基于DSP的光子相关研究及反演算法初探

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纳米颗粒粒度测试对于纳米科技发展与应用具有重要意义。动态光散射(Dynamic Light Scattering,简称DLS)技术,又称光子相关光谱(Photon CorrelationSpectroscopy,简称PCS)技术,是探测纳米颗粒粒度的最有效的方法之一。1964年,美国人Pecora发表了长期被科学界忽视了的动态光散射研究方面的论文,指出可以利用溶液中纳米颗粒的散射光来研究这些纳米在溶液中的动力学信息,例如平动扩散系数,进而求得有关颗粒本身的信息,例如颗粒的大小。同一年,Cummins,Kuable等人借助无线电领域的拍技术发明了光混频技术,可用来探测非常微小的频移(1-106Hz),他们这些开创性工作最终导致现在所称之的动态光散射技术的发展。在上世纪80年代后期,美国首次推出商品化的动态光散射仪器。到目前为止,该领域国际上主要的商业公司有:美国布鲁克海文仪器公司(Brookhaven),美国贝克曼库尔特有限公司(Beckman Coulter)和英国马尔文仪器有限公司(Malvern)。国内对动态光散射技术的研究开始于上世纪90年代,有实力的科研院所、高校和一些大企业购买了国外商品化的动态光散射仪器,利用这些进口仪器测量各种样品,从而开展各自领域的相关研究。但是对动态光散射技术本身的研究非常薄弱,到现在为止,国内还没有任何自主知识产权的商用仪器出现。现在,动态光散射技术广泛应用于建材、冶金、化工、轻工、食品、医药、机械、地质、石油、环保等涉及到探测微细颗粒动态特性的工业中。研究开发拥有自主知识产权的商用动态光散射仪是国内同行的首要任务。 本论文就是在上述国际国内研究背景下展开的。第一章介绍了动态光散射技术研究的概况,提出了本论文的研究范围和开发任务;第二章介绍了用经典电磁理论和随机过程理论分析动态光散射现象所得到的理论结论,这些理论结论为做动态光散射实验提供了指导;第三章介绍了动态光散射实验系统的主要组成部分:光源,光度计,探测器,信号分析器和计算机;第四章全面介绍了有关DSP的知识,重点介绍了如何进行TMS320F2812的软、硬件开发,最后介绍了我们开发的光子计数系统;第五章介绍了数据处理每一步中的具体流程和可供编程的明确的计算公式,有了这些具体步骤和明确的计算公式,就可以用自己熟悉的编程语言实现。第六章是对我们开发成功的软、硬件系统的测试,给出实验环境,测试结果和结论。第七章是全文的总结和对未来的展望。 本论文的创新之处是设计并实现了以DSP为核心的,集计数、存储和传输为一体的光子计数系统,串口通讯控制程序,自相关函数计算程序,反演算法程序和粒径计算程序,并将各程序综合开发为统一的动态光散射系统软件。
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