悬浮粒子偏振测量方法、装置及其全偏振同步校准方法

本发明涉及系统参数校准相关，特别是涉及悬浮粒子偏振测量方法、装置及其全偏振同步校准方法。

背景技术：

1、大气气溶胶是直径在几纳米到几十微米之间的粒子，它们以粒子的形式直接排放或通过气体-粒子的转化过程从而在大气中形成。有关研究表明，暴露在高浓度的气溶胶粒子环境会对人体呼吸道、心血管系统等造成损伤，极大地危害了人们的身体健康。因此，对气溶胶粒子进行测量是十分必要的。大多数气溶胶粒子检测方法都是对气溶胶群粒子进行测量，但对于高浓度气溶胶的测量容易受到多重散射效应的影响，从而带来实验误差，而单粒子的角散射可以避免多重散射的不利影响，是解决多重散射，实现精确测量气溶胶的一种实用方法。

2、单颗粒多角度悬浮粒子偏振矢量测量装置是对单颗粒气溶胶进行精确测量的装置，它可以对环境中的气溶胶粒子进行实时、连续、动态、无损的测量，测量结果能够提供非常大的信息维度。这些特点使得其成为十分有效的悬浮粒子测量装置。但在实际测量过程中，有时需要使用多种入射偏振光对同一粒子发生散射，从而观察同一粒子在不同入射偏振光照射后出射偏振光的差异性。而在不同入射偏振光的情况下，单颗粒多角度悬浮粒子测量装置的系统误差会存在波动，因此只针对一种入射偏振光的校准无法适用于更换入射偏振态测量的情况。

技术实现思路

1、为解决同一粒子的一种入射偏振光的校准无法适用于更换其他入射偏振光测量的问题，本发明提出了悬浮粒子偏振测量方法、装置及其全偏振同步校准方法。

2、本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

3、一种悬浮粒子测量装置的全偏振同步校准方法，包括如下步骤：

4、s1、以多种不同偏振态的入射偏振光依次照射标准样本粒子后发生散射，并测量对应的多种实际出射偏振光的斯托克斯向量；

5、s2、将所述多种实际出射偏振光的斯托克斯向量拼成第一矩阵，将理想情况下步骤s1能够得到的多种出射偏振光的斯托克斯向量的理论值拼成第二矩阵，根据所述第一矩阵和所述第二矩阵得到校准矩阵；

6、s3、在测量悬浮粒子时使用所述校准矩阵对测量结果进行校准。

7、在一些实施例中，所述测量对应的多种实际出射偏振光的斯托克斯向量包括：在一段时间内测量每种出射偏振光的斯托克斯向量并取其平均值。

8、在一些实施例中，所述多种不同偏振态的入射偏振光包括水平线偏振态h、45°线偏振态p和右旋圆偏振态r的入射偏振光。

9、在一些实施例中，对于每种偏振态的入射偏振光，出射偏振光经过四象限偏振检偏片，得到出射偏振光的水平线偏振分量ih、45°线偏振分量ip、右旋圆偏振分量ir和左旋圆偏振分量il。

10、在一些实施例中，所述多种出射偏振光的斯托克斯向量的理论值为：

11、soih＝m×sih；

12、soip＝m×sip；

13、soir＝m×sir；

14、其中，sih、sip、sir分别是水平线偏振态h、45°线偏振态p和右旋圆偏振态r的入射偏振光的斯托克斯向量；soih、soip、soir分别是水平线偏振态h、45°线偏振态p和右旋圆偏振态r的出射偏振光的斯托克斯向量的理论值，m为标准样本的缪勒矩阵；

