采用 4式进行求解 。Phillip s 和 Two mey
γ() 引进一个光顺矩阵 H 和光滑因子, 4式则可改写成
T - 1 T )( γ5 ( ) f = A A + H A E
γH 表示 N ×N 光顺矩阵 , 其定义为式中 , 表示光滑因子 ,
(6) 式
1 - 2 1 0 0
0 - 2 5 - 4 1 0
1 - 4 6 - 4 1 0
( )H = 0 1 - 4 6 1 - 4 0 6
ω
1 - 4 5 - 2 0
0 1 - 2 1
在此算法中 ,γγ ) ( 值的选择是个关键 , = 0 , 5式退化成
( ( ) ) ( ) 一般的求逆矩阵算法 见 4式, 由此得到的解 f D呈剧烈 [ 7 ] γγ振荡形式 。逐渐增大 值 , 可以使 解的振荡减少 。值过
γ图 1 为 大 , 则解过于光顺 , 仍会造成误差 。因此 , 如何选取值一直 m = 11 33 条件下修正消光系数 Qe′xt 与原始消光
θ 系 数 Q的比较曲线 。其中 , 探测器的接收半角= 1,? 入射 ext ( 颇受人们关注 。其中最常用的方法为 GCV generalized cro ss2 λ μλ μ径波长分别为= 01 4m 和= 01 8m 。可以看出 , 当颗粒粒 [ 16 ]() ) γvalidatio n技术 。值可由 7式求极小值来确定 比较小时 , Q′很接近 Q。随着粒径的增大 , Q′与 Qext ext ext ext 之间 1 2γ) (‖[ I -K ] E ‖ 2 λ μ的差别也随之增大 , 并且在= 01 4 m 时更加明显 。图 M )( 7 V (γ) = 2 2 为 m = 11 49 时修正的消光系数 Q′与原始消光系数 Q的 ext ext 1 γ) (t race [ I - K ] 比较曲线 。对于非吸收性颗粒来说 , 随着折射率的增大 , 修 M T - 1 T 正消光系数 Q′与原始消光系数 Q之间的差别减小 。通过 ext ext γ) ( γ() 式中 , K = A A A + H A , I 为 M ×M 单位阵 。 图 1 和图 2 的比较可以得出 , 对于粒径较大的颗粒来说 , Q′ext γ需要指出的是 , 当值在某一范围内取值时 , 粒径 与 Q之间的差别非常明显 , 因而必须采用修正的 Q′来计 ext ext ( ) 分布 f D的反演不会明显地受到值的影响 。在本文中 , 先 μ算消光系数 。本文中 , 当粒径 D < 1m="" 时使用原始的="" q计="" ext="" (="" )="" γ由="" 7式确定值="" ,="" 然后在这个值的邻域内选取一些可行点="" ,="" μ算消光系数="" ,="" 而当粒径="" d=""> 1 m 时则使用修正的 Q′计算ext γ最终的值为使测量的消光光强与反演计算的消光光强之间
的误差达到最小的那个可行点 。
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第 12 期光谱学与光谱分析 2795
光全散射法 的 理 论 基 础 是 米 氏 理 论 , 当 颗 粒 粒 径 很 小其表达式为 k - 1 k DD 时 , 米氏理论 可 以 用 瑞 利 散 射 理 论 来 近 似 。这 一 近 似 使 得 k ( )= )( f D 8 ××exp - D?D? D? () 3式成为一个线性相关的方程组 。显然由这个方程组无法 式中 , (μ) (μ) 为无因次D 为颗粒直径 m, D? 为尺寸参数 m, k 进一步求得粒径分布 。因而 , 光全散射法的测量下限可以根
分布参数 。 据瑞利散射来确定 。同样 , 当颗粒粒径很大时 , 米氏理论可
图 3 为不同粒径范围 , 不同特征参数情况下 , 单峰 R2R ( ) 以用衍射理论来近似 。这一近似使得 3式也成为一个线性
分布函数的反演曲线 。R2R 分布特征参数如表 1 所示 。假定 相关的方程组 。因此 , 光全散射法的粒径测量范围是由瑞利 λμ测量波长范围为= 01 4 , 2 m , m = 11 235 , 从图中 可以看 散射以及衍射理论来确定的 。但是瑞利散射以及衍射理论成 μ() 出 , 当粒径测量下限为 01 01 m 时 [ 图 3 a] , 尽管反演结果 立的边界条件是个不等式范畴 , 还需要根据被测颗粒系的相
能够准确地再现单峰的位置 , 但是在整个粒径区间 01 01,1 对折射率以及测量波长进行确定 。
μm , 反演曲线出现了几个微小的凸 起 , 而 且 还 有 翘 尾 的 现
象 。当粒径测量下限为 01 05 μm 时 [ ( 图 3 ( b) ] , 反演曲线与 2 仿真实验及数值模拟结果 μ设定曲线基本重合 , 即测量下限为 01 05 m 时 , 反演结果是
