颗粒粒度测量技术及应用（第二版）

第1章　颗粒基本知识 001
1.1　概述 001
1.2　颗粒的几何特性 002
1.2.1　颗粒的形状 002
1.2.2　颗粒的比表面积 003
1.2.3　颗粒的密度 003
1.3　颗粒粒度及粒度分布 004
1.3.1　单个颗粒的粒度 004
1.3.2　颗粒群的粒径分布 006
1.3.3　颗粒群的平均粒度 011
1.4　标准颗粒和颗粒测量标准 013
1.4.1　标准颗粒 013
1.4.2　颗粒测量标准 017
1.5　颗粒测量中的样品分散与制备 017
1.5.1　颗粒分散方法 017
1.5.2　颗粒样品制备 019
1.5.3　常见测量问题讨论 020
参考文献 022

第2章　光散射理论基础 023
2.1　衍射散射基本理论 023
2.1.1　惠更斯-菲涅耳原理 023
2.1.2　巴比涅原理 025
2.1.3　衍射的分类 026
2.1.4　夫琅和费单缝衍射 026
2.1.5　夫琅和费圆孔衍射 028
2.2　光散射基本理论 030
2.2.1　光散射概述 030
2.2.2　光散射基本知识 032
2.2.3　经典Mie光散射理论 035
2.2.4　Mie散射的德拜级数展开 052
2.3　几何光学对散射的描述 056
2.3.1　概述 056
2.3.2　几何光学近似方法 057
2.4　非平面波的散射理论 064
2.4.1　广义Mie理论 064
2.4.2　波束因子的区域近似计算 069
2.4.3　高斯波束照射 070
2.4.4　角谱展开法 071
参考文献 076

第3章　散射光能颗粒测量技术 081
3.1　概述 081
3.2　基于衍射理论的激光粒度仪 084
3.2.1　衍射散射式激光粒度仪的基本原理 084
3.2.2　多元光电探测器各环的光能分布 086
3.2.3　衍射散射法的数据处理方法 089
3.3　基于Mie散射理论的激光粒度仪 093
3.3.1　基于Mie理论激光粒度仪的基本原理 093
3.3.2　粒径与光能变化关系的反常现象 096
3.4　影响激光粒度仪测量精度的几个因素 099
3.4.1　接收透镜焦距的合理选择 099
3.4.2　被测试样的浓度 100
3.4.3　被测试样轴向位置的影响 102
3.4.4　被测试样折射率的影响 104
3.4.5　光电探测器对中不良的影响 104
3.4.6　非球形颗粒的测量 106
3.4.7　仪器的检验 106
3.5　激光粒度仪测量下限的延伸 106
3.5.1　倒置傅里叶变换光学系统 108
3.5.2　双镜头技术 109
3.5.3　双光源技术 110
3.5.4　偏振光散射强度差（PIDS）技术 111
3.5.5　全方位多角度技术 112
3.5.6　激光粒度仪的测量上限 114
3.5.7　国产激光粒度仪的新发展 115
3.6　角散射颗粒测量技术 120
3.6.1　角散射式颗粒计数器的工作原理 121
3.6.2　角散射式颗粒计数器的散射光能与粒径曲线 122
3.6.3　角散射式颗粒计数器F-D曲线的讨论 124
3.6.4　角散射式颗粒计数器的测量区及其定义 128
3.6.5　角散射式颗粒计数器的计数效率 132
3.6.6　角散射式颗粒计数器的主要技术性能指标 132
3.7　彩虹测量技术 135
3.7.1　彩虹技术的原理 136
3.7.2　彩虹法液滴测量 137
3.8　干涉粒子成像技术 141
3.8.1　干涉粒子成像技术介绍 141
3.8.2　干涉粒子成像法颗粒测量 142
3.9　数字全息技术及其应用 144
3.9.1　数字全息技术介绍 144
3.9.2　数字全息技术的应用 146
参考文献 151

第4章　透射光能颗粒测量技术 158
4.1　消光法 158
4.1.1　概述 158
4.1.2　消光法测量原理 158
4.1.3　消光系数 160
4.1.4　消光法数据处理方法 163
4.1.5　消光法颗粒浓度测量 170
4.1.6　消光法粒径测量范围及影响测量精度的因素 170
4.1.7　消光法颗粒测量装置和仪器 172
4.2　光脉动法颗粒测量技术 174
4.2.1　光脉动法的基本原理 175
4.2.2　光脉动法测量颗粒粒径分布 178
4.2.3　光脉动法测量的影响因素 183
4.3　消光起伏频谱法 185
4.3.1　数学模型 185
4.3.2　测量方法和测量原理 188
4.3.3　消光起伏频谱法的发展现状 197
参考文献 198

第5章　动态光散射法纳米颗粒测量技术 202
5.1　概述 202
5.2　纳米颗粒动态光散射测量基本原理 204
5.2.1　动态光散射基本原理 204
5.2.2　动态光散射纳米颗粒粒度测量技术的基本概念和关系式 207
5.2.3　动态光散射纳米颗粒测量典型装置 211
5.2.4　数据处理方法 213
5.3　图像动态光散射测量 220
5.3.1　图像动态光散射测量方法（IDLS） 220
5.3.2　超快图像动态光散射测量方法（UIDLS） 222
5.3.3　偏振图像动态光散射法测量非球形纳米颗粒 224
5.4　纳米颗粒跟踪测量法（PTA） 229
5.5　高浓度纳米颗粒测量 231
参考文献 234

