【摘 要】
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纳米颗粒粒径测量对于纳米技术应用和发展有着重要意义,动态光散射法作为测量纳米颗粒粒径及分布的重要方法,广泛应用于纳米测量领域。为实现1-1000 nm范围内纳米粒径的准确测量,本文研制了一套基于FPGA（现场可编程逻辑门阵列）的多角度动态光散射测量系统,系统可以精确稳定地获得多个散射角度的粒径信息,主要工作内容如下:（1）基于光子相关技术测量粒径原理,研制动态光散射粒径测量系统,由氦氖激光器产生的
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纳米颗粒粒径测量对于纳米技术应用和发展有着重要意义,动态光散射法作为测量纳米颗粒粒径及分布的重要方法,广泛应用于纳米测量领域。为实现1-1000 nm范围内纳米粒径的准确测量,本文研制了一套基于FPGA（现场可编程逻辑门阵列）的多角度动态光散射测量系统,系统可以精确稳定地获得多个散射角度的粒径信息,主要工作内容如下:（1）基于光子相关技术测量粒径原理,研制动态光散射粒径测量系统,由氦氖激光器产生的激光光源垂直射入装有样品颗粒的恒温液池中,并在实验装置0-180o散射角范围内每隔15o放置一个光电倍增管完成对波动散射光强信号的接收转换,实现多角度动态光散射粒径测量。（2）针对高频信号采集中的漏数和多计数问题,提出基于FPGA技术的双计数器切换方法,利用两个互不干扰的计数器完成对脉冲信号的连续无缝计数,确保采集和处理并行完成,全过程不丢失数据;进一步通过DDR3存储器缓存大量脉冲计数值,经USB通信接口将数据高速稳定地传输至上位机保存。（3）根据线性和指数相关器工作性能的不足,设计基于高速信号采集的比例可调数字光子相关器,通过FPGA可以直接运算得到自相关函数值,同时上位机可对相关器通道比例进行调节,动态范围达10~5,极大提高了系统测量效率。（4）在上位机中实现粒径的反演计算,使用系统进行了大量聚苯乙烯水溶液颗粒测量实验,研究不同实验参数对自相关曲线特性的影响,并同商用板卡粒径测量结果进行对比分析。结果表明,自研的多角度动态光散射测量系统可以精确地获得粒径值,测量重复性优于商用板卡并且差值在0.5%以内,验证了测量系统的高稳定性和准确性。
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