μ( ) 另人满意的 。当粒径测量范围为 01 1,18m 时 [ 图 3 d,图 为了确定可见2红外波段颗粒粒 径测量范围 , 我们进() 3 e] , 分布曲线峰的位置和高度都能准确地被重建 。当粒径 行
μ() 了大量的仿真实验研究 。数值模拟时 , 首先假设一分布函数 测量上限为 19 m 时 [ 图 3 f ] , 反演结果与真值偏差较大 。
λf ( D) , 选择一组测量波长和折射率 , 将其代入 ( 1) 式中 , 求 通过六种不同分布函数反演结果的比较 , 表明当入射波长在 = ( (λ) (λ) ) ( (λ) (λ) , 得一组消光计算值 I 1 / I 1 0 , I M1 / I M 0 , 然 μ01 4,2 m 范围内 , m = 11 235 时 , 独立模式算法确实可 以在 ( ) ( ) 。后将这组值代入 5式中作为测量值 , 求得分布函数 f D μ01 01,18 m 粒径范围内求得单峰粒径分布 , 并能得到 为了更准确地确定可见2红外波段颗 粒粒径测量范围 , 模
较好的反演结果 。而当超出此 测量范围时 , 反演偏差较大 , 拟 计算了测量误差对反演结果的影响 , 对每个波长下的消光无法获得较真实的粒径分布 。 值
加上 ?1 %的随机噪声 。这里假设被测颗粒系服从 R2R 分布 ,
λμFig1 3 Inversion results of diff erent monomodal R2R distributions ( m = 11 235 = 01 4,2 m)
———: i ver sio n 1 % ; ??: given
Ta ble 1 Characteristic parameters of the given monomodal 图 4 为 m = 11 49 时 , 单峰 R2R 分布函数的反演结果 。R2
λR2R distributions( m = 11 235 λ= 01 4,2 μm) R 分布特 征 参 数 如 表 2 所 示 。测 量 波 长 范 围 为 = 01 4 , 2
μm 。当颗粒折射率实部变大时 , 粒径测量范围也随之变化 。 μμDmin , Dmax ] /m [ D?/m k M N 序号
a 01 3 1 01 ,1 ] 10 [ 043 81 随着折射 率 实 部 的 变 大 , 粒 径 测 量 范 围 下 限 达 到 了 01 01 b 01 3 12 [ 01 05 ,1 ] 43 81 μμm , 而上限却减小到了 14 m 。 c 13 10 [ 01 1 ,16 ] 43 81 图 5 为 m = 11 235 201 01 i 时 , 单峰 R2R 分布函数的反演 d 10 7 [ 01 1 ,18 ] 43 81 λμ结果 。测量波长范围为= 01 4,2 m 。当颗粒折射率虚部变 e 13 10 [ 01 1 ,18 ] 43 81 大时 , 粒径测量范围基本不发生变化 。而且 , 由于折射率虚 f 9 43 81 16 [ 01 1 ,19 ] 部变大 , 消光系数曲线变得更加平滑 , 使得反演结果比虚部
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光谱学与光谱分析第 28 卷2796
为零时的反演结果要好 。图 6 为 m = 11 235 时 , 单峰 R2R 分 , 粒 径 测 量 范 围 也 随 之 减 小 到 01 01 , 12 波长范围 减 小 时
布函数的反演结果 。测量波长范围为λ= 01 4,1 μm 。当测量 μm 。最小测量波长决定了粒径测量范围的下限 , 而最大测量
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第 12 期光谱学与光谱分析 2797
波长决定了粒径测量范围的上限 。, 粒径向粒径减小的方向移动 。但是颗粒折射率虚部的增大
本文还对双峰及多峰分布颗粒系的测量范围进行研究 , 测量范围基本不发生变化 。在消光系数计算中 , 考虑前向散 在固定的波长范围及相同的折射率条件下 , 双峰及多峰分布 射对消光值的影响 , 采用修正的消光系数代替原始的消光系 颗粒系有着与单峰分布相同的测量范围 。 数 , 从而得到更准确的粒径测量范围 。
Ta ble 2 Characteristic parameters of the given monomodal 3 结论
R2R distributions ( m = 11 49 λ= 01 4,2 μm)
光全散射法是各种光散射粒径测量中较为简便的一种 。 μμ序号 D?/m [ Dmin , Dmax /m k M N
