[发明专利]一种基于偏振散射特征的颗粒物形态测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于偏振散射特征的颗粒物形态测量方法和装置，该方法包括以下步骤：探测当前颗粒物对激光散射后的散射光，其中对70‑110度范围内的特定散射角度θ下的散射偏振光进行测量；提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量，根据Stokes矢量得到Mueller矩阵M中的元素a2(θ)、b1(θ)、a1(θ)、b1(θ)，并通过对元素a2(θ)、b1(θ)、a1(θ)、b1(θ)的计算，得到特征偏振参量K2；根据K2的值分析和确定颗粒物形态。本发明操作简单快捷，测量范围广，局限性小，减少了探测器的数量，降低了成本。

技术领域

本发明涉及颗粒物检测技术领域，特别是一种基于偏振散射特征的颗粒物形态测量方法和装置。申请人的在先专利申请公开号CN104089855A的内容以全文引用方式并入本文。

背景技术

形态分析在细胞分类，大气光学和海洋光学领域对颗粒表征存在重要作用。对于各向同性球体，Mie理论已经给出了散射穆勒矩阵的详细描述，然而对于圆柱体或各向异性的类球体颗粒，Mie理论缺乏有效的计算。近些年，一些理论构建了随机不均匀颗粒散射的解决方案，散射体的穆勒矩阵的元素可以用来表征散射体的形状(见公式(1))。人们发现公式(1)中a2/a1可以描述颗粒物的形状，但理论和实验并不准确和令人满意。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服现有光散射颗粒物光学属性分析方法的不足，提供一种基于偏振散射特征的颗粒物形态测量方法和装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于偏振散射特征的颗粒物形态测量方法，包括以下步骤：

探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对70-110度范围内的特定散射角度θ下的散射偏振光进行测量；

提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量，根据Stokes矢量得到Mueller矩阵M中的矩阵元素a2(θ)、b1(θ)、a1(θ)、b1(θ)，并通过对元素a2(θ)、b1(θ)、a1(θ)、b1(θ)的计算，得到特征偏振参量K2：

K2＝(a2(θ)+b1(θ))/(a1(θ)+b1(θ))；

根据K2的值分析和确定颗粒物形态。

进一步地：

所述特定散射角度θ为85度。

所述偏振通道包括0度偏振通道和90度偏振通道。

所述偏振通道包括对称设置的两个0度偏振通道和两个90度偏振通道。

根据K2的值将颗粒物形状属性的特异性表征区分为球、柱、椭球。

使用光源为输出波长632.8nm输出功率75mW的He-Ne激光器，将粒径在100-300nm的颗粒物以0.7L/min的流速通过测量区，并对其散射光进行探测。

一种用于所述的颗粒物形态测量方法的测量装置，包括激光器、光阑、线性偏振片、一分多光纤束、测量光腔、喷嘴和探测器，所述一分多光纤束设置在70-110度范围内的特定散射角度上，并在光纤束前端装配有偏振薄膜以形成散射光的偏振通道，优选为0度偏振通道和90度偏振通道，所述激光器发出的光经过光阑之后由所述线性偏振片调制为特定的偏振态，在通过所述测量光腔过程中经所述喷嘴喷出的颗粒物散射后，散射偏振光通过所述一分多光纤束进入散射光的偏振通道，再由所述探测器探测。

进一步地：

所述特定散射角度为85度。