發散光束對消光法顆粒粒徑測量影響

肖新宇，熊兵，陳軍，楊薈楠，蘇明旭

（1 上海理工大學能源與動力工程學院，上海市動力工程多相流動與傳熱重點實驗室，上海 200093）

（2 中國航發四川燃氣渦輪研究院，成都 610500）

0 引言

在顆粒測量方法［1-3］中消光法測量原理簡單、操作簡便，易實現儀器設備微型化，如利用光纖和光譜儀即可測得攜帶粒徑信息的消光譜并反演顆粒粒徑分布［4-5］。消光法的理論基礎為Lambert-Beer（LB）定律和Mie 散射理論，前者反映了光束在介質中的透射和衰減特性，后者描述單個均質球形顆粒的光散射規律。通過測量離散狀態顆粒系的消光譜再結合Mie 理論構建消光系數矩陣，可反演出顆粒粒徑分布［6-7］。該方法通常基于平行入射光條件，但在一些特定應用場景中入射光束并非嚴格平行，例如高斯光束照射或某些發光二極管（Light Emitting Diode，LED）光源條件。此外，測量空間狹小時往往采用光纖傳遞發射和接收信號，因其具有一定的發散和接收角，按平行入射光假設處理會導致誤差。

關于非平行光束消光和光散射問題，劉福水等［8］搭建一套非平行光二維測試系統準確獲得擴散火焰中的碳煙濃度分布，解決了平行光消光法在碳煙測試中的波束偏移問題。馮冰等［9］利用蒙特卡羅方法［10-12］（Monte Carlo Method，MCM）模擬大氣氣溶膠對高斯光束的側向散射，獲得側向散射光強和散射系數曲線并與實驗結果對比驗證。周田華等［13］基于蒙特卡羅仿真分析光束發散參數對接收光場分布的影響，通過光束預聚焦處理一定程度上抵消水體傳輸引起的光束擴散，增強了接收光信號功率。……