( ) 1 3 1 01 ,100a 10 43 81 在可见2红外波段 , 采用独立模式算法对单峰 R2R 分布颗
( ) 01 5 01 01 ,1b 8 43 81 粒 系进行反演以确定粒径测量范围 。通过分析比较可以得( )c 11 01 1 ,9 43 81 7 μ出 : 当入射波长从 01 4 , 2 m , m = 11 235 时 , 粒 径 测 量 范 围 ( )d 9 43 81 9 01 1 ,13 为
μ01 05,18 m 。在此区域内测量颗粒粒径分布 , 反演结果与
真值基本吻合 。随着颗粒折射率实部的增大 , 粒径测量范围
(λμFig1 6 Inversion results of diff erent monomodal R2R distributions m = 11 235 = 01 4,1 m)
———: i ver sio n 1 % ; ??: given
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光谱学与光谱分析第 28 卷2798
Research on the Mea surement Range of Particle Size with Total L ight Scattering Method in Vis2IR Region
SU N Xiao2gang , TA N G Ho ng , DA I J ing2min
Depa rt ment of A uto matio n Mea surement and Co nt rol , Ha r bin Instit ute of Technolo gy , Ha r bin 150001 , China Abstract The p ro blem of deter mining t he p a rticle size ra nge in t he vi sible2inf rared regio n wa s st udied using t he indep endent mo del algo rit hm in t he to tal scat tering technique. By t he a nalysi s a nd co mpa ri so n of t he accuracy of t he inver sio n result s fo r dif2 f erent R2R di st ri butio ns , t he mea surement range of pa rticle size wa s deter mined. Mea nw hile , t he co r rected extinctio n coefficient wa s used instead of t he o rigi nal extinctio n coefficient , w hich co uld deter mine t he mea surement ra nge of pa rticle size wit h higher accuracy. Si mulatio n exp eriment s ill ust rate t hat t he p article size di st ributio n can be ret rieved ver y well i n t he ra nge f ro m 01 05 to μ18 m at relative ref ractive index m = 11 235 in t he vi sible2inf ra red sp ect ral regio n , and t he mea surement ra nge of p a rticle size will var y wit h t he va ried wavelengt h range a nd relative ref ractive index. It i s f ea sible to use t he co nst rained lea st squa res i nver sio n met ho d in t he indep endent mo del to o verco me t he inf l uence of t he mea surement er ro r , a nd t he inver se re sult s a re all still sati sf ac2 to r y w hen 1 % stocha stic noi se i s added to t he val ue of t he light extinctio n.
