基于微流控捕获技术的微粒体散射函数理论仿真与实验研究

论文摘要

微粒的体散射函数是微粒自身固有的基本光学特性,可以反映其粒径、形状、内部构造、折射率等物理信息,在大气学、海洋学、生物医学等众多领域得到了广泛应用。现有的微粒体散射函数测量方法操作复杂、对实验环境要求较高,同时对于大粒径多颗粒或不均匀微粒散射的仿真研究还有待发展。本论文使用T矩阵方法计算了多种微粒的体散射函数,得到孤立颗粒、多颗粒体散射函数曲线的特点。并通过流体力学及Matlab、COMSOL等仿真软件分析,以PDMS为材料,设计制作了用于捕获待测微粒的微流控芯片;基于光电倍增管（PMT）,仿照空间滤波器结构设计了超窄视场的光接收系统,并根据仿真得到的微粒体散射曲线的特点,使用电动滤光片轮和电动位移平台,设计搭建了自动化角度扫描式大动态范围散射光测量装置,实现了测量实验的全自动控制,同时完成了探测系统的精确对准工作。利用搭建好的实验系统,成功捕获并测量了23.75μm、31.10μm、40.01μm三种粒径双颗粒及23.75μm粒径三颗粒在1o-170o的散射光强角度分布。所有微粒的三次重复实验数据的变异系数都集中在0-0.4,证明实验具有较好的稳定性和可重复性。粒径为23.75μm,31.10μm,40.01μm的双颗粒的测量结果与T矩阵仿真的较小粒径的双颗粒体散射函数曲线相比,不同粒径的双颗粒体散射函数曲线趋势相似,但都明显具有不同的特征。本论文的微粒体散射函数测量方法可以稳定的捕获、释放微粒,实验操作简单且具有较好的重复性,测量结果可以为颗粒粒径的反演或不同微粒的分类提供数据基础,在微粒体散射函数研究方面具有很大的潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 微粒散射测量研究现状
•   1.3 本论文研究内容
• 2 微粒体散射函数理论分析基础及仿真
•   2.1 微粒体散射函数理论基础
•   2.2 微粒光散射仿真方法
•   2.3 微粒体散射函数仿真结果及分析
•   2.4 本章小结
• 3 实验系统设计与实现
•   3.1 微流控芯片设计与实现
•   3.2 散射光强自动测量系统设计与实现
•   3.3 整体实验装置实现
•   3.4 本章小结
• 4 微粒散射光强测量实验及结果分析
•   4.1 实验总体方案
•   4.2 微流控芯片折射率匹配实验
•   4.3 微粒捕获及散射光强测量实验
•   4.4 实验结果与分析
•   4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王宽

导师: 夏珉

关键词: 光散射,微粒体散射函数,多颗粒散射,微流控芯片,矩阵方法,自动化测量

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: O436.2;TN492

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001260

总页数: 62

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