15、所述第二矩阵为：

16、soi＝[soih soip soir]；

17、所述第一矩阵为：

18、soa＝[soah soap soar]；

19、其中，soah、soap、soar分别是水平线偏振态h、45°线偏振态p和右旋圆偏振态r的出射偏振光的斯托克斯向量的测量值；

20、计算得到校准矩阵为：

21、t＝soi×pinv(soa)；

22、其中pinv表示矩阵的伪逆。

23、在一些实施例中，所述标准样本粒子为聚苯乙烯微球。

24、本发明还提出了一种悬浮粒子偏振测量方法，包括：使用上述的全偏振同步校准方法获得的所述校准矩阵对测量结果进行校准。

25、本发明还提出了一种悬浮粒子偏振测量装置，包括处理器，所述处理器经配置使用上述的全偏振同步校准方法获得的所述校准矩阵对测量结果进行校准。

26、本发明还提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器执行时使用上述的全偏振同步校准方法获得的所述校准矩阵对悬浮粒子偏振测量结果进行校准。

27、本发明与现有技术对比的有益效果包括：

28、本发明通过多种不同偏振态的入射偏振光依次照射标准样本粒子后发生散射，对应的测量多种实际出射偏振光的斯托克斯向量，将它们拼成第一矩阵，并将它们理想情况下的理论值拼成第二矩阵，根据第一矩阵和第二矩阵得到校准矩阵，得到的校准矩阵用于测量悬浮粒子时对测量结果进行校准，从而实现对同一粒子的多种入射偏振光的校准，实现多种入射态的仪器校准，不同于以往对单个入射态下的数据进行单独校准，本发明把所有入射态下的所有误差都统一考虑为系统误差，因此实现了将不同的入射态下的多个系统误差整合为一个误差，能够大幅减少校准的步骤与时间，也有利于提高校准的精度。本发明尤其适用于更换入射偏振态测量的情况。

29、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种悬浮粒子测量装置的全偏振同步校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的全偏振同步校准方法，其特征在于，所述测量对应的多种实际出射偏振光的斯托克斯向量包括：在一段时间内测量每种出射偏振光的斯托克斯向量并取其平均值。

3.如权利要求1或2所述的全偏振同步校准方法，其特征在于，所述多种不同偏振态的入射偏振光包括水平线偏振态(h)、45°线偏振态(p)和右旋圆偏振态(r)的入射偏振光。

4.如权利要求1或2所述的全偏振同步校准方法，其特征在于，对于每种偏振态的入射偏振光，出射偏振光经过四象限偏振检偏片，得到出射偏振光的水平线偏振分量(ih)、45°线偏振分量(ip)、右旋圆偏振分量(ir)和左旋圆偏振分量(il)。

5.如权利要求4所述的全偏振同步校准方法，其特征在于，所述多种出射偏振光的斯托克斯向量的理论值为：

6.如权利要求1至5任一项所述的全偏振同步校准方法，其特征在于，所述标准样本粒子为聚苯乙烯微球。

7.一种悬浮粒子偏振测量方法，其特征在于，包括：使用如权利要求1至6任一项所述的全偏振同步校准方法获得的所述校准矩阵对测量结果进行校准。

8.一种悬浮粒子偏振测量装置，包括处理器，其特征在于，所述处理器经配置使用如权利要求1至6任一项所述的全偏振同步校准方法获得的所述校准矩阵对测量结果进行校准。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序由处理器执行时使用如权利要求1至6任一项所述的全偏振同步校准方法获得的所述校准矩阵对悬浮粒子偏振测量结果进行校准。

技术总结
本发明公开了一种悬浮粒子测量装置的全偏振同步校准方法，包括如下步骤：S1、以多种不同偏振态的入射偏振光依次照射标准样本粒子后发生散射，并测量对应的多种实际出射偏振光的斯托克斯向量；S2、将所述多种实际出射偏振光的斯托克斯向量拼成第一矩阵，将理想情况下步骤S1能够得到的多种出射偏振光的斯托克斯向量的理论值拼成第二矩阵，根据所述第一矩阵和所述第二矩阵得到校准矩阵；S3、在测量悬浮粒子时使用所述校准矩阵对测量结果进行校准。从而实现对同一粒子的多种入射偏振光的校准，实现多种入射态的仪器校准，能够大幅减少校准的步骤与时间。

技术研发人员：曾楠,刘腾辉
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13