Key words To tal light scat t ering ; Mea surement ra nge of pa rticle size ; Vi sible2inf ra red regio n
( )Received May 10 , 2007 ; accep ted A ug. 20 , 2007
敬告读者 ———《光谱学与光谱分析》已全文上网
( )从 2008 年第 7 期开始在《光谱学与光谱分析》网站 www . gp xygpf x . co m“在线期刊”栏内 发布《光谱学与光谱分析》期刊全文 , 读者可方便地免费下载摘要和 PD F 全文 , 欢迎浏览 、检 索本刊当期的全部内容 ; 并陆续刊出自 2006 年以后出版的各期摘要和 PD F 全文内容 。2009 年起《光谱学与光谱分析》每期出版日期改为每月 1 日 。
光谱学与光谱分析期刊社
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范文五:波段名称 波长范围
波段名称 波长范围
科技名词定义 中文名称:电磁波 英文名称:electromagnetic wave 定义1:物体所固有的发射和反射在空间传播交变的电磁场的物理量。 应用学科: 地理学(一级学科);遥感应用(二级学科) 定义2:介质或真空中由时变电磁场表征的状态变化,由电荷或电流的变化而产生。它在每一点和每一方向上的运动速度取决于介质的性质。 应用学科: 电力(一级学科);通论(二级学科) 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片
电磁波(又称电磁辐射)是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面,有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类,从低频率到高频率,包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射,波长大约在380至780纳米之间,称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体,都可以发射电磁辐射,而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。
目录
电磁波简介定义产生性质能量计算发现电磁波谱电磁辐射电磁辐射对人体的伤害降低特性应用电磁波治疗应用传导电磁波谱电磁波用途电磁波穿透力电磁波对人体的副作用及防护
电磁波图谱
电磁波简介 电磁波(Electromagnetic wave):(又称:电磁辐射、电子烟雾)是能量的一种。定义 从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。 正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样,除光波外,人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。产生 电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面,变化的电场会产生磁场(即电流会产生磁场),变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般,因此被称为电磁波,也常称为电波。性质 电磁波频率低时,主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去;电磁波频率高时即可以在自由空间内传递,也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。举例来说,太阳与地球之间的距离非常遥远,但在户外时,我们仍然能感受到和煦阳光的光与热,这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。 电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变,其强度与距离的平方成反比,波本身带动能量,任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。 其速度等于光速c(每秒3×10八次方米)。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同,其量值最大两点之间的距离,就是电磁波的波长λ,电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。 电磁波的传播不需要介质,同频率的电磁波,在不同介质中的速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大折射率越大,速度越小。且电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播,若同一种介质是不均匀的,电磁波在其中的折射率是不一样的,在这样的介质中是沿曲线传播的。通过不同介质时,会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少,电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。 机械波与电磁波都能发生折射、反射、衍射、干涉,因为所有的波都具有波粒两象性.折射、反射属于粒子性; 衍射、干涉为波动性。能量 电磁波的能量大小由坡印廷矢量决定,即S=E×H,其中s为坡印庭矢量,E为电场强度,H为磁