第6章　超声法颗粒测量技术 237
6.1　声和超声 237
6.1.1　声和超声的产生 237
6.1.2　超声波特征量 238
6.2　超声法颗粒测量基本概念 242
6.2.1　声衰减、声速及声阻抗测量 244
6.2.2　能量损失机理 248
6.3　超声法颗粒测量理论 250
6.3.1　ECAH 理论模型 251
6.3.2　ECAH理论模型的拓展和简化 262
6.3.3　耦合相模型 277
6.3.4　蒙特卡罗方法 283
6.4　超声法颗粒测量过程和应用 288
6.4.1　颗粒粒径及分布测量过程 288
6.4.2　在线测量 298
6.4.3　基于电声学理论的Zeta电势测量 299
6.5　超声法颗粒检测技术注意事项 300
6.6　总结 301
参考文献 301

第7章　图像法颗粒粒度测量技术 304
7.1　图像法概述 304
7.2　成像系统 305
7.2.1　光学镜头 305
7.2.2　图像传感器 308
7.2.3　照明光源 310
7.3　显微镜 311
7.4　动态颗粒图像测量 317
7.5　颗粒图像处理与分析 318
7.5.1　图像类型及转换 318
7.5.2　常用的几种图像处理方法 320
7.5.3　颗粒图像分析处理流程 323
7.5.4　颗粒粒径分析结果表示 323
7.6　图像法与光散射结合的颗粒测量技术 327
7.6.1　侧向散射成像法颗粒测量 327
7.6.2　后向散射成像法颗粒测量 330
7.6.3　多波段消光成像法颗粒测量 331
7.7　彩色颗粒图像的识别 334
7.7.1　彩色图像的色彩空间及变换 334
7.7.2　彩色颗粒图像的分割 336
7.8　总结 338
参考文献 339

第8章　反演算法 341
8.1　反演问题的积分方程离散化 341
8.2　约束算法 343
8.2.1　颗粒粒径求解的一般讨论 343
8.2.2　约束算法在光散射颗粒测量中的应用 345
8.2.3　约束算法在超声颗粒测量中的应用 354
8.3　非约束算法 362
8.3.1　非约束算法的一般讨论 362
8.3.2　Chahine算法及其改进 365
8.3.3　投影算法 367
8.3.4　松弛算法 368
8.3.5　Chahine算法和松弛算法计算实例 371
参考文献 372

第9章　电感应法（库尔特法）和沉降法颗粒测量技术 375
9.1　电感应法（库尔特法） 375
9.1.1　电感应法的基本原理 376
9.1.2　仪器的配置与使用 377
9.1.3　测量误差 380
9.1.4　小结 383
9.2　沉降法 384
9.2.1　颗粒在液体中沉降的Stokes公式 384
9.2.2　颗粒达到最终沉降速度所需的时间 386
9.2.3　临界直径及测量上限 387
9.2.4　布朗运动及测量下限 388
9.2.5　Stokes公式的其它影响因素 389
9.2.6　测量方法及仪器类型 391
9.2.7　沉降天平 394
9.2.8　光透沉降法 396
参考文献 399

第10章　工业应用及在线测量 401
10.1　喷雾液滴在线测量 401
10.1.1　激光前向散射法测量 402
10.1.2　消光起伏频谱法测量 404
10.1.3　图像法测量 405
10.1.4　彩虹法测量 406
10.1.5　其它散射法测量 408
10.2　乳浊液中液体颗粒大小的测量 410
10.3　汽轮机湿蒸汽在线测量 411
10.4　烟气轮机入口颗粒在线测量 414
10.5　烟雾在线测量探针 415
10.6　动态图像法测量快速流动颗粒 417
10.7　粉体颗粒粒度、浓度和速度在线测量 419
10.7.1　电厂气力输送煤粉粒径、浓度和速度在线测量 419
10.7.2　水泥在线测量 421
10.8　超细颗粒折射率测量 423
10.9　超声测量高浓度水煤浆 424
10.10　结晶过程颗粒超声在线测量 425
10.11　含气泡气液两相流超声测量 426
10.12　排放和环境颗粒测量 428
10.12.1　PM2.5测量 428
10.12.2　图像后向散射法无组织排放烟尘浓度遥测 430
10.12.3　图像侧向散射法餐饮油烟排放监测 432
10.13　图像动态光散射测量纳米颗粒 435
10.13.1　纳米颗粒合成制备过程原位在线测量 435
10.13.2　非球形纳米颗粒形貌拟球形度Ω测量 438
10.13.3　纳米气泡测量 439
参考文献 440

附录 443
附录1　国内外主要颗粒仪器生产厂商 443
附录2　颗粒表征国家标准和国际标准 445
附录3　国内外标准颗粒主要生产厂商 453
附录4　液体的黏度和折射率 455
附录5　固体化合物的折射率 458
附录6　分散剂类别 473