遺傳算法在光子相關光譜法納米顆粒測量中的應用研究.pdf

1、光子相關光譜法（Photon Correlation Spectroscopy，PCS）是采用光子計數(shù)相關技術的動態(tài)光散射顆粒測量方法。它基于懸浮顆粒在液體中作布朗運動引起的散射光信號的多普勒頻移，對采集到的散射光信號進行自相關分析，利用反演算法反演出顆粒物的粒度分布信息。自上世紀70年代以來，光子相關光譜法因其具有非接觸、速度快、測量精確、操作簡單等優(yōu)點成為納米級顆粒粒度測量的重要技術手段之一。
　　 反演算法是光子相關光譜法

2、顆粒測量的兩個關鍵技術之一。因此，設計良好的反演算法，熟悉并掌握反演算法的性能是現(xiàn)階段光子相關光譜法顆粒測量的主要課題之一?；诖嗽颍n題組提出了本文的研究任務--遺傳算法在光子相關光譜法納米顆粒粒度測量中的應用研究。
　　 本文的理論基礎主要包括兩個方面的內(nèi)容：一是對光子相關光譜法理論中的布朗運動、多普勒頻移、散射光的相關分析和反演算法的思路等進行了詳細的理論分析和公式推導；二是系統(tǒng)地闡述了遺傳算法的概念及其基本原理，介紹了

3、包括模式定理和收斂性分析在內(nèi)的遺傳算法的數(shù)學基礎理論，特別是利用 Markov鏈對進化過程進行了理論分析，得到遺傳算法收斂性方面的重要結論。另外還列舉了常用的兩種遺傳算法：二進制編碼遺傳算法和實數(shù)編碼遺傳算法。
　　 為了全面了解這兩種編碼機制不同的遺傳算法的反演性能，文中設計了兩個基于MATLAB的遺傳算法反演分析程序。分別對直徑為90nm和500nm單分散球形顆粒系進行了數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結果，相應地分析了這兩種算法的反演性

4、能。通過比較研究發(fā)現(xiàn)，實數(shù)編碼遺傳算法無論在峰位置，峰寬度，反演精度和運行速度上都要優(yōu)于二進制編碼遺傳算法。同時還模擬了算法范圍選取的不同對反演峰和反演精度的影響。一般情況下，反演范圍越小，峰對稱性越差，但精度越高；反之，則峰對稱性越好，精度越低。
　　 通過引入混沌思想，融合模擬退火算法，對實數(shù)編碼遺傳算法進行改進，以提高算法局部搜索能力。考慮到反演范圍對反演精度的影響，算法加入自動調(diào)整算法反演范圍功能，進行一次迭代運算，使其