场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系;即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能,单位是W/m²。 电磁波具有能量,电磁波是一种物质。计算 c=λf c:光速(这是一个常量,约等于3×10^8m/s) 单位:m/s f:频率(单位:Hz,1MHz=1000kHz=1×10^6Hz) λ:波长(单位:m)发现 1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,高考,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。 1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后,1898年, 马可尼又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。电磁波谱 按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。以无线电的波长最长,宇宙射线的波长最短。
无线电波 3000米,0.3毫米。(微波 0.1~100厘米) 红外线 0.3毫米,0.75微米。(其中:近红外为0.76~3微米,中红外为3~6微米,远红外为6~15微米,超远红外为15~300微米) 可见光 0.7微米,0.4微米。 紫外线 0.4微米,10毫微米 X射线 10毫微米,0.1毫微米 γ射线 0.1毫微米,0.001毫微米 高能射线 小于0.001毫微米 传真(电视)用的波长是3,6米;雷达用的波长更短,3米到几毫米。电磁辐射 广义的电磁辐射通常是指电磁波频谱而言。狭义的电磁辐射是指电器设备所产生的辐射波,通常是指红外线以下部分。 电磁辐射是传递能量的一种方式,辐射种类可分为三种: 游离辐射 有热效应的非游离辐射 无热效应的非游离辐射 基地台电磁波 绝非游离辐射波电磁辐射对人体的伤害 电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等,高考满。 热效应:人体内70%以上是水,水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起机体升温,从而影响到身体其他器官的正常工作。 非热效应:人体的器官和组织都存在微弱的电磁场,它们是稳定和有序的,一旦受到外界电磁波的干扰,处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏,人体正常循环机能会遭受破坏。 累积效应:热效应和非热效应作用于人体后,对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话,其伤害程度就会发生累积,久之会成为永久性病态或危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体,即使功率很小,频率很低,也会诱发想不到的病变,应引起警惕~ 各国科学家经过长期研究证明:长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、听力下降、血压异常、皮肤产生斑痘、粗糙,甚至导致各类癌症等;男女生殖能力下降、妇女易患月经紊乱、流产、畸胎等症。但是暂时未经实验证明,也无大规模的数据统计证实存在必然联系 具有防电磁波辐射危害的食物有:绿茶、海带、海藻、裙菜、Va、Vc、Vb1.卵磷脂、猪血、牛奶、甲鱼、蟹等动物性优质蛋白等。降低 降低电磁波的不良影响,就必须养成自我防范的习惯。一般电器行都有贩售「电磁波测试笔」,可以轻易测出电磁波的强度,只要超过标准就会发出警讯,使用者就应远离被测物直至警讯消失为止。 要测知电气产品是否有辐射或电磁波,也可以采取比较简便的方式,就是利用家用、小型可接收AM(调幅)频道的收音机,打开后将频道调在没有广播的地方,并且靠近所要测量的 电视、冰箱、微波炉或电脑等家电用品,就会发现收音机所传出的> 噪音突然变大,走出一段距离后,才会恢复原来较小的噪音量;如此即可测出「安全」距离来。 不同的电器也有不同的防范办法,像电脑用过最好只关萤幕不关机,电脑萤幕改换成液晶萤幕;接听手机时,手机最好不要放在腰间或裤子口袋中,而应该用手持或放置于距离人体五十公分处;购买住宅则在远离变电设备及基地台设置地点。 1993 年瑞典北欧三国研究调查公布,受到2mG 以上电磁辐射影响,罹患白血病的机会是正常人的 2.1 倍,罹患脑肿疡的机会是正常人的1.5 倍,以上资料摘自日本1996.3 出版SAPIO 杂志。 (4-1), 专家建议: 防止电磁波的10 大对策原 因 说 明1.尽量远离电化制品距离愈远,受电磁波的影响愈小。2.无法远离时要尽量缩短使用时间再强的电磁波,时间愈短,影响愈小。3.选用电磁波小的制品电灯泡比日光灯小,无线电话比行动电话小4.与其选用大型,尽量选用小型同种的家电制品,大型的不但耗电量高,电磁波也强。5.年轻人要特别注意细胞分裂正值旺盛的年轻人容易受影响,孕妇特别要注意。6.要晓得测定出的安全距离厂家的电磁波数字不准,要明确的测出才好。7.注意后方及两侧电视机与个人电脑的后方及两侧所释出的电磁波极强。8.插头不用的时候要拔掉插头插着的时候,大多数的电磁波即会释出。9.睡觉时要特别注意睡觉时间通常很长,即使微量的曝露其影响也会很大10.改变非依赖电不可的心态电化制品环绕着的生活,曝露于电磁波的机会乃大增。特性 与声波和水波相似,电磁波具有波的性质。可以发生折射等现象。它的速度,波长,频率之间满足关系式: 传播速度=波长×频率。 电磁波在空气中的传播速度为光速,波长λ=300/频率F(GHz)mm。从同步卫星到地球的传播时间大约1/8秒。应用 电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等。 电磁波谱(波长从长到短)是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X射线),伽玛射线. 应用: 无线电波用于通信等 微波用于微波炉、卫星通信等 红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等 可见光是所有生物用来观察事物的基础 紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等 X射线用于CT照相 伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等. 无线电波。无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中,人们先将声音信号转变为电信号,然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线广播的大致过程。而在电视中,除了要像无线广播中那样处理声音信号外,还要将图像的光信号转变为电信号,然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播,而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号,从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。 电磁波的电场(或磁场)随时间变化,具有周期性。在一个振荡周期中传播的距离叫波长。振荡周期的倒数,即每秒钟振动(变化)的次数称频率。 很显然,波长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离,即波速。令波长为λ,频率为f,速度为V,得: λ=V/f波长入的单位是米(m),速度的单位是米/秒(m/sec),频率的单位为赫兹(Hertz,Hz)。 整个电磁频谱,包含从电波到宇宙射线的各种波、光、和射线的集合。不同频率段落分别命名为无线电波(3KHz―3000GHz)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线(伽马射线)和宇宙射线。 在19世纪末,意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行了无线电通信试验。在此后的100年间,从3KHz直到3000GHz频谱被认识、开发和 逐步利用。根据不同的持播特性,不同的使用业务,对整个无线电频谱进行划分,共分9段:甚低频(VLF)、低频(LF)、中频(MF),高频(HF)、甚 高频(VHF)\特高频(uHF)\超高频(sHF)\极高频(EHF)和至高频,对应的波段从甚(超)长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、 毫米波和丝米波(后4种统称为微波)。见下表。无线电频谱和波段划分 段号 频段名称 频段范围(含上限不含下限) 波段名称 波长范围(含上限不含下限) 1 甚低频(VLF) 3,30千赫(KHz) 甚长波 100,10km 2 低频(LF) 30,300千赫(KHz) 长波 10,1km 3 中频(MF) 300,3000千赫(KHz) 中波 1000,100m 4 高频(HF) 3,30兆赫(MHz) 短波 100,10m 5 甚高频(VHF) 30,300兆赫(MHz) 米波 10,1m 6 特高频(UHF) 300,3000兆赫(MHz) 分米波 微波 100,10cm 7 超高频(SHF) 3,30吉赫(GHz) 厘米波 10,1cm 8 极高频(EHF) 30,300吉赫(GHz) 毫米波 10,1mm 9 至高频 300,3000吉赫(GHz) 丝米波 1,0.1mm电磁波治疗应用 “特定电磁波谱”(TDP)是由特定的加热器对治疗板产生的波长范围在2-25μm,强度范围(28-35mw/cm²)内分布的特定电磁波,当人体匹配接收后与体内细胞所含相同物质产生谐振,因而可增强微循环作用,促进新陈代谢,产生对人体病变的修复,使病患者能迅速康复,非病患者能提高自身的抵抗能力。 例如国仁TDP,在经大量临床试验的基础上,确认特定电磁波谱的照射可应用于治疗颈椎病,腰椎间盘突出、腰痛,腰饥劳损,风湿关节炎,坐骨神经痛,面神经麻痹,术后伤口愈合,外伤感染,冻疮,胃炎、横隔膜痉挛、神经性皮炎、湿疹,偏头痛、头痛、痛经,痔疮等。被广泛应用到外科、内科、妇科、儿科、神经科及其它疾病。同时经过国家计量科学院等权威机构的精确测定,证实对人体无任何副作用。传导 电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变,其强度与距离的平方成反比,波本身带动能量,任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。 其速度等于光速c(每秒3×10^8米)。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同,其量值最大两点之间的距离,就是电磁波的波长λ,电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。 通过不同介质时,会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少,电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。电磁波的应用。 电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等。电磁波谱 电磁波谱是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X射线),伽玛射线.首先,无线电波用于通信等,微波用于微波炉,红外线用于遥控,热成像仪,红外制导导弹等,可见光是所有生物用来观察事物的基础,紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等,X射线用于CT照相,伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.电磁波用途 无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中,人们先将声音信号转变为电信号,然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线广播的大致过程而在电视中,除了要像无线广播中那样处理声音信号外,还要将图象的光信号转变为电信号,然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播,而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号,从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。 无线电广播利用的电磁波的频率很高,范围也非常大,而电视所利用的电磁波的频率则更高,范围也更大。电磁波穿透力 因为电磁波具有波粒二象性,波长与光子能量成反比关系,当波长越短光子能量越大,则穿透力越强。电磁波对人体的副作用及防护 一、 电磁污染对人体的副作用 (1)电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因之一 (2)电磁辐射会对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害 (3)电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素之一 (4)过量的电磁辐射直接影响儿童身体组织、骨骼发育,导致视力、肝脏造血功能下降,严重者可导致视网膜脱落 (5)电磁辐射可使男性性功能下降、女性内分泌紊乱。 二、电磁波的防护 1.电磁环境标准及相关规定。为控制现代生活中电磁波对环境的污染,保护人们身体健康,1989年12月22日我国卫生部颁布了《环境电磁波卫生标准》( GB9175,88),规定居住区环境电磁波强度限制值:长、中、短波应小于lOV/m,超短波应小于5V/m,微波应小于10μW/cm2。我国有关部门还制订了《电视塔辐射卫生防护距离标准》,国家环保局也颁布了
《电磁辐射环境保护管理办法》。 针对移动通信发展状况,北京市环保局于2000年2月17日颁布了全国首例对电磁污染进行规范管理的《北京市移动通讯建设项目环境保护管理规定》(试行),以规范移动通信台(站)的建设和运行,防止其对环境造成电磁污染。该规定中明确了能够产生电磁辐射的移动通信台(站)在建设前均要履行环保审批手续,并要办理环保验收审批,经环保部门的监测,当地功率密度符合国家《电磁辐射防护规定》中的频率在20 MHz,3000 MHz范围内、照射导出限值的功率密度在40μW/cm2这一标准,才可正式投人使用,大于这一标准的必须停用或整改;建设蜂窝移动通讯基站前要预测用户密度分布,采用最佳频率复用方式,尽量减少基站个数;在居民楼上建设移动通信台(站),事前建筑物产权单位或物业管理单位必须征得所住居民意见;无线寻呼通信、集群通信天线最低允许高度不得低于40m,而蜂窝移动通信基站室外天线一般不得低于25m,发射天线主射方向50m范围内、非主射方向30m范围内,一般不得建高于天线的医院、幼儿园、学校、住宅等建筑;建设单位应在上述各类天线安装地点设置电磁辐射警示牌。 2. 电磁波防护措施。根据电磁波随距离衰减的特性,为减少电磁波对居民的危害,应使发射电磁功率较大、可能产生强电磁波的工作场所和设施,如电视台、广播电台、雷达通信台站、微波传送站等,尽量设在远离居住区的远郊区县或地势高的地区。必须设置在城市内、邻近居住区域和居民经常活动场所范围内的设施,如变电站等,应与居住区间保持一定安全防护距离,保证其边界符合环境电磁波卫生标准的要求。同时,对电磁波辐射源需选用能屏蔽、反射或吸收电磁波的铜、铝、钢等金属丝或高分子膜等材料制成的物品进行电磁屏蔽,将电磁辐射能量限制在规定的空间之内。 3.高压特别是超高压输电线路应远离住宅、学校、运动场等人群密集区。使用电脑时,应选用低辐射显示器,并保持人体与显示屏正面不少于75cm的距离,侧面和背面不少于90cm,最好加装屏蔽装置。 4.应严格控制移动通信基站的密度,确保设置在市区内的各种移动通信发射基站天线高于周围建筑,在幼儿园、学校校舍、医院等建筑周围一定范围内不得建立发射天线。 5.为减轻家庭居室内电磁污染及其有害作用,应经常对居室通风换气,保持室内空气畅通。科学使用家用电器:例如,观看电视或家庭影院、收听组合音响时,应保持较远距离,并避免各种电器同时开启;使用电脑或电子游戏机持续时间不宜过长等。 6.使用手机电话时,尽量减少通话时间;手机天线顶端要尽可能偏离头部,高考满分作,尽量把天线拉长;在手机电话上加装耳机等。 7.另外,可每天服用一定量的维生素C或者多吃些富含维生素C的新鲜蔬菜,如辣椒、柿子椒、香椿、菜花、菠菜等;多食用新鲜水果如柑橘、枣等。饮食中也注意多吃一些富含维生素A、C和蛋白质的食物,如西红柿、瘦肉、动物肝脏、豆芽等;经常喝绿茶。这些饮食措施,可在一定程度上起到积极预防和减轻电磁辐射对人体造成伤害的作用。 8.电磁波辐射是近三四十年才被人们认识的一种新的环境污染,现在人们对电磁辐射仍处于认识和研究阶段。由于它看不见、摸不着、不易察觉,所以容易引起人们的疑虑。另外,有些关于电磁辐射的报道不太客观、缺乏科学性,导致了不必要的误解和恐慌。一般地说,判定电磁辐射是否对居住环境造成污染,应从电磁波辐射强度、主辐射方向、与辐射源的距离、持续时间等几方面综合考虑。所以,在加强电磁防护同时,对电磁波污染问题也应采取科学的态度,客观分析、严肃对待,切不可人云亦云,不负责的盲目夸大,造成人们认识的混乱。当然,随着科学技术水平的发展,人们对电磁波污染及其危害的认识会逐渐深人,许多谜底终将被揭开。 开放分类: 自然科学,物理,能量,物理学,电磁学 “电磁波”在汉英词典中的解释(来源:百度词典): 1.[Physics] an electromagnetic wave 我来完善 “电磁波”相关词条:相关的主题